太赫兹时钟与旋转波

科创太赫兹研究中心 编译

加利福尼亚州斯科特谷的一家只有12名员工的小公司最近发布了一项新的技术--半导体时钟,它能大幅度削减预算功率并且为太赫兹时钟频率的电路开辟了一片天地。

今年下半年，斯达普公司（Startup MultiGig Inc.）将发布这样一批运用旋转传播波振荡器时钟方案的模拟和复合信号产品。但是要取代现有的大部分数字电路这一时钟技术方法，实现这个目标，公司还面临着很多困难。

斯达普公司（Startup MultiGig Inc.）的首席经理哈里斯巴思特说到，“这种技术比使用传统的振荡回路或者环形回路振荡器和时钟树或者网的方法要优越，它本质上是发送了一个脉冲在像Mobius线圈一样背对着自身拧起来的差速传输线上。这个环线制传输线在电路板上的金属连接层运行并且不需要任何苛刻的印制板工艺或处理步骤,所以生产成本增长能保持在最小值。

配对反向的变极器于回路以保持脉冲的强度系数, 就像手纺织轮子。路线的长度决定周期。例如,对一个在180纳米CMOS中6GHz旋转波回路来说,这个回路的物理面积是0.35 mm²。

“它几乎就像一个永恒运动的机器;你启动它,然后它保持着运行。” 加利福尼亚州圣何塞市加特那数据咨询中心的信号分析专家斯帝芬沃谈到：“这种旋转波工艺仅消耗了很小一部分传统时钟方案所需要的功率,因此它看起来就像是自给自足的。”

按照斯达普公司（Startup MultiGig Inc.）的说法,这项技术支持了减少驱动微处理器的时钟所需的动态功率80%的可能(即为原来的1/5). Basit记录了一个千兆赫级别, 1.2伏特,以130纳米工艺制作的CPU仅在时钟功能上就可以浪费18瓦特。

在它第一次模拟到数字的转换上,MultiGig将会实现一个具有4个部分的物理回路.回路的任何一点都可以设置开关来获得4个支路任一条的使用权。

“我们已经设置了多达512个状态开关来中断一个时钟,并且它们非常精确。”巴斯特说,“所以我们知道可以开始认真考虑将亚微微秒状态和太赫兹频率同步脉冲电路有力的应用于高速数字和复合信号产品中,比如A/D和D/A转换器。”据公司称,这项技术能推进下一代连续I/O和雷达系统的发展,并且它已经引起了美国政府对超级计算机可能的应用的兴趣。

斯达普公司（Startup MultiGig Inc.）凭借和比如爵士半导体铸造厂(纽坡特海滩市,加利福尼亚州)的合作已经完成了CMOS,双极的和硅绝缘体制板以及砷化镓模拟设备上的测试电路。“这项技术的基本原理已经很好的验证测试过。”巴斯特，这位曾在IBM研发中心, Bell实验室, Rockwell和美国国防部远景计划处管理研究项目的专家进一步谈到。

重写规则

“这项时钟技术让你重新思考怎样设计很多电路,就像一部全新的规则手册。”巴斯特补充到.然而新奇也意味着道路上的一个障碍。

“它是一项耀眼的技术,” 加利福尼亚州圣何塞市加特那数据咨询中心的信号分析专家斯帝芬沃说到,“并且它在时钟市场能产生深远的影响,在那Gartner每年掷出十亿而且增加着,尤其当像智能和与之类似的工具的上品增加到多样化。问题是你怎样实现它。”

“这迫使设计者尝试不同的方法,并且他们对此的抗拒一直存在着。你将不得不逼工程师们把这个设计到他们的电路中。那很浪费时间—在这项技术使用在数字硅体上至少两年的时间。” 斯帝芬沃估计道.

例如,当旋转波振荡器被认为不比传统时钟在硅体领域应用得广泛甚至于可能更少些,那么在电路图上它需要新的思考。“它就像在芯片外围建立了一条新的跑道。” 斯帝芬沃继续说到。

“在数字应用中,大概每个顶部两个金属层的15%将被本公司的时钟利用,但是较少的线路被用作功率配送。” 巴斯特说,“我们希望在大部分的数字应用中,这些区域没有影响。”