32GHz带宽实时示波器技术揭秘（六）

图3 简化了的磷化铟缓冲芯片电路原理图

　　图3是简化了的缓冲芯片电路原理图（本文所有原理图都是简化的），差分输入信号的终端电阻有固定电阻和可变电阻组合而成，可变电阻用的是工作在线性区的FET管，其寄生参数效应，被考虑进L-C-L传输线设计中，传输线包括键合线、焊盘、晶体管输入电容和片上电感。

　　在CMOS模数转换芯片中，80路跟踪/保持电路直接和输入焊盘相连，每个差分跟踪/保持电路是一对NMOS FET pass-gate门电路，后面连接的是驱动电路模式顺序延迟模数转换的跨导多级电路。每个顺序延迟模数转换器，使用基数是1.6的12级跨导以改进对失配误差的容忍度，基数转换器会把12位的基数是1.6数据转换成2进制数据，基数转换器中系数寄存器由校准软件程控，以纠正顺序延迟电路中每一级的误差。

图4 顺序延迟采样模数转换12级电路中的一级

　　图4是12级跨导电路的其中一级的简化原理图，输入电流进入一对镜像1.6x电流电路，比较器感知输入信号极性并致使一位（1b）DAC电流从输出电流中被加上或减去。这种顺序延迟电路设计有3个优点：

　　1. 低功耗：每个Slice是57mW，包括跨导、基数转换器

　　2. 面积小：每个Slice占用0.12mm

　　3. CMOS兼容：不需要线性电阻或电容来维持并行结构

　　图5给出示波器中使用的模数转换器内部架构发展历史，今天所有示波器厂家采用的模数转换器技术都是基于flash转换，并行输出的技术。如图中红色圆圈所示，安捷伦最后一波使用该技术在当时的高性能示波器上是在1997年，首次采用顺序延迟采样模数转换器是2001年，那时的模数转换器是4GSa/s，内部有32个slices ，每个Slice的采样率是125 MSa/s ，把该 转换器也用到了低端的产品中。到了2005年，安捷伦推出20GSa/s的模数转换器，内部有80个slices ，每个Slice的采样率是250 MSa/s 。2008年，安捷伦重新设计了该模数转换器的外部接口，让其输出80路串行信号，每一路是2 Gb/s。2010年推出的磷化铟示波器，将采样头从剥离出来单独设计并和前置放大器等芯片一起封装到一个三维电路模块中。

图5 示波器中的模数转换器内部架构的发展历史

　　这里，我想说的其实不是安捷伦科技的模数转换器技术发展曲线，而是强调安捷伦的模数转换器技术采用了完全不同的思路，供国内相关的研发工作者借鉴。实际上，安捷伦科技的模数转换器在Slices这个级别一点都不快，这也意味着，安捷伦可以做出更快的单晶片模数转换器，因为仍有空间增加内部Slices的数量，以及提高每个Slice的采样率，输出串行链路的数量，每个串行输出链路的速度；反过来说，也可以将每个Slice的采样率降低，采样率降低再配合其它技术，就有机会将模数转换器的垂直分辨率提高，比如从8位提高到10位甚至12位，技术和经验储备已经有了，何时推出，主要取决于市场需求和竞争态势。无论是提高模数转换器的垂直分辨率还是采样率，都有机会改变业界游戏规则，这正是安捷伦维持技术领先的策略重点所在。