6/19/2024，光纖在線訊，魯汶（比利時(shí)），2024年6月17日 — 在本周的IEEE RFIC研討會(huì)上，世界領(lǐng)先的納米電子和數(shù)字技術(shù)研究和創(chuàng)新中心imec展示了一種用于D波段無(wú)線應(yīng)用的，最先進(jìn)的基于CMOS的波束成形發(fā)射器。該發(fā)射器具有出色的輸出功率和能效，同時(shí)支持每通道高達(dá) 56Gb/s 的數(shù)據(jù)速率。它是imec研究人員目前正在開(kāi)發(fā)的4路波束成形收發(fā)器芯片的關(guān)鍵組件。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，他們旨在支持頻率高于100GHz的下一代短距離無(wú)線服務(wù)的部署。

    下一代短距離無(wú)線應(yīng)用，擁有每秒數(shù)十吉比特的數(shù)據(jù)速率，迎來(lái)了一個(gè)充滿機(jī)遇的時(shí)代。無(wú)論是尋求無(wú)線故障安全機(jī)制的數(shù)據(jù)中心、固定無(wú)線接入 （FWA） 部署，還是支持?jǐn)U展現(xiàn)實(shí) （XR） 體驗(yàn)的無(wú)線熱點(diǎn)，它們都匯聚在 100 到 300GHz 之間的亞太赫茲頻段。

    這些頻率提供的充足帶寬只是基本功能之一。此外，其較短的波長(zhǎng)允許更小的天線，從而實(shí)現(xiàn)越來(lái)越緊湊的接入點(diǎn)和手持設(shè)備。最后，高傳感分辨率將在通信和傳感交織在一起的未來(lái)應(yīng)用（游戲、智能建筑、工業(yè) 5.0 等）中被證明是無(wú)價(jià)的。

    “然而，當(dāng)CMOS技術(shù)涉足100GHz及以上領(lǐng)域時(shí)，它遇到了各種障礙。第一個(gè)挑戰(zhàn)是獲得足夠的輸出功率，以克服這些頻率下更高的光路損。實(shí)現(xiàn)具有良好動(dòng)態(tài)范圍和可接受功耗的寬帶電路也更加困難。這些挑戰(zhàn)是我們新型基于CMOS的D波段波束成形發(fā)射機(jī)的核心，“imec項(xiàng)目經(jīng)理Joris Van Driessche解釋道。

基于CMOS的高數(shù)據(jù)速率、低功耗D波段波束成形發(fā)射器
    Imec的發(fā)射器是4路波束成形收發(fā)器架構(gòu)的一部分，工作頻率范圍為120-145GHz。采用22nm FD-SOI工藝設(shè)計(jì)，每個(gè)發(fā)射通道占用面積為1.17x0.3mm?，功耗為232mW。16QAM調(diào)制的輸出功率為3dBm，64QAM調(diào)制的輸出功率為2dBm，imec的實(shí)現(xiàn)在發(fā)射輸出功率方面在CMOS D波段收發(fā)器中表現(xiàn)最佳。

    通過(guò)在本地振蕩器電路中實(shí)現(xiàn)波束成形，將高增益窄波束引導(dǎo)到特定方向，并結(jié)合零IF收發(fā)器架構(gòu)，imec的發(fā)射器減少了信號(hào)路徑中的元件數(shù)量。因此，可以保留信號(hào)路徑的動(dòng)態(tài)范圍，并實(shí)現(xiàn)較寬的射頻帶寬。此外，imec的設(shè)計(jì)具有寬帶模擬基帶部分，覆蓋高達(dá)14GHz的信道帶寬，可在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率（每個(gè)信道高達(dá)56Gb/s）。

    Joris Van Driessche：“我們芯片的另一個(gè)獨(dú)特之處在于它的完整性。與競(jìng)爭(zhēng)解決方案不同，我們的解決方案在所有四個(gè)通道上無(wú)縫集成了 LO 波束成形和完整的模擬基帶部分，以及完整的射頻鏈和波束成形功能。據(jù)我們所知，這是一個(gè)重要的第一次。

邀請(qǐng)合作伙伴探索該技術(shù)的潛力
    “在IEEE RFIC研討會(huì)上發(fā)表的論文重點(diǎn)介紹了我們使用新型波束成形發(fā)射器所取得的成果。然而，我們的研究已經(jīng)導(dǎo)致了完整的 4 路波束成形收發(fā)器芯片的開(kāi)發(fā)，該芯片目前正在進(jìn)行進(jìn)一步的表征。通過(guò)這款芯片，我們的目標(biāo)是建立一個(gè)D波段無(wú)線系統(tǒng)，使合作伙伴能夠試驗(yàn)波束成形技術(shù)、聯(lián)合通信和傳感（JC&S）應(yīng)用等，同時(shí)展示CMOS技術(shù)在頻率高于100GHz的下一代短距離無(wú)線應(yīng)用中的可行性。

    這項(xiàng)研究是imec高級(jí)射頻計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃旨在通過(guò)解決從設(shè)備級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)下一代高數(shù)據(jù)速率無(wú)線和高分辨率傳感應(yīng)用。有關(guān)該計(jì)劃的更多信息以及有關(guān)合作機(jī)會(huì)的咨詢(xún)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)此頁(yè)面。

      
imec最先進(jìn)的基于CMOS的波束成型發(fā)射器的演示（圖源：imec）

      
演示器背面完整4路波束成形收發(fā)器芯片，旨在支持再100GHz以上頻率下部署下一代短距離無(wú)線服務(wù)（圖源：imec）

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     Imec是世界領(lǐng)先的納米電子學(xué)和數(shù)字技術(shù)研究和創(chuàng)新中心。Imec利用其最先進(jìn)的研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施及其由5,500多名員工和頂尖研究人員組成的團(tuán)隊(duì)，在先進(jìn)半導(dǎo)體和系統(tǒng)擴(kuò)展、硅光子學(xué)、人工智能、5G通信和傳感技術(shù)之外以及健康和生命科學(xué)、移動(dòng)出行、工業(yè)4.0、農(nóng)業(yè)食品、智慧城市、可持續(xù)能源等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和教育。Imec將半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的世界行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、法蘭德斯和國(guó)際科技、制藥、醫(yī)療和ICT公司、初創(chuàng)企業(yè)以及學(xué)術(shù)界和知識(shí)中心聯(lián)合起來(lái)。Imec總部位于比利時(shí)魯汶，在比利時(shí)、荷蘭和美國(guó)設(shè)有研究基地，并在三大洲設(shè)有代表處。2023年，imec的收入（P&L）總計(jì)為9.41億歐元。

來(lái)源： Imec