Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Welt-schnellster elektronischer Digital-Analog-Wandler für Internetverbindungen

02.06.2014

Forscher der Universität Stuttgart stellten auf dem internationalen Symposium des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) für Integrierte Hochfrequenzschaltungen in Tampa Bay/ Florida am 2. Juni 2014 den weltweit schnellsten elektronischen Digital-Analog-Wandler mit einer Wandlungsrate von 100 Milliarden Wandlungen pro Sekunde (100 GS/s)*. Solche Wandler - sie gelten als Schlüsselkomponenten für das schnelle Internet - nehmen die digitalen Datenworte aus Vermittlungsrechnern entgegen und wandeln diese in analoge Spannungswerte, die die optischen Modulatoren an den Schnittstellen zur Glasfaserstrecke ansteuern.

Noch mehr Internet-Daten noch schneller übertragen, über bestehende Glasfasernetze und ohne zusätzliche Kosten für neue Glasfaserkabel – davon träumt die Telekommunikationsbranche ebenso wie die Politik. Forscher des Instituts für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT) der Universität Stuttgart lassen diese Vision nun näher rücken:


Testplatine mit Digital-Analog-Wandler-Mikrochip (Mitte) und Hochfrequenz-Anschlüssen für das analoge Ausgangssignal (oben).

Universität Stuttgart/ INT

Auf dem internationalen Symposium des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) für Integrierte Hochfrequenzschaltungen in Tampa Bay/ Florida präsentieren sie am 2. Juni 2014 den weltweit schnellsten elektronischen Digital-Analog-Wandler mit einer Wandlungsrate von 100 Milliarden Wandlungen pro Sekunde (100 GS/s)*.

Solche Wandler - sie gelten als Schlüsselkomponenten für das schnelle Internet - nehmen die digitalen Datenworte aus Vermittlungsrechnern entgegen und wandeln diese in analoge Spannungswerte, die die optischen Modulatoren an den Schnittstellen zur Glasfaserstrecke ansteuern.

Die weltumspannenden Hochgeschwindigkeits-Datennetze bilden das Rückgrat des Internets. Sie bestehen aus Netzknoten mit elektronischen Vermittlungsrechnern, welche über weltweite Verbindungsleitungen miteinander kommunizieren. Die Verbindungsleitungen bestehen aus Glasfaserbündeln, die die Daten in Form von moduliertem Licht mit hoher Geschwindigkeit und geringer Dämpfung über weite Strecken übertragen.

Das in den Netzen übertragene Datenvolumen nimmt dabei seit Jahren exponentiell zu. Dennoch werden aus Kostengründen nur selten neue Glasfaserbündel zwischen den Vermittlungsknoten verlegt. Stattdessen versucht man, die maximal mögliche Datenrate auf den bereits vorhandenen Datenleitungen weiter zu steigern.

Dies ist nur durch aufwändigere 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 Digital-Analog-Wandler benötigt. Aufgrund des steigenden Datenvolumens im Internet nehmen dabei die Anforderungen an die Wandlungsrate wie auch an die Auflösung zu. 

Für diese Ansprüche haben die Mitarbeiter des INT den schnellsten Digital-Analog-Wandler in einer fortgeschrittenen 28 Nanometer-CMOS-Technologie als hochintegrierten Mischsignalschaltkreis (Mikrochip) entworfen. Mischsignalschaltkreise umfassen dabei sowohl analoge wie digitale Schaltungsblöcke, welche eng miteinander verknüpft sind und somit die Schnittstellenfunktion zwischen digitalen und analogen Systemen ermöglichen.

Um die extrem hohe Wandlungsrate von 100 GS/s zu erreichen, wurden auf dem Chip vier Wandlerkerne in einer verschachtelten geometrischen Struktur angeordnet, welche im zeitlichen Abstand von jeweils 10 Pikosekunden einen neuen analogen Spannungswert ausgeben.

Um trotz der Parallelschaltung der vier Wandlerkerne am analogen Ausgang eine genügend große Bandbreite zu erreichen, wurden die Ausgänge der vier Kerne in eine sogenannte künstliche Leitung eingebettet. Bei solch einer künstlichen Leitung bilden die kapazitiven Lasten der einzelnen Wandlerstufen mit geeigneten, in Serie geschalteten Induktivitäten eine Wanderwellenstruktur, mit der große Bandbreiten erreicht werden können.

Die Forscher konnten beim Entwurf des Wandlers auf Erkenntnisse zurückgreifen, die sie in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt „100GET“ gewonnen hatten. Dieses Forschungsprojekt zielte auf eine Übertragungsrate von 100 Gbit/s pro Wellenlängenkanal in einer Glasfaser.

Mit Hilfe des neuen Wandlers mit einer Wandlungsrate von 100 GS/s und einer nominalen Auflösung von 8 bit kann die Übertragungsrate auf 400 Gbit/s pro Glasfaser-Wellenlängenkanal gesteigert werden. Derart schnelle und breitbandige Digital-Analog-Wandler eröffnen auch neue Anwendungsgebiete in der Messtechnik.

Beispiele hierfür sind so genannte Arbiträrsignalgeneratoren, die nahezu beliebig geformte Ausgangssignale erzeugen können, sowie künftige ultrabreitbandige drahtlose Datenübertragungssysteme mit Datenraten von mehr als 100  Gigabit/Sekunde. 

*Originalpublikation: H. Huang, J. Heilmeyer, M. Grözing, M. Berroth: “An 8-bit 100-GS/s distributed DAC in 28-nm CMOS”, IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC) 2014, Tampa Bay, Florida, June 1-3, 2014, WWW: http://rfic-ieee.org/

Weitere Informationen:
Dr. Markus Grözing, Universität Stuttgart, Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT), Tel. 0711/685-67921, E-Mail: m.groezing [at] int.uni-stuttgart.de.
Prof. Dr. Manfred Berroth, Universität Stuttgart, Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT), Tel. 0711/685-67922, E-Mail: berroth [at] int.uni-stuttgart.de.
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Abt. Hochschulkommunikation, Tel. 0711/685-82176, E-Mail: andrea.mayer-grenu [at] hkom.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Ergonomie am Arbeitsplatz: Kamera erkennt ungesunde Bewegungen
24.04.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht TU Ilmenau entwickelt Chiptechnologie von morgen
20.04.2017 | Technische Universität Ilmenau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung