imec展示56Gb波束成形發(fā)射機 實現(xiàn)高功率零中頻的D頻段傳輸

于本周舉行的國際電機電子工程師學(xué)會（IEEE）射頻集成電路國際會議（RFIC Symposium）上，比利時微電子研究中心（imec）發(fā)表了一款基于CMOS技術(shù)的先進波束成形發(fā)射機，用來滿足D頻段的無線傳輸應(yīng)用。該發(fā)射器具備優(yōu)異的輸出功率及能源效率，同時支持每通道56Gb/s的超高數(shù)據(jù)傳輸率。該組件也是比利時微電子研究中心（imec）研究人員目前正在開發(fā)的四路波束成形收發(fā)機芯片之核心構(gòu)件。運用這項技術(shù)，他們希望可以協(xié)助部署新一代100GHz以上的高頻短距無線傳輸服務(wù)。

imec先進CMOS波束成形發(fā)射機的示意圖

新一代短距無線應(yīng)用以實現(xiàn)每秒數(shù)百億位（Gb/s）的超高傳輸率聞名，這些應(yīng)用開創(chuàng)了機運無限的時代。不論是探索無線傳輸失效安全機制的數(shù)據(jù)中心、固定無線存?。‵WA）網(wǎng)絡(luò)的部署或是用來打造延展實境（XR）體驗的無線熱點，這些應(yīng)用全都涵蓋了100GHz~300GHz的次太赫茲（sub-THz）頻段。

這些頻段所提供的超高帶寬只是其中一項關(guān)鍵性能。由于波長更短，這些頻段還能縮小天線的尺寸，應(yīng)用于構(gòu)型更緊湊的存取點與手持裝置。最后，超高的感測分辨率將在電競、智慧建筑、工業(yè)5.0等未來應(yīng)用帶來寶貴的價值，通訊與感測（即通感）功能將在這些應(yīng)用交織并用。

imec研究計劃主持人Joris Van Driessche解釋：「但是當(dāng)進入100GHz以上的高頻領(lǐng)域，CMOS技術(shù)遇到各種問題。第一項挑戰(zhàn)是達到一定的輸出功率，以克服這些高頻段具備較高路徑損失的問題。另外，寬帶電路的設(shè)計也是難上加難，不僅要具備良好的動態(tài)范圍，還要把功耗控制在合理范圍。這些挑戰(zhàn)都是我們采用CMOS技術(shù)來創(chuàng)新開發(fā)D頻段波束成形發(fā)射機的核心重點?！?/p>

高傳輸率、低功耗的D波段CMOS波束成形發(fā)射機

imec所研發(fā)的發(fā)射機是一款四路波束成形收發(fā)機的組件，并以120GHz~145GHz的頻率運行。該組件采用22奈米全空乏型絕緣層上硅（FD-SOI）制程，每個發(fā)射通道的占用面積僅有1.17x0.3mm2且功耗為232mW。在imec設(shè)定的操作狀態(tài)下，該組件的輸出功率在進行16QAM調(diào)變后達到3dBm，經(jīng)過64QAM調(diào)變后則為2dBm，這與其他D頻段CMOS收發(fā)機相比，其發(fā)射功率的表現(xiàn)特別出色。

這款發(fā)射機在本地振蕩器（LO）電路設(shè)置波束成形功能，以控制具備高增益的窄波束朝向特定的方向傳輸，另結(jié)合零中頻（IF）的收發(fā)機結(jié)構(gòu)，藉此減少訊號路徑上的組件數(shù)量。因此，訊號路徑的動態(tài)范圍可以避免損耗，并實現(xiàn)較廣的射頻頻寬。此外，imec采用的設(shè)計具備寬帶的模擬基頻，這包含了高達14GHz的通道帶寬，所以能在超大的頻率范圍內(nèi)達到每信道56Gb/s的超高數(shù)據(jù)傳輸率。

imec研究計劃主持人Joris Van Driessche表示：「我們的芯片還有另一個特點，那就是完整性。與其他的競爭方案不同，我們的收發(fā)機成功在四路通道上無縫整合了用于波束成形的本地振蕩器（LO）與完整的模擬基頻，并提供完整的射頻訊號鏈和波束成形性能。據(jù)我們所知，這是重大的領(lǐng)先創(chuàng)舉?！?/p>

廣邀研發(fā)伙伴來探索技術(shù)潛能

Van Driessche總結(jié)：「我們在IEEE射頻集成電路國際會議（RFIC Symposium）上發(fā)表的論文著重于展現(xiàn)我們利用這款全新開發(fā)的波束成形發(fā)射機所實現(xiàn)的研究成果。但在這之后，imec的這項研究便開始帶頭開發(fā)一款完整的四路波束成形收發(fā)機芯片，目前正在進行進一步的特性分析。透過這款芯片，我們希望能建立一套D頻段無線系統(tǒng)，未來將能提供研究伙伴用來進行實驗，包含波束成形技術(shù)、通感組合（joint communication and sensing）應(yīng)用等，同時證實了CMOS技術(shù)確實可用于新一代100GHz以上的高頻短距無線傳輸?！?/p>