DAC mit 100 GSample/s Weltweit schnellster D/A-Wandler vorgestellt

Testplatine mit dem D/A-Wandler-Chip und Hochfrequenz-Anschlüssen für das analoge Ausgangssignal

Forscher der Universität Stuttgart haben einen D/A-Wandler entwickelt, mit dem sich die Datenübertragungsraten in bestehenden Glasfasernetzen erheblich steigern lassen sollen. Mit seiner Abtastrate von 100 GS/s ist er der wohl derzeit schnellste D/A-Wandler weltweit.

Auf dem internationalen Symposium des IEEE für Integrierte Hochfrequenzschaltungen in Tampa Bay, Florida, präsentierten Forscher des Instituts für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik der Universität Stuttgart einen 8-Bit-D/A-Wandler mit einer Abtastrate von 100 GS/s.

Um diese hohen Abtastraten zu erreichen haben die Wissenschaftler einen hochintegrierten Mixed-Signal-Chip in 28-nm-CMOS-Technik entworfen. Auf dem Chip wurden vier Wandlerkerne in einer verschachtelten geometrischen Struktur angeordnet, die im Abstand von jeweils 10 Pikosekunden einen neuen analogen Spannungswert ausgeben. Am analogen Ausgang wurde eine ausreichend große Bandbreite erreicht, indem die Ausgänge der vier Kerne in eine so genannte künstliche Leitung eingebettet wurden. Bei einer derartigen künstlichen Leitung bilden die kapazitiven Lasten der einzelnen Wandlerstufen mit passenden, in Serie geschalteten Induktivitäten eine Wanderwellenstruktur, mit der sich große Bandbreiten erreichen lassen.

Der D/A-Wandler wurde für zum Beschleunigen der Datenübertragung in Internet-Verbindungen entwickelt. Er wandelt digitale Daten aus Vermittlungsrechnern in analoge Spannungswerte um, mit denen die optischen Modulatoren an den Schnittstellen zur Glasfaserstrecke angesteuert werden. Die Hochgeschwindigkeits-Datennetze des Internets bestehen aus Netzknoten mit elektronischen Vermittlungsrechnern, die über weltweite Verbindungsleitungen miteinander kommunizieren. Diese aus Glasfaserbündeln bestehenden Verbindungsleitungen müssen das immer größer werdende Datenvolumen transportieren. Aus Kostengründen wird versucht, die maximal mögliche Datenrate auf den bereits vorhandenen Leitungen weiter zu steigern statt neue Kabel zu verlegen. Dies ist nur durch aufwendigere Modulationsverfahren möglich, bei denen sowohl die Intensität als auch die Phasenlage des Lichts in der Glasfaser sehr schnell verändert werden. Hierfür werden an den Schnittstellen der digitalen Vermittlungsrechner zu den Glasfasern sehr schnelle und hochauflösende D/A-Wadndler benötigt.

Beim Entwurf des auf dem Symposium für Integrierte Hochfrequenzschaltungen vorgestellten D/A-Wandlers konnten die Forscher auf Erkenntnisse zurückgreifen, die sie in dem vom BMBF geförderten Projekt 100GET gewonnen hatten. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, Übertragungsraten von 100 Gbit/s pro Glasfaser-Wellenlängenkanal zu erreichen.

Mit Hilfe des neuen Wandlers lässt sich die Übertragungsrate auf 400 Gbit/s pro Glasfaserkanal steigern. Mit solchen schnellen D/A-Wandlern sind auch Anwendungen in der Messtechnik denkbar. Beispiele hierfür sind Arbiträrsignalgeneratoren und ultrabreitbandige Wireless-Datenübertragungssystemen mit Datenraten von mehr als 100 Gbit/s.