10GHz DDS, done! 2009-08-04
0赞
很惊讶,居然没有欣喜若狂,我和蛋蛋很冷静的样子。而别的人,老板,金老师,各位师兄师姐师弟师妹们,已经替我们高兴得要发狂了。终于,所有希冀得以实现,所有汗水得起所值,所有人振奋起来。我现在可以非常平静地,记录下这个对我来说意义非凡的日子:2009年8月4日,我和蛋蛋设计的第一款GaAs HBT超高速数模混合电路,10GHz直接数字频率综合器(DDS),正常工作了!
喜事,得从昨天的测试开始。经历了前面两周的烦躁不安和无休止等待,这周我们终于胜利占领测试间。按照我们的既定方针,先从容易的入手,所以就先测了泰哥的VCO。测试之前还有个小小的不顺利,就是发现我设计的直流探针卡尺寸有问题,和我们的Suss射频探针打架,不能同时扎到片子上。这是因为我当时设计直流探针卡,尺寸参考的是Cascade的探针,而现在我们已经把所有射频探针换成了尺寸要大些的Suss Z-probe。只好想个土办法,让泰哥拿锉去磨直流探针卡。好歹磨了两根可以用的,扎VCO。泰哥这次设计了四个VCO,两个12GHz,两个24GHz,嘎嘎,都顺利起振了。这是轰天响的第一炮,大家都非常兴奋了。
接着上的是,我的分频器。这个电路很简单,主要用来验证工艺和模型。测试结果也很不错,单端输入情况下可以稳定工作于17GHz时钟频率;如果有GSGSG差分探针的话,我想测试结果距离我的仿真结果应该会非常近。OK,我的信心再增加一些。看看17GHz输入时钟下输出的8.5GHz频谱:
接下来,曹玉雄的环形振荡器,就算小菜一碟了,没有任何问题,测试和仿真结果非常吻合。到下午四点多钟的时候,老板和金老师过来视察战况。老板对程伟的超宽带LNA寄予厚望,所以强烈要求下班之前测一把LNA。在程伟的设计报告中写着,这是一款DC到10GHz的超宽带LNA,整个带宽内增益高于16dB,匹配优于-10dB,NF小于4dB,功耗和尺寸对比别人的工作也有优势。我们知道,如果测试结果真的有这么好,这个LNA将是神物。所以,大家心里还挺紧张。探针台就位,所有仪器校准完毕,首先用PNA测S参数。话不多说,直接上图:
嘿嘿,这简直太不可思议,测试结果真的和仿真非常一致,连电流都丝毫不差。老板和金老师非常兴奋,马上嚷着要测噪声系数,可惜我们手边没有仪器,所以暂时作罢。一天下来战果辉煌,老板晚饭犒劳我们,席间还迅速地打电话借好了噪声参数测试仪。
今天早上一大早我去别的实验室把Agilent N8975A噪声参数测试仪抗来,开始测LNA的噪声系数。这个测起来也很快,但是结果和仿真数据有些许差别,我们分析了半天,估计可能是Bias-Tee的影响,但是无法验证,只好先把数据做全等下来再好好分析。接着又把LNA做了各频点的功率扫描,得到了他的大功率测试数据,照样好得一塌糊涂。不由得对程伟的敬仰再增添几分,对我们DDS的信心也增添几分。
午饭过后,欧阳跑到隔壁睡觉去了,我和蛋蛋决定乘热打铁,下午直接上我们的DDS1。于是,两个人开始搭测试系统。这是一个巨复杂的系统,电脑作为上位机,控制一个FPGA板,FPGA板控制另外一块控制板,这块控制板再连接到两个16针探卡上;仪器包括直流电源、射频信号源、频谱仪、示波器和微波探针台。
等我俩费半天劲把这一套搭好确定没有问题,两个小时已经过去了。然后又花了将近一个小时,欧阳把Z-Probe换为两支Cascade射频探针,做好校准。三点钟的时候,终于一切就绪了,这个时候正好金老师也过来了。一年多的辛苦,只为了这一刻几个按钮的开关。也许是因为前面的铺垫工作实在好得出奇,为我们壮了胆子;也许是因为这么长时间早已麻木不仁,不以物喜不以己悲了,我们居然没怎么紧张。直流电源打开,762mA@-5.1V,天哪,跟我们的仿真结果仅相差1mA。这个时候,我的心开始突突跳了,因为直流工作正常已经说明了很多问题,2000多个管子都正常工作了,所有版图没有错误,所有工艺都是成功的。蛋蛋迅速写进去一个控制字,1;欧阳打开了射频信号源,2GHz。频谱出来了,出来了!如果正确的话,应该是7.8MHz,但是频谱显示输出频率却是15.6MHz,我们的心登时沉了下去。有什么问题?为什么恰好是两倍呢?想到这里,我和蛋蛋几乎同时跳了起来,没问题,是正确的,双边沿触发!!本来很紧张沮丧的金老师,看到我们这个样子知道成了,马上笑开了花。太兴奋了,输出正常,我们的DDS1正常工作了,我们等不及想把这个消息告诉所有的人。激动了几分钟,绝对加频率,看看电路到底能工作到多高频率。4GHz,5GHz,7GHz,8GHz,10GHz,OK!变控制字,1,2,4,8,128,OK!此时此刻的心情难以名状,只是兴奋,只是激动!!居然,居然,果然,果然!老板被我和蛋蛋的电话催了过来,别看他表面很沉着冷静,其实心里早就开了花。大家都会心地笑,因为大家都知道,这对我们来说意味着什么。10GHz DDS,done!
看时钟频率10GHz,频率控制字为128时的输出频谱,5GHz:
看时钟频率10GHz,频率控制字为16时的输出时域波形,625MHz:
看着一个个漂亮的波形跳出屏幕,久违了的喜悦重重地撞在我的心坎上!但是很快,我们冷静了下来,因为后面也许还有更多的精彩。
***
我需要GSGSG射频探针,我需要PNA-X,我需要13GHz带宽示波器!
***
我可以毕业了。
