突破极限：新型CMOS收发器，适用于300 GHz以上的5G应用

东京工业大学(Tokyo Tech)和NTT公司(NTT)的科学家开发出一种新型CMOS收发器，用于300GHz频段的无线通信，实现了未来超越5G的应用。他们的设计解决了CMOS技术在实际极限下运行的挑战，代表了首个在如此高频率下运行的宽带CMOS相控阵系统。

在更高频率下进行通信是电子学界永远追求的目标，因为可以实现更高的数据速率，并利用电磁频谱中未被充分利用的部分。5G以后的许多应用以及无线通信的IEEE802.15.3d标准，都要求发射器和接收器能够在接近或高于300 GHz的频率下工作。

不幸的是，CMOS技术并不完全适合这样的高频率。在300 GHz附近，放大变得相当困难。虽然已经提出了一些基于CMOS的300GHz收发器，但它们要么缺乏足够的输出功率，要么只能在直接视线条件下工作，要么需要很大的电路面积才能实现。

为了解决这些问题，东京工业大学的一个科学家团队与NTT合作，提出了一种基于300GHz CMOS的收发器的创新设计（图1）。他们的工作将在2021年IEEE ISSCC(国际固态电路会议)的技术论文摘要中发表。

所提出的设计的主要特点之一是它是双向的；包括混频器、天线和本地振荡器在内的很大一部分电路是由接收器和发射器共享的（图2）。这意味着整体的电路复杂度和所需的总电路面积要比单向实现中低得多。

双向相控阵收发器架构

另一个重要方面是在相控阵配置中使用四根天线。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，它允许器件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模式。使用的天线是堆叠的 “Vivaldi天线”，可以直接蚀刻在PCB上，使其易于制造。获取更多前沿科技 信息 请持续关注：https://byteclicks.com

整个收发器是在一个小到4.17mm2的区域内实现的。它实现了26 Gbaud的最大传输速率和18 Gbaud的接收速率，超越了大多数最先进的解决方案。该工作展示了首次实现了工作频率高于200 GHz的宽带CMOS相控阵系统。这项研究成果将用于未来无线通信应用!