毫米波电路技术的进步及应用受关注

2018-02-04编辑:王磊 关键字:毫米波

近年来,RF领域毫米波频带的技术发布激增,在今年的发布中,除了电路技术本身的进步之外,支持新用途的方案以及只有毫米波才能实现的电路技术方案备受关注。在Session 23“mm-Wave Transceivers,Power Amplifiers & Sources”上,索尼、美国加州理工学院(California InsTItute of Technology)共同发布了连接输入输出设备用56GHz收发电路,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)、意大利帕多瓦大学(University of Padova)和意法半导体(STMicroelectronics)共同提出了用开关控制片上天线的90GHz频带发送电路,除了这些新系统的方案之外,德国乌泊塔尔大学(University of Wuppertal)还发布了160GHz频带收发电路和成像阵列用650GHz接收电路,会上共有9项发布。


在一开始索尼的技术发布(演讲序号23.1)中,报告了可用56GHz频带近距离无线通信实现用于连接高清电视等设备的11Gbit/秒数据传输速度。40nm工艺CMOS收发电路和基于引线键合(Wire Bonding)的天线,在6.4pJ/bit的电力条件下,实现了1.4cm距离范围内的通信。“相对于有线传输方式在数据转发速度提高时,因充放电容量较大,会受到低功耗的限制而言,无线传输方式更有利于降低功耗”,这一观点在会场引发了热烈的讨论,体现了对这一领域的关注度之高。


德国乌泊塔尔大学的发布(演讲序号23.2)报告了使用0.13μm工艺SiGe BiCMOS技术的160GHz频率正交型直接变频收发电路。振荡器可使其在相当于收发频率1/3的52GHz到55GHz之间振荡,提高3倍之后产生局域信号。


芬兰赫尔辛基理工大学(Helsinki University of Technology)发布的技术(演讲序号23.3),与采用65nm工艺CMOS技术的77-94GHz频带8GHz IF信号图象载频抑制(Image RejecTIon)型发送电路有关。输出功率为6.6dBm时,图像载频抑制量达到了15-20dB。


加州大学伯克利分校等发布了医疗用脉冲雷达发送电路(演讲序号23.4)。该电路采用了0.13μm工艺BiCMOS技术,对90GHz的载波进行脉冲调制时,除了可启功率放大器之外,片上天线也设置了开关,实现了35ps的脉冲。该技术方案充分利用了天线也可片上化的毫米波频带特点。


意大利摩德纳雷焦艾米利亚大学(University of Modena and Reggio Emilia)等发布了以115GHz的频率工作,调谐范围可宽达13.1%的注入锁定(InjecTIon Lock)型2倍频电路(演讲序号23.5)。通过采用Push-Push型电路,以及充分确保注入信号的方法,使调谐范围达到了原来的3~5倍。


此外,还有接连3项60GHz频带放大器技术发布。首先台湾联发科技(MediaTek)和美国IBM发布了采用65nm工艺CMOS技术,可在1V电源下输出17.9dBm功率的60GHz频带放大器(演讲序号23.6)。这种放大器采用前级两并联、中级及后级四并联的3级构成,合波器由转换器构成。


美国加州大学戴维斯分校(University of California Davis)发布了采用90nm工艺CMOS技术,可在1.2V电源下输出19.9dBm功率的60GHz频带放大器(演讲序号23.7)。这种放大器采用前级、2级两并联、3级及后级四并联的4级构成,分波器和合波器全部采用Wilkinson型电路。


意法半导体等发布了可在1.2及1.8V电源下输出18.1dBm功率的60GHz频带放大器(演讲序号23.8)。这种放大器由8个采用2级构成的单个放大器并联而成。2级构成的单个放大器为差分放大器,可由转换器进行信号差分转换,实现各级之间的统一。


最后,乌泊塔尔大学发布了与适用THz成像的650GHz接收电路有关的技术(演讲序号23.9)。这种电路采用了0.13μm工艺SiGe BiCMOS,可在双极晶体管中添加650GHz信号和频率约为其1/4的信号,从而产生100MHz频带IF信号。转换增益为-13dB,噪声指数为42dB。尽管电路的基本运行仍在确认,但该大学对650GHz频率的挑战值得一提。


从整体来看,各项技术的模拟数据和实测数据均非常一致,令人感到毫米波频带技术设计精度的不断提高。另外,受益于设计精度的提高,尤其是被动元件设计的不断进步,正如序号为23.6、23.7及23.8所描述的那样,与原来相比,对最大输出功率的提高作出了贡献。要实现毫米波系统,虽然需要集成电路设计的进步,但同样需要包含封装技术在内的相关技术不断进步。与去年相同,今年也发布了很多片上评测技术,期待今后能够发布更多包含封装技术在内的相关技术。

关键字:毫米波

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