一种40 GSample/s超高速采样保持电路*

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0130

电子与封装 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (11): 110301 . doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0130

一种40 GSample/s超高速采样保持电路^*

赵安¹，李浩¹，张有涛^2,3，罗宁³，张长春^1,2，张翼^1,2

1. 南京邮电大学集成电路科学与工程学院，南京 210023；2. 南京邮电大学射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，南京 210023；3. 南京国博电子股份有限公司，南京 211153

收稿日期:2025-03-27 出版日期:2025-11-28 发布日期:2025-11-28
作者简介:赵安（2000—），男，江苏徐州人，硕士研究生，主要研究方向为数模混合集成电路设计。

40 GSample/s Ultra-High-Speed Sample-and-Hold Circuit

ZHAO An¹, LI Hao¹, ZHANG Youtao^2,3, LUO Ning³, ZHANG Changchun^1,2, ZHANG Yi^1,2

1. Collegeof Integrated Circuit Science and Engineering, Nanjing University ofPosts and Telecommunications, Nanjing 210023, China; 2. National and LocalJoint Engineering Laboratory of RF Integration and Micro-Assembly Technology, NanjingUniversity of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China; 3. NanjingGuoBo Electronics Co., Ltd., Nanjing 211153, China

Received:2025-03-27 Online:2025-11-28 Published:2025-11-28

摘要/Abstract

摘要： 基于0.7 μm磷化铟（InP）异质结双极型性晶体管（HBT）工艺设计了一款超高速宽带采样保持电路。通过发射极电阻退化结构，有效减小了输入缓冲电路的非线性。开关核电路采用交叉耦合来减小保持模式馈通。后仿结果表明，所设计的电路能够工作在40 GSample/s的采样速率下。在奈奎斯特输入信号频率下，电路工作的无杂散动态范围（SFDR）大于40 dBc。当输入12.1 GHz、-4 dBm的信号时，电路的SFDR可达51 dBc，有效位数约为8 bit。

关键词: 采样保持电路, 超高速, 宽带, 磷化铟, 异质结双极型晶体管

Abstract: An ultra-high-speed broadband sample-and-hold circuit was designed based on a 0.7 μm indium phosphide (InP) heterojunction bipolar transistor (HBT) process. The nonlinearity of the input buffer is effectively reduced through an emitter resistor degradation structure. The switch core circuit employs cross-coupling to reduce feedthrough in hold mode. Post-simulation results show that the designed circuit operates stably at a sampling rate of 40 GSample/s. At the Nyquist input signal frequency, the circuit achieves a spur-free dynamic range (SFDR) exceeding 40 dBc. When a 12.1 GHz, -4 dBm signal is input, the circuit achieves an SFDR of 51 dBc, with an effective number of bits of approximately 8 bit.

Key words: track-and-hold circuit, ultra-high-speed, broadband, indium phosphide, heterojunction bipolar transistor

中图分类号:

TN402

赵安，李浩，张有涛，罗宁，张长春，张翼. 一种40 GSample/s超高速采样保持电路^*[J]. 电子与封装, 2025, 25(11): 110301 .

ZHAO An, LI Hao, ZHANG Youtao, LUO Ning, ZHANG Changchun, ZHANG Yi. 40 GSample/s Ultra-High-Speed Sample-and-Hold Circuit[J]. Electronics & Packaging, 2025, 25(11): 110301 .

参考文献

[1] 罗宁, 张有涛, 李晓鹏, 等. 基于InP HBT的5 GS/s采样保持电路设计[J]. 电子与封装, 2017, 17(5): 20-23, 36.
[2] 刘瑞. InP HBT器件模型及电路研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2014.
[3] DANESHGAR S, GRIFFITH Z, SEO M, et al. Low distortion 50 GSamples/s track-hold and sample-hold amplifiers[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2014, 49: 2114-2126.
[4] MADSEN K N, GATHMAN T D, DANESHGAR S, et al. A high-linearity, 30 GS/s track-and-hold amplifier and time interleaved sample-and-hold in an InP-on-CMOS process[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2015, 50(11): 2692-2702.
[5] WEIMER C, MüLLER M, VARDARLI E, et al. RF reliability of SiGe and InP HBTs: a comparative study[C]//2023 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS 2023, San Diego, CA, USA, 2023: 8-11.
[6] ZHEN W X, LI S J, CAO S R, et al. A 25-GSa/s InP DHBT track-and-hold amplifier using active peaking input buffer[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2021, 31(10): 1142-1145.
[7] 李飞, 吴洪江, 龚剑, 等. 基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路[J]. 半导体技术, 2024, 49(5): 499-504.
[8] 梁宏玉, 王妍, 李儒章. 一种高线性度超宽带采样/保持电路[J]. 微电子学, 2022, 52(2): 283-288.
[9] LI S J, LV H L, ZHANG Y M, et al. A high linearity, 8-GSa/s track-and-hold amplifier in GaAs HBT technology[J]. IEICE Electronics Express, 2018, 15(23): 20180946.
[10] LI S J, SU Y B, LV H L, et al. A broadband InP track-and-hold amplifier using emitter capacitive/resistive degeneration[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2020, 30(4): 391-394.
[11] 童灿. 采用高速采样保持电路结构的InP ADC的研究与设计[D]. 成都: 电子科技大学, 2021.
[12] DEZA J, OUSLIMANI A, KONCZYKOWSKA A, et al. 70 GSa/s and 51 GHz bandwidth track-and-hold amplifier in InP DHBT process[J]. Electronics Letters, 2013, 49(6): 388-389.
[13] LI X, KUO W L, LU Y, et al. A 5-bit, 18 GS/sec SiGe HBT track-and-hold amplifier[C]//IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium, Palm Springs, CA, USA, 2005.
[14] 罗宁, 周猛, 张有涛, 等. 一种40 GSa/s超宽带采样保持电路[J]. 固体电子学研究与进展, 2023, 43(2): 163-167.
[15] DU X Q, GROZING M, BERROTH M. A 25.6-GS/s 40-GHz 1-dB BW current-mode track and hold circuit with more T/Hn 5-ENOB[C]//2018 IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), San Diego, CA, USA, 2018: 56-59.

中国半导体行业协会封装分会会刊

中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊

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40 GSample/s Ultra-High-Speed Sample-and-Hold Circuit

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[1]	陈亮宇,骆紫涵,许丹,蒋乐,豆兴昆. 一款18~40 GHz MMIC无源双平衡混频器[J]. 电子与封装, 2024, 24(5): 50302-.
[2]	王文斌,闫慧君,姜严,吴啸鸣,张圣康,施永荣. 基于GaAs工艺的超宽带低插入损耗高通滤波器^*[J]. 电子与封装, 2024, 24(10): 100301-.
[3]	李幸和, 唐路, 白雪婧. 基于互感开关变压器的毫米波宽带数控振荡器[J]. 电子与封装, 2023, 23(5): 50308-.
[4]	罗阳;栾舰;周磊;武锦. 用于宽带任意波发生器的可变增益放大器[J]. 电子与封装, 2023, 23(2): 20303-.
[5]	倪城,王毅炜,杨定坤. 一种应用于Sub-6G的宽带低功耗低噪声放大器^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(12): 120302-.
[6]	叶坤,张梦璐,蒋乐,豆兴昆,丁浩. 一种9~26 GHz宽带MMIC低噪声放大器的设计与实现[J]. 电子与封装, 2023, 23(10): 100302-.
[7]	贾玉伟,唐中强,蔡道民,薛梅,李展. 基于基板塑封工艺的小型化宽带电调衰减器[J]. 电子与封装, 2023, 23(10): 100401-.
[8]	赵建欣, 廖春连. 一种超宽带频率综合器电路的设计与实现[J]. 电子与封装, 2022, 22(7): 70305-.
[9]	向伟玮;张剑;卢茜;李阳阳;董乐. 硅基微流道高效散热技术在宽带微波收发组件中的应用[J]. 电子与封装, 2021, 21(8): 80406-.
[10]	贾洁;蔡利康. 基于0.15μm GaN工艺的2～18 GHz两级分布式放大器[J]. 电子与封装, 2021, 21(3): 30303-.
[11]	周德金, 黄伟, 宁仁霞. 微波固态器件与单片微波集成电路技术的新发展^*[J]. 电子与封装, 2021, 21(2): 20105-.
[12]	张柳;张涛;鲁新建;韩建林. 一种超宽带多通道开关组件的设计方法[J]. 电子与封装, 2020, 20(11): 110303-.
[13]	尹洪浩;冯媛;朱臣伟;赵逸涵;罗天. 一种宽带高效率小型化功放模块的设计[J]. 电子与封装, 2020, 20(11): 110305-.
[14]	李建平，吴少兵. 100 nm GaN基6~18 GHz低噪声放大器的研制[J]. 电子与封装, 2019, 19(9): 28-31.
[15]	张　诚，毛　臻，杨　兵，丁涛杰. 低交叉极化水平的宽带滤波贴片天线[J]. 电子与封装, 2019, 19(4): 45-48.