於本周举行的IEEE国际超大型积体电路技术研讨会（VLSI Symposium）上，比利时微电子研究中心（imec）推出两款用於基地站与手机的先进类比数位转换器（ADC）。支援射频（RF）取样的基地站ADC在高达5GHz的多个频段运行，并结合高解析度与高线性度，功耗也很低。作为辅助元件，另一款是锁定手机应用的单通道ADC，该元件利用多位元的管线式多阶段运作与背景校正功能，在功耗效率方面创下新低。

/news/2024/06/23/0956425450S.jpg

这两款ADC元件现已开放授权，为迈向可扩展的高性能超5G解决方案例如基於云端技术的人工智慧（AI）与延展实境（XR）应用程式，踏出关键的一步。

超5G技术将是持续扩展高频宽行动服务的关键推手，这些服务包含像是基於云端技术的人工智慧与延展实境应用程式。但这也代表着要采用更高的操作频率（行动网路业者目前在探索高达5GHz的频段），还要部署更先进的基础设施设备，包含大型的天线阵列。

imec研究计画主持人Joris Van Driessche表示：「未来需要电信商推动行动网路的转型，尤其是基地台与手机端的收发器设计，以及其内部的类比数位转换器（ADC）。收发器的主要需求将包含小尺寸、低功耗与有助於增加网路容量的其他功能，例如多频段运作及大规模天线阵列（massive MIMO）。在今年的IEEE国际超大型积体电路技术研讨会上，我们推出了两款新型ADC元件来满足这些需求。」

基地台的无线电通常透过指派各个频段给不同的收发机来实现多频段运作，使得设备的尺寸与功耗增加。相较之下，imec推出的新款RF取样类比数位转换器（ADC）涵盖了5GHz以下的所有频段，并提供GHz等级的取样速度，可以在多个频段之间流畅运作。另外，虽然进行大规模MIMO所需的大型天线阵列通常配备多个功耗较高的紧凑型收发机，不过imec所用的方法可以实现更高效率的系统单晶片（SoC）设置。

Joris Van Driessche表示：「为了协助基地站的无线电处理其它无线讯号所造成的干扰问题，我们开发的ADC元件运用了内建的宽频线性讯号缓冲技术，以提供比其它类似系统还要高的有效位元数（ENOB），而无需数位非线性失真的校正引擎。此外，这套设计还结合了一套创新的阶层式交错器架构，藉此进一步强化ADC元件的线性度和转换速度。」

这款具备RF取样功能的CMOS阶层式时序交错式ADC元件具备高达10GS/s的取样率，在输入讯号为低频或奈奎斯特频率的情况下，取得超过60dB的无杂散动态范围（SFDR）以及高达5GHz的测量频宽，有效位元数（ENOB）值为9/8.2，满足这些性能的同时，功率也只有350mW。因此，这款ADC元件不仅具备超宽频与极低功耗，也结合了最高的解析度及优化的线性度。

为了在用户端满足超5G连接的需求，imec推出了一款用於行动手机的单通道ADC元件；该元件采用基於环型放大技术的多位元管线式多阶级运作。

imec研究计画主持人Joris Van Driessche表示：「众所皆知，多位元转换架构有些好处，像是高线性度、高频宽及高功率效率，但也带来一些挑战。为了应对这些挑战，我们的元件设计采用背景校正技术，以校正数位类比转换器（DAC）不匹配误差与跨阶增益。」

这款手机ADC元件在取样率为1GS/s时，有效位元数（ENOB）达到10.91且无杂散动态范围（SFDR）为81dB，而功耗只有17.8mW，最终取得9.2fJ/conv.-step的Walden能源换算指标。这些元件规格建立了在功率效率方面的最新标准。

Joris Van Driessche总结：「运用这些ADC元件，我们引进了实现超5G通讯技术的两大关键组件，而这两款元件目前已经开放授权。我们的下一个目标是利用5奈米以下的先进CMOS技术来开发能够支援FR3频段（6~20GHz）的基地站ADC元件，同时维持高线性度与低功耗。」