Analysis of a new architecture pipeline of analogical/digital superconductive converter HTc

Analyse d'une nouvelle architecture pipeline de convertisseur analogique numérique supraconducteur

Joël Roméo Ngankio Njila (1)

1 IMEP-LAHC - Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation

Superconductive analogue to digital converters (ADC) generally have speed and power dissipation advantages which should enable their application in telecommunication, medicine, and where an analogue signal (delivered e.g. by a sensor) needs to be digitized for post-processing.We are developing a new concept of analogue to digital converter using high critical temperature (Tc=90K) superconductors and operating at 30GHz; this converter is based an original structure, the pipeline architecture. The principle is to place a cascade of N comparators along a transmission line on which propagates the up-converted analogue signal. The carrier frequency is used in this case as a sampling signal.Each comparator, made with a SQUID loop, produces one bit at the carrier frequency: it codes the input signal by generating or not an RSFQ pulse (respectively "1” or “0"), and passes the residue (attenuated signal) in the following comparator.Here, we present steps for the comparator optimisation and mask design.Besides simulation results, we present the measurements at 30GHz carrier frequency of the comparator designed at low critical temperature (LTS). Finally, we suggest other tools to develop the optimised low critical temperature converter and we proposed the concept of the comparator operating at high critical temperature (HTS).

L'objectif de ce travail était d’élaborer la brique de base d'un convertisseur analogique numérique supraconducteur à architecture pipeline, fonctionnant à 30GHz de fréquence d’échantillonnage. Ce convertisseur est constitué d’un bloc de N comparateurs disposés en cascade le long d’une ligne de transmission. Chaque étage de comparaison est constitué d'un SQUID rf mutuellement couplé à un tronçon de ligne de transmission. Lorsque le signal à convertir arrive à la hauteur d'un comparateur, il génère un champ magnétique qui induit un courant dans le SQUID rf. Ce courant pourra faire commuter la jonction Josephson du SQUID rf dans certains cas, en fonction des caractéristiques internes de la jonction Josephson du SQUID et de son environnement. La commutation, qui s’accompagne de l’apparition d’une impulsion de tension quantifiée SFQ, a été étudiée de manière théorique et expérimentale en fonction des différents paramètres du problème.

Mots clés: Analog-to-digital superconducting converter; Comparator; Pipeline ADC; Single-flux quantum; Superconducting quantum interference device

Mots clés: Convertisseur analogique numérique supraconducteur; Comparateur; Convertisseur analogique numérique pipeline; Quantum de flux; Quantum supraconducteur

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Joël Roméo Ngankio Njila. Analyse d'une nouvelle architecture pipeline de convertisseur analogique numérique supraconducteur. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Grenoble, 2012. Français. ⟨NNT : 2012GRENT006⟩. ⟨tel-00721747⟩