Für universelle Ultrasubmicron-Technologien geeigneter Hochgeschwindigkeits Low Power Analog/Digital Wandler basierend auf einem Tracking-ADC System

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401080686

A/D-Wandler übersetzen analoge elektrische Signale in digitale Informationen und stellen so eine zentrale Funktionalität für jede Art von moderner Signalverarbeitung dar. Tracking-ADCs stellen eine Wandlertopologie dar, die mit wenigen analogen Komponenten auskommt und daher akzeptabel gut mit neuen Technologien vom Silizium-Flächenbedarf her skaliert, jedoch bezüglich der Abtastrate beschränkt ist. Mit diesem vorliegenden Antrag soll ein neuartiges Wandlerkonzept wissenschaftlich untersucht werden, das nach ersten Überlegungen technisch deutlich leistungsfähiger (bezüglich Abtastrate, Auflösung und Leistungsverbrauch) als SAR- und herkömmliche Tracking-ADCs ist, jedoch die bekannten Nachteile von Sigma-Delta-ADCs vermeidet und dennoch aufgrund der fast ausschließlich digitalen Implementierung für die Realisierung mit modernen, kurzkanaligen Technologien ökonomisch geeignet ist. In diesem Forschungsprojekt soll mit der bislang nicht in Frage gestellten Grundannahme bei Tracking-ADCs gebrochen werden, dass der Komparator ein Überschreiten des analogen Eingangssignals sofort detektiert und den Zählvorgang umkehrt. Es soll dargelegt und wissenschaftlich untersucht werden, dass die Elimination dieser Randbedingung die Eigenschaften des neuartigen AD-Wandlers (insbesondere die maximal verfolgbare Steigung eines Eingangssignals, maximale Eingangssignalfrequenz, sowie auch die Auflösung) erheblich verbessert. Nach ersten Überlegungen verlagern sich die Herausforderungen des System- und Komponentenentwurfs nun auf die Komparatoreigenschaften Offset und hohe Linearität im übersteuernden Bereich, wohingegen die Verzögerungszeit des Komparators in den Hintergrund tritt. Weitere wissenschaftlich zu untersuchende Eigenschaften sind die Konzeption der digitalen Signalverarbeitung sowie der Symmetrie der Flanken des analogen Vergleichssignals. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Untersuchungen auf System- und Komponentenebene vorgenommen werden und durch Fertigung und Vermessung idealerweise zweier Chipimplementierung in einer Technologie mit Kanallängen bzw. Strukturabmessungen kleiner 28nm verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen