Направи дарение на училище!

Учени от Токийския технологичен институт (Tokyo Tech) и NTT Corporation (NTT) разработват нов CMOS-базиран приемо-предавател за безжични комуникации в обхвата 300 GHz, даващ възможност за бъдещи приложения над 5G. Техният дизайн е насочен към предизвикателствата на експлоатационната CMOS технология в нейната практическа граница и представлява първата широколентова CMOS система с фазови решетки, която работи при такива високи честоти.

Комуникацията при по-високите честоти е постоянно търсена цел в електрониката поради по-големите скорости на предаване на данни, които биха били възможни и за да се възползват от недостатъчно използваните части от електромагнитния спектър. Много приложения отвъд 5G, както и стандарта IEEE802.15.3d за безжични комуникации, изискват предаватели и приемници, способни да работят близо до или над 300 GHz.

За съжаление, нашата надеждна CMOS технология не е напълно подходяща за такива високи честоти. Близо до 300 GHz усилването става значително трудно. Въпреки че са предложени няколко CMOS-базирани приемо-предаватели за 300 GHz, те или нямат достатъчно изходна мощност, или могат да работят само в условия на пряка видимост, или изискват да бъде внедрена голяма площ на веригата.

За да се справи с тези проблеми, екип от учени от Tokyo Tech, в сътрудничество с NTT, предложи иновативен дизайн за 300 GHz CMOS-базиран приемо-предавател. Тяхната работа ще бъде представена в сборниците с технически документи в IEEE ISSCC от 2021 г. (Международна конференция за полупроводникови схеми), конференция, на която са изложени най-новите постижения в твърдотелните и интегралните схеми.

Една от основните характеристики на предложения дизайн е, че той е двупосочен; голяма част от веригата, включително миксер, антени и локален осцилатор, се споделя между приемника и предавателя. Това означава, че общата сложност на веригата и общата необходима площ на веригата са много по-ниски, отколкото при еднопосочните изпълнения.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Друг важен аспект е използването на четири антени в конфигурация на фазиран масив. Съществуващите решения за 300 GHz CMOS предаватели използват един излъчващ елемент, който ограничава усилването на антената и изходната мощност на системата. Допълнително предимство е способността за формиране на лъча на фазирани решетки, което позволява на устройството да регулира относителните фази на антенните сигнали, за да създаде комбиниран радиационен модел с персонализирана насоченост. Използваните антени са подредени „антени на Vivaldi“, които могат да бъдат гравирани директно върху печатни платки, което ги прави лесни за производство.

Предложеният приемо-предавател използва субхармоничен миксер, който е съвместим с двупосочна операция и изисква локален осцилатор със сравнително по-ниска честота. Този тип смесване обаче води до ниска изходна мощност, което накара екипа да прибегне до стара, но функционална техника, за да я засили. 

Професор Кеничи Окада от Tokyo Tech, който ръководи проучването, обяснява: „Премахването е метод, който обикновено се използва за подобряване на ефективността на усилвателите на мощността, като позволява тяхната работа при изходни мощности близо до точката, в която те вече не се държат линейно – т.е. без изкривяване. В нашата работа използвахме този подход, за да увеличим предаваната изходна мощност, като експлоатирахме миксерите при тяхната наситена изходна мощност.“ 

Друга забележителна характеристика на новия приемо-предавател е отличното му анулиране на проникването на локалния осцилатор („изтичане“ от локалния осцилатор през смесителя и към изхода) и честотата на изображението – често срещан тип смущения за използвания метод на приемане.

Целият приемо-предавател е реализиран на площ от едва 4,17 mm2. Той постигна максимални скорости от 26 Gbaud за предаване и 18 Gbaud за приемане, надминавайки най-модерните решения. 

Развълнуван от резултатите, Окада отбелязва: „Нашата работа демонстрира първото внедряване на широколентова CMOS система с фазови решетки, която работи на честоти по-високи от 200 GHz.“ Нека се надяваме това проучване да ни помогне да изцедим повече от капацитета на CMOS технологията за предстоящи приложения в безжичните комуникации!

Източник: sciencedaily.com
Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!