Imec推出基于CMOS的56Gb/s零中頻D波段波束成形發(fā)射機(jī) 具有卓越的輸出功率和能效

  ICC訊（編譯：Nina）比利時(shí)魯汶，2024年6月17日--在本周的IEEE RFIC研討會上，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展示了一種最先進(jìn)的基于CMOS的D波段無線應(yīng)用波束成形發(fā)射機(jī)。該發(fā)射器具有卓越的輸出功率和能源效率，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發(fā)的四路波束成形收發(fā)器芯片的關(guān)鍵組件。通過這項(xiàng)技術(shù)，他們的目標(biāo)是支持下一代100GHz以上頻率的短程無線服務(wù)的部署。

  下一代短程無線應(yīng)用以每秒數(shù)十吉比特的數(shù)據(jù)速率而自豪，開創(chuàng)了一個(gè)充滿機(jī)遇的時(shí)代。無論是尋找無線故障安全機(jī)制的數(shù)據(jù)中心、固定無線接入（FWA）部署，還是支持?jǐn)U展現(xiàn)實(shí)（XR）體驗(yàn)的無線熱點(diǎn)，它們都集中在100至300GHz之間的亞太赫茲波段。

  這些頻率提供的充足帶寬只是其基本特征之一。此外，它們更短的波長允許更小的天線，從而實(shí)現(xiàn)越來越緊湊的接入點(diǎn)和手持設(shè)備。最后，在通信和傳感交織在一起的未來應(yīng)用（游戲、智能建筑、工業(yè)5.0等）中，高傳感分辨率將證明是無價(jià)的。

  imec項(xiàng)目經(jīng)理Joris Van Driessche解釋說：“然而，當(dāng)CMOS技術(shù)進(jìn)入100GHz及以上的領(lǐng)域時(shí)，它會遇到各種障礙。第一個(gè)挑戰(zhàn)是獲得足夠的輸出功率來克服這些頻率下較高的路徑損耗。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?！?

  一種高數(shù)據(jù)速率、低功耗的基于CMOS的D波段波束形成發(fā)射機(jī)

  Imec的發(fā)射機(jī)是其四路波束成形收發(fā)器架構(gòu)的一部分，工作在120-145GHz的頻率范圍內(nèi)。采用22nm FD-SOI工藝設(shè)計(jì)，每個(gè)發(fā)射通道占地1.17x0.3mm2，功耗為232mW。16QAM調(diào)制的輸出功率為3dBm，64QAM調(diào)制為2dBm，就發(fā)射輸出功率而言，imec的實(shí)現(xiàn)在CMOS D波段收發(fā)器中脫穎而出。

  通過在本振電路中實(shí)現(xiàn)波束形成，在特定方向上引導(dǎo)高增益窄波束，結(jié)合零中頻收發(fā)器架構(gòu)，imec的發(fā)射機(jī)減少了信號路徑中組件的數(shù)量。這樣，可以保持信號路徑的動(dòng)態(tài)范圍，并且可以實(shí)現(xiàn)較寬的射頻帶寬。此外，imec的設(shè)計(jì)具有覆蓋通道帶寬高達(dá)14GHz的寬帶模擬基帶部分，可在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率(每個(gè)通道高達(dá)56Gb/s)。

  Joris Van Driessche表示：“我們芯片的另一個(gè)獨(dú)特之處在于它的完整性。與競爭對手的解決方案不同，我們的解決方案無縫集成了所有四個(gè)通道的LO波束形成和全模擬基帶部分，以及完整的RF鏈和波束形成功能。據(jù)我們所知，這是重大的第一次?！?

圖：演示器背面有一個(gè)完整的4路波束成形收發(fā)器芯片，旨在支持100GHz以上頻率的下一代短程無線服務(wù)的部署（來源：imec官網(wǎng)）

  邀請合作伙伴探索這項(xiàng)技術(shù)的潛力

  “在IEEE RFIC研討會上發(fā)表的論文重點(diǎn)介紹了我們使用新型波束成形發(fā)射機(jī)所取得的成果。然而，我們的研究已經(jīng)開發(fā)出一個(gè)完整的4路波束成形收發(fā)器芯片，目前正在進(jìn)行進(jìn)一步的表征。通過該芯片，我們的目標(biāo)是建立一個(gè)D波段無線系統(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)在下一代、頻率高于100GHz的短程無線應(yīng)用中的可行性,”Van Driessche總結(jié)道。

  這項(xiàng)研究是imec先進(jìn)射頻計(jì)劃（Advanced RF program）的一部分，該計(jì)劃旨在通過解決從設(shè)備級到系統(tǒng)級的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)下一代高數(shù)據(jù)速率無線和高分辨率傳感應(yīng)用。

  原文：Imec unveils CMOS-based 56Gb/s zero-IF D-band beamforming transmitter, featuring superior output power and energy efficiency - https://www.imec-int.com/en/press/imec-unveils-cmos-based-56gbs-zero-if-d-band-beamforming-transmitter-featuring-superior