高速和低分辨率adc经历二十年才实现取样率从1gs/s到20gs/s的进步，但缺少通用芯片可供使用，最近几年情况有很大改善。温故而知新，通过下文的回顾，可以预期高速和较高分辨率的adc将有更多突破，出现更多的应用。 专用adc遥遥领先 推动adc取得优异成果的主要力量来自电子测量仪器业界，为了保持与时俱进的高速信号的测试和分析，自从1960年代开始，安捷伦科技和泰克两家公司，一直不懈努力研发电子示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、任意波形发生器所需的专用集成电路，以期达到测量仪器领先于尖端信号测试的需求。安捷伦和泰克都拥有自己专用集成电路设计和制造部门，目的是保持测量仪器的超性能，在各种仪器专用器件中对adc投入的力量最强，因为“模拟输入、数字处理”是现代测量仪器的结构基础，而沟通模拟和数字的桥梁则非adc莫属。对此安捷伦和泰克两公司为测量业界创造了奇迹，从新千禧年的2000年开始至2005年中期，依靠adc性能的不断提升，从取样率2gs/s和分辨率8位起步，跃进到现在的取样率20gs/s和分辩率8位的最高水平，使数字示波器顺利地越过实时带宽1ghz的难关走向16ghz，同时对实现频谱分析仪推进到6ghz，以及测试有关2g、2.5g和3g移动通信指标的无线测量系统，高清晰度数字电视测量系统。 我们先回顾泰克研发gs/s级adc的专用集成电路的历程，泰克原来是一个全能的示波器供应商，后来精简机构把半导体部门剥离，但留下一百多名工程师的集成电路开发和支持队伍，在高速器件方面与ibm微电子部密切合作。两公司取得成功的关键是采用sige材料制作高速adc等数字示波器前端集成电路，当时其它竞争对手仍然着意开发si的cmos集成电路。ibm掌握sige的bicmos工艺，既可制成双极模拟电路，亦可生产高速数字电路和混合电路，比si工艺更适合高性能测量仪器的要求。在1990年后期开始取得突破，sige的bicmos集成电路的晶体管振荡速度达到60ghz，当时si的双极晶体管振速度只有25ghz。现在sige工艺又有改进，晶体管振荡速度超过120ghz，单个样管更高至200ghz，sige的bicmos的发展趋势如图1所示。 根据泰克的生产经验，10ghz测量系统的速度与单元晶体管速度之比约为10：1。预计si的双极和cmos工艺已无希望，而转为sige工艺尚待实践，放弃熟悉的sicmos工艺，再投入可观的研发经费，需要科学的论证。终于，泰克方面迈开重要的一步，放弃si材料而使用sige，ic设计人员从头学起，ibm方面对数字电路熟悉但缺乏双极电路经验，而且泰克是第一家sige用户，合作只许成功不能失败。ibm发挥sige优势，改进工艺至综合双极和cmos兼容，泰克发挥仪器电路的经验，改进设计。双方合作从1996年开始，1997年进入攻坚阶段，2000年在ibm代号为“5hp”的制程基础上获得一批数字示波器前端高速ic，包括adc为核心的输入宽带放大器、取样保持电路、精确时钟电路、波形处理用的dsp、高速存储器、开关阵列等关键器件。泰克公司在这些sige集成电路基础上推出著名的tds7000系列数字荧光示波器，早期产品的adc取样率是1gs/s和分辨率8位，两块1gs/s利用时钟移相t/2的插值法扩展成为取样率2gs/s。 引用sige芯片，泰克“五年不鸣，一鸣警人”，一直保持数字示波器的领先地位，并且占有高档数字示波器市场的50%以上的份额。ibm由于合作成功，继续推广sige工艺至其它rf器件并向第三方转让技术专利，使sige工艺更为成熟，运用它的第三代技术的“7hp”制程，为泰克制成取样率8gs/s、10gs/s和20gs/s的分辨率8位adc，以及10ghz以上宽带探头用放大器芯片。现在测量仪器业界公认sige制程是解决高速数字仪器前端adc的优选工艺，将会出现取样率更高的adc芯片。 安捷伦作为测量仪器业巨头，拥有自己的研发实验室和独立的半导体制造部门，比泰克条件更优越，但是产品也多种多样，1998年脱离惠普公司独立经营不久，仪器市场大起大落，高速数字示波器进展缓慢，当泰克宣布推出tds7000系列高档数字示波器和sige高速adc之后，安捷伦加紧开发具有自身特点的相应产品。它的数字示波器前端模/数电路，由安捷伦实验室设计和直属半导体厂制造，综合最擅长的微波技术和高频半导体技术，分别发挥gaas、sige、si材料和cmos、bicmos工艺的作用，制成混合集成电路模块，密封在金属法拉弟噪声屏敝封装内。模块内安排有sige工艺的前端放大器，gaas双极触发电路，gaas步进衰减器和限幅器，模块核心电路由20个250mg/s的8位分辨率adc块组成5gs/s的adc。由于250mg/s的adc块很容易用cmos工艺实现，可以达到较高精度和较低噪声，adc前端的缓冲级采用sige工艺，并装有2×2交叉开关。这种设计虽然比较复杂，但非常充分发挥不同材料和不同工艺的特点，使用这样几十个低取样率交叠构成高速取样率adc，也是安捷伦的创造性设计。安捷伦在2004年10月推出的ds080000序列数字存储示波器，最高实时带宽达到12ghz，比泰克的tds6800序列数字存储示波器更早打破10ghz带宽的记录。2005年4月泰克tds6800序列再创实现15gh
