1 工作简介

         ——支持下一代光通信的72 GS/s采样率9位模数转换器芯片

随着通信流量的持续爆发式增长，光模块传输速率向800 Gb/s以上跨越成为必然趋势，这对接收端模数转换器（ADC）的带宽、采样率和信号质量提出了严苛要求。澳门大学团队研发的72 GS/s 9b时间交织流水线辅助SAR ADC，基于16 nm FinFET工艺实现，成功突破高速ADC在宽频输入下的性能瓶颈，同时为高速通信及高精度信号采集领域提供了高性能解决方案。

一、核心研究成果

图1.芯片照片。

如图2实测数据显示，该ADC在低频率输入下实现46.4 dB SNDR和63.6 dB SFDR；20 GHz输入时保持41.9 dB SNDR和55.3 dB SFDR；奈奎斯特频率（36 GHz附近）输入下仍可达37.0 dB SNDR和49.3 dB SFDR，测试带宽超32 GHz。芯片功耗仅393.6 mW，20 GHz输入下能量效率因子（FoM）达53.7 fJ/conv.-step，芯片面积0.282 mm²，综合性能优于同类高速ADC产品。

图2.输入在低频率，20 GHz与奈奎斯特频率下的输出频谱图(2295倍抽取)。

二、学术价值

1.突破时间交织架构固有瓶颈：针对高采样率时间交织ADC普遍存在的带宽失配和交织失真问题，提出“线性化缓冲器+高性能自举开关”的协同优化方案，避免了传统仅依赖时序偏差校准的一阶校正局限性，为近百GS/s级ADC的高宽频下高线性度提供了新技术路径。

2.简化高速ADC校准设计：通过基于电阻网络的开环放大器的创新设计，首次在大阵列1.125 GS/s流水线SAR单元中省略ISG校准，解决了传统流水线SAR ADC因校准电路导致的功耗与面积增加、设计复杂度提升等问题。

3.完善宽频线性化设计体系：提出的高频自适应补偿缓冲器和无校准增益稳定技术，提供了超高采样率（>50 GS/s）高速ADC线性化设计的技术新思路，其性能对比数据（151.5 dB FoM）为同类产品提供了关键性能基准，推动高速数据转换器的设计理论与技术规范发展。

三、应用前景

1.高速光通信领域：当前高速率光模块对接收端ADC的宽频响应和高采样率需求迫切，该ADC的72 GS/s采样率、32 GHz带宽及优异的高频线性度，可完美匹配400 Gb/s及800 Gb/s相干光通信系统的先进调制格式（如QAM-16、QAM-64）解调需求，解决高速光信号采集的信号质量瓶颈，助力光通信网络带宽升级。

2.高端电子测量与雷达系统：32 GHz以上的有效带宽和优异的高频动态性能，使其可应用于微波雷达、电子战接收机的信号采集，以及高速示波器、频谱分析仪等测试仪器，提升对高频瞬态信号的捕获精度和分析能力。

3.下一代通信与航天探测：在5G/6G射频前端、卫星通信地面站等场景中，该ADC的低功耗、小尺寸优势可满足便携式、星载设备的集成需求，其PVT稳定性设计确保在极端环境下的可靠工作，为高频通信与空间探测提供核心信号处理支撑。该成果不仅推动了高速ADC的技术革新，更契合全球通信产业向超高速、低功耗方向发展的核心需求，具有重要的产业化应用潜力，将为下一代信息通信、电子测量和航空航天领域的技术突破提供关键芯片支撑。

相关成果以题为“A 72GS/s 9b Time-Interleaved Pipeline SAR ADC Achieving 55.3/49.3dB SFDR at 20GHz/Nyquist Inputs in 16nm FinFET”发表于2025年IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC），并受邀扩展发表于IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）。

2 主要作者简介

第一作者

张雁楠，澳门大学电气与计算机工程系博士生，IEEE研究生会员。

2017年毕业于北京邮电大学，获电子科学与技术学士学位；2020年毕业于北京邮电大学，获硕士学位。他目前正在澳门大学电气与计算机工程系澳门大学模拟与混合信号集成电路全国重点实验室攻读博士学位。研究方向包括高速数据转换器和混合信号电路。

通讯作者

张明磊，澳门大学模拟与混合信号集成电路全国重点实验室助理教授，IEEE会员。

2011年毕业于天津大学，获微电子学士学位；2017年毕业于中国科学院微电子研究所，获微电子博士学位。2014年至2017年，他在美国得克萨斯农工大学模拟与混合信号中心担任访问博士研究生。他目前担任澳门大学模拟与混合信号集成电路全国重点实验室助理教授。研究方向包括高速数据转换器、智能传感器和边缘计算。张博士目前担任IEEE CICC和ICTA会议的技术程序委员会委员。

通讯作者

陈知行，澳门大学模拟与混合信号集成电路全国重点实验室副教授，粤澳模块化芯片设计与测试联合实验室执行主任，IEEE高级会员。

1985年出生于中国澳门特别行政区。他于美国华盛顿州西雅图市华盛顿大学获得电气工程学士学位，2012年和2015年分别于澳门大学获得硕士学位和博士学位。目前，他担任澳门大学模拟与混合信号集成电路全国重点实验室副教授，同时负责粤港澳大湾区（GBA）微电子分支工作，并担任粤澳模块化芯片设计与测试联合实验室执行主任。研究方向包括数据转换器、锁相环（PLL）、带隙基准和飞行时间（ToF）测距传感。陈博士担任2026年IEEE国际固态电路会议和2023-2025年亚洲固态电路会议技术评审委员会委员，同时担任IEEE固态电路学会澳门分会主席。他在微电子领域的研究成果获得了广泛认可：指导的研究工作获得2024年IEEE国际固态电路会议（ISSCC）菅野卓雄杰出远东论文奖；获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖一等奖；五次获得澳门科学技术发展基金技术发明奖；2015年获得IEEE固态电路学会博士前成就奖；并作为合作者获得2014年欧洲固态电路会议最佳论文奖。其指导的学生获得2024年IEEE固态电路学会博士前成就奖和2020年亚洲固态电路会议学生设计竞赛杰出设计奖。

3 原文传递

https://doi.org/10.1109/ISSCC49661.2025.10904672