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ADC被人们比喻为仿照芯片中的「皇冠」，杨百翰大学近日揭橥的一项研究，让它的效率提升了数倍。 在ADC芯片40多年的历史中，其基本架构、设计和生产技能已经趋近于成熟，但在弘大的消费电子领域中，如此繁芜而成熟的芯片有时也会成为机器性能的瓶颈。虽然在芯片领域之外的人较少关注，但ADC芯片技能含量较高，用场广泛，从丈量仪器、手机、HiFi耳机到5G通信基站中都存在不同种类的ADC，部分高端产品乃至受到美国商务部出口管控的限定。当前，移动设备的升级换代速率比以往更快。每年，科技巨子们都会制造出速率更快、功能更强大、电池续航韶光更长的移动终端。苹果、三星等公司之以是能奇迹般地实现目标，紧张是由于天下各地的工程职员不断设计出更加节能的高速传输芯片。来自美国杨百翰大学的研究者构建了天下上能效最高的高速仿照数字转换器（A/D转换器，简称ADC）。在大部分电子设备中，ADC是能将仿照旗子暗记转换为数字旗子暗记的电子元件，该转换过程一样平常包括取样、保持、量化、编码4个过程。
（图片来自网络侵删）论文地址：https://ieeexplore.ieee.org/document/8877924/
这项研究由中国台湾的一些机构资助，耗时四年，包括设计芯片的三年和测试芯片的一年。研究团队包括国立阳明交通大学、加州大学洛杉矶分校的研究者，这篇论文在2021年2月揭橥在《IEEE固态电路》杂志，Swindlehurst为论文的第一作者。杨百翰大学电气与打算机工程教授Wood Chiang、博士生Eric Swindlehurst和其他团队成员创建的ADC，在10GHz的超宽频无线通讯中仅花费21毫瓦的功率，远低于此前数百毫瓦或瓦级别的功率，创造了天下上ADC的最高能效记录。Chiang教授说：「环球有很多团队致力于ADC，这就像是一场以更快更省油为目标的造车竞赛。打败环球范围内的对手很难，但我们做到了。」
Wood Chiang教授。
通信系统设备内越来越高的带宽意味着电路将要花费更高的功率，杨百翰大学的研究者着眼于ADC电路的关键部分DAC，代表了与ADC完备相反的核心部分：数字-仿照旗子暗记转换器。研究者通过调度电容器平行板的面积和间距来减少DAC的负载，使得转换器更快、更高效。此外，研究者采取与传统办法不同的办法对单元电容进行分组，将属于DAC中同一比特位的单元电容分在一组，而不是将它们贯穿在一起。这一方法使得底板的寄生电容降落到三分之一，从而大大降落功耗且提高了速率。ADC设计与时序图。
末了，研究者利用了自举开关，使其成为双路径，因此每个路径可以独立优化。这种方法在不须要额外硬件的条件下提高了速率，紧张是拆分现有设备并变动电路中的路由。实验表明，该ADC采取28nm CMOS 工艺，在 Nyquist上事情时得到了36.9 dB 的 SNDR，功率为21毫瓦，FoM 为37fj/conv-step，刷新了天下上的最低功耗记录。
杨百翰大学团队打造的ADC芯片显微图像。
「我们证明了全新芯片技能的分外能力，」Wood Chiang说道。「这项事情让该领域向前推进了一大步，为消费者带来诸多便利。由于它的存在，你的WiFi连接将会延迟更低，上传下载带宽更大，可以轻松不雅观看4K或8K的视频，同时让手机得到更长的待机韶光。」Wood Chiang表示，ADC的运用范围还包含自动驾驶汽车（须要很大的无线网络带宽），智能眼镜等智能穿着设备，以及可植入芯片等。这种设备仍须要繁芜的设计和验证，以确保转换器中的数千个连接都能够正常运作。在设计过程中，每个缺点可能要花费至少一年的韶光来纠正，所幸研究团队并没有犯错。「这就像在构建一座小城市，项目个中包含大量细节，」Wood Chiang说道。「研究团队完成了非常出色的事情，所有部分都完美地领悟在一起，实现了这一工程壮举。我对能在杨百翰大学和这些精良的学生们共事而感到荣幸。」
参考内容：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/byu-rcw052121.php
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