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中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-036）———基于时间域量化技术的高速高带宽时间交织ADC
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1 工作简介 支持高输入带宽的高速模数转换器（ADC）是光通信、雷达、高速示波器等应用的核心器件，长期被国外垄断。传统的电压域ADC由于受限的单通道转换速率及可观的输入电容，导致其在时间交织结构中面临低输入带宽、高功耗、大芯片面积等诸多难题及挑战。得益于集成电路加工工艺的提升，高度数字化的时间域量化技术无论在转换速率还是转换能效上都显示出了巨大潜能，同时亦有利于降低高速ADC的芯片尺寸。 澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室的张明磊、陈知行助理教授等克服了时间域量化过程中多发的量化误差源，成功设计了一款仅4通道交织、采样在10 GS/s下的 8比特时间域ADC。提出的基于16倍插值技术的两步流水线结构，不仅避免了复杂的级间增益校准而且将量化时间步长降低到1.5 ps以内。得益于内建电压-时间转换单元的天然缓冲功能，设计的ADC支持高达18 GHz的有效输入带宽，兼容射频直接采样系统的应用。 该10 GS/s采样、 8比特ADC在65 nm CMOS 工艺下进行了流片验证，ADC核心面积仅0.095 mm2，消耗功耗 50.8 mW。在奈奎斯特输入频率下拥有40.1 dB 的信噪失真比（SNDR），并且在18 GHz 输入下仍保持37.6 dB 的SNDR，明显领先于国际同等规格ADC。该ADC支持零下55 ℃至125 ℃的温度范围及0.95 V 至1.05 V的电源电压，适用于各种极端工作环境。 图1. 10 GS/s ADC芯片照片。 图2. 10 GS/s ADC 演示现场。 相关研究成果于2020年8月11日以“An 8-Bit 10-GS/s 16× Interpolation-Based Time-Domain ADC With <1.5-ps Uncalibrated Quantization Steps”为题发表于《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》（ Vol. 55, no. 12, pp.3225-3235, Dec. 2020），张明磊助理教授为第一作者、通讯作者。 2 主要作者简介 2011年于天津大学微电子学与固体电子学专业获得工学学士学位，2017年于中国科学院微电子研究所获得工学博士学位。2014年至2017年于美国德克萨斯农工大学模拟与混合信号中心开展研究工作。2017年至2020年于澳门大学担任博士后研究员。自2021年1月起担任澳门大学助理教授。主要开展面向多种应用的高速高能效模数转换器、边缘计算电路等研究。2017年以来，以第一作者或通讯作者发表ISSCC/JSSC论文7篇。 2008年在美国华盛顿大学（西雅图）取得电子工程学士学位，2012年和2015年在澳门大学分别取得硕士和博士学位。2014年作为共同获奖者获得欧洲固态电路会议最佳论文奖；2015年获得IEEE固态电路协会预博士成就奖；并于2014年、2016年、2018年和2020年凭借其在微电子领域的研究成果均获得了澳门科学技术发展基金技术发明奖。在数据转换器以及时钟电路设计领域共发表15篇固态电路期刊（JSSC）和11篇国际固态电路会议（ISSCC）论文。研究兴趣包括高速奈奎斯特、噪声整形ADC和低抖动时钟电路等。 3 原文传递
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