【导读】东京工业大学（Tokyo Tech）和NTT Corporation（NTT）的科学家开发了一种新颖的基于CMOS的收发器，用于300 GHz频段的无线通信，可实现5G以后的未来应用。他们的设计解决了在其实际极限下操作CMOS技术的挑战，并代表了第一个以这种较高频率工作的宽带CMOS相控阵系统。
更高频率下的通信是电子产品中永远追求的目标，因为可以实现更高的数据速率并利用电磁频谱利用率不足的部分。5G以外的许多应用以及用于无线通信的IEEE802.15.3d标准要求能够在接近或高于300 GHz的频率下运行的发射器和接收器。
不幸的是，我们可信赖的CMOS技术并不完全适用于这种较高的频率。在300 GHz附近，放大变得相当困难。尽管已经提出了一些用于300 GHz的基于CMOS的收发器，但它们要么缺少足够的输出功率，要么只能在直接的视线条件下运行，或者需要大电路面积来实现。
为了解决这些问题，东京技术大学的科学家团队与NTT合作，提出了一种基于300 GHz CMOS收发器的创新设计。他们的工作将在2021年IEEE ISSCC（国际固态电路会议）上的技术论文摘要中进行介绍，该会议将公开固态和集成电路的最新进展。
拟议设计的主要特征之一是双向的。接收器和发送器之间共享电路的很大一部分，包括混频器，天线和本地振荡器。这意味着总的电路复杂度和所需的总电路面积远低于单向实现。
另一个重要方面是在相控阵配置中使用四个天线。现有的300 GHz CMOS发射器解决方案使用单个辐射元件，这限制了天线增益和系统的输出功率。另一个优势是相控阵的波束成形能力，该能力使设备可以调整天线信号的相对相位，以创建具有自定义方向性的组合辐射图。所使用的天线是堆叠的“ Vivaldi天线”，可以直接蚀刻到PCB上，使其易于制造。
所提出的收发器使用次谐波混频器，其与双向操作兼容并且需要具有相对较低频率的本地振荡器。但是，这种混合导致输出功率低，这导致团队使用一种古老而实用的技术来提高功率。负责这项研究的东京理工大学的冈田贤一教授解释说：“过时是一种通常用于提高功率放大器效率的方法，它可以使功率放大器在输出功率接近线性不再起作用的点时工作，也就是说，没有失真。在我们的工作中，我们使用这种方法通过以混频器的饱和输出功率运行来增加发射的输出功率。”
整个收发器的面积仅为4.17 mm2。它实现了最大传输速率为26 Gbaud，接收最大速率为18 Gbaud，超越了大多数最新解决方案。冈田对结果感到兴奋，他说：“我们的工作演示了宽带CMOS相控阵系统在频率高于200 GHz时的首次实现。” 让我们希望这项研究能够帮助我们从CMOS技术中榨取更多汁液，以用于即将在无线通信中使用的应用！
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