100-GS/s-DAC

Stuttgarter Forscher entwickeln neuen Internet-Turbo

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Forscher des Instituts für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT) der Universität Stuttgart haben den weltweit schnellsten elektronischen Digital-Analog-Wandler entwickelt.

Der hochintegrierte Mischsignalschaltkreis in 28-Nanometer-CMOS-Technologie wird einer Mitteilung zufolge heute auf dem internationalen Symposium des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) für integrierte Hochfrequenzschaltungen in Tampa Bay, Florida, präsentiert. Wichtig sind solche spezialisierte Mikrochips nicht zuletzt in den Netzknoten des Internets. Dort stehen Vermittlungsrechner, die über Verbindungsleitungen aus Glasfaserbündeln Daten austauschen - in Form von moduliertem Licht mit hoher Geschwindigkeit und geringer Dämpfung über weite Strecken.

Die Glasfaserbündel werden aus Kostengründen nicht ständig erneuert. Stattdessen versucht man, den Durchsatz der vorhandenen Leitungen über immer aufwändigere Modulationsverfahren weiter zu steigern. Dafür braucht man sehr schnelle und hochauflösende Digital-Analog-Wandler (DACs).

Der jetzt präsentierte Chip erreicht eine Wandlungsrate von 100 Milliarden Wandlungen pro Sekunde (100GS/s). Dazu wurden vier Wandlerkerne in einer verschachtelten geometrischen Struktur angeordnet und geben im zeitlichen Abstand von jeweils 10 Pikosekunden einen neuen analogen Spannungswert aus. Um trotz der Parallelschaltung der Kerne genug Bandbreite zu erreichen, wurden die Ausgänge der vier Kerne in eine sogenannte künstliche Leitung eingebettet, bei der die kapazitativen Lasten der einzelnen Wandlerstufen mit geeigneten, in Serie geschalteten Induktivitäten eine Wanderwellenstruktur bilden.

Testplatine mit Digital-Analog-Wandler-Mikrochip (Mitte) und Hochfrequenz-Anschlüssen für das analoge Ausgangssignal (oben)
Testplatine mit Digital-Analog-Wandler-Mikrochip (Mitte) und Hochfrequenz-Anschlüssen für das analoge Ausgangssignal (oben)
Foto: Uni Stuttgart / INT

Bei einer nominalen Auflösung von 8 Bit sind mit dem 100GS/s-DAC Übertragungsraten von 400 Gigabit pro Sekunde und Glasfaser-Wellenkanal möglich. Der neue Chip ist eine Weiterentwicklung des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts "100GET", das auf eine Übertragungsrate von 100 Gbit/s pro Glasfaser-Wellenkanal abzielte.

Neben dem Internet-Backbone eröffneten so schnelle und breitbandige Digital-Analog-Wandler auch neue Anwendungsgebiete in der Messtechnik, heißt es weiter, etwa für sogenannte Arbiträrsignalgeneratoren.

Ihre Forschungsergebnisse präsentieren die Stuttgarter Forscher in dem Papier H. Huang, J. Heilmeyer, M. Grözing, M. Berroth: "An 8-bit 100-GS/s distributed DAC in 28-nm CMOS", IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC) 2014, Tampa Bay, Florida, June 1-3, 2014.