Convertitori digitale-analogico ad alta velocità e silenziosi

I circuiti integrati non sono componenti ideali e i CDA non fanno eccezione. Il rumore e la non-linearità del dispositivo non permettono al dominio di frequenza di un segnale analogico puro di avere tutta la potenza concentrata alla frequenza desiderata. Gli architetti del sistema fanno riferimento alla gamma dinamica senza spurio (spurious-free dynamic range o SFDR) per misurare il rapporto tra il segnale fondamentale e il più grande componente di rumore o distorsione armonica.

Cercando di aumentare le prestazioni e l’affidabilità dei CDA, gli scienziati di HSDAC (A 16-bit, 2 Giga -sample-per-second, Digital-to-Analog Converter with 85 dB SFDR at Fout=400MHz) hanno ottenuto grandi risultati nella riduzione del SFDR ad alte frequenze. L’obiettivo era ottenere un valore di SFDR di 85 dB, cioè 9 dB in più rispetto al migliore CDA disponibile fino al 2014. Tenere basso lo SFDR assicura che il trasmettitore non mandi segnali spuri nelle vicine bande di frequenza che attraversano l’aria o i cavi.

Gli scienziati hanno usato diverse tecniche come l’estrazione del parassita, Monte Carlo e analisi di corner per progettare un CDA bicanale a 16 bit a bassa potenza. Ottimizzando le dimensioni del transistor, minimizzando le dimensioni del circuito di commutazione e riducendo i tempi delle fonti di corrente segmentata, hanno ottenuto valori di SFDR al di sotto dei 78 dB a 240 MHz. Dopo aver aumentato la velocità di commutazione del segnale, ottenendo così una frequenza di output di 1.1 GHz e dopo aver ridotto la rete di distribuzione del clock, il team ha raggiunto uno SFDR di 85 dB con una bassa oscillazione di output. Sono stati progettati anche una doppia interfaccia di trasmissione dei dati e un filtro digitale con proprietà di quantizzazione in grado di supportare uno SFDR di 95 dB.

Oltre al primo CDA che impiegava fonti di corrente a doppio cascode, il team del progetto ne ha progettato un altro con corrente di output proveniente da un cascode ripiegato. Sono stati usati diversi metodi per ridurre al minimo il rumore di cross-talk. Sono necessarie altre interazioni di layout per superare lo SFDR di 85 dB in simulazioni di post-layout.

Per generare forme d’onda più precise ad alte frequenze è necessario identificare e capire i meccanismi dell’errore di CDA. HSDAC ha dato un importante contributo e i suoi risultati sono stati riportati in numerose pubblicazioni.