基于混頻器優(yōu)先架構(gòu)的無線電芯片設(shè)計(jì)

無線電干擾是一件讓人頭疼的事情，無論是調(diào)皮的嬰兒監(jiān)視器打斷了你的Wi-Fi，還是充滿智能手機(jī)信號(hào)的體育場(chǎng)互相淹沒。

然而，麻省理工學(xué)院的天才們表示，他們已經(jīng)開發(fā)出一種無線電芯片，可以在干擾信息之前主動(dòng)屏蔽不需要的頻率，從而看穿最嘈雜的射頻地獄。

該芯片的開發(fā)是為了應(yīng)對(duì)與5G和其他無線通信標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的日益增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授內(nèi)加爾·里斯卡里米安解釋說，它的靈感來自幾個(gè)相鄰的領(lǐng)域，包括數(shù)字信號(hào)處理和應(yīng)用電子學(xué)。

這項(xiàng)工作在上周的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上展示，并在最近的一篇博客文章中詳細(xì)介紹，它將一些現(xiàn)有的技術(shù)結(jié)合到一個(gè)新的無線電芯片中，研究人員說，它可以對(duì)抗比現(xiàn)有寬帶接收器高40倍的射頻干擾。更重要的是，他們說這種方法不需要大型笨重的濾波設(shè)備。

據(jù)參與該項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院研究生Reiskarimian和Soroush Araei介紹，即使在目前的開發(fā)階段，這種芯片也足夠小，只有0.65平方毫米，可以用于移動(dòng)設(shè)備。雖然基于這種設(shè)計(jì)，5G被強(qiáng)調(diào)為無線電的潛在應(yīng)用，但他們指出，沒有理由不能將其用于Wi-Fi等其他無線信號(hào)。

他們向The Reg解釋說：“5G覆蓋的頻率范圍很廣?！薄捌渲性S多頻段都是在Wi-Fi和藍(lán)牙等其他技術(shù)之上或非常接近。聲稱這項(xiàng)工作對(duì)5G有用是一個(gè)涵蓋了6GHz以下頻段所有信號(hào)頻率的總括性聲明?！?/p>

該芯片的基本設(shè)計(jì)基于混頻器優(yōu)先架構(gòu)，之所以這樣稱呼是因?yàn)樗诮獯a信號(hào)之前去掉了不需要的頻率。然而，單靠這種方法并不能防止諧波干擾。

如果你不熟悉，諧波干擾發(fā)生在目標(biāo)頻率的數(shù)倍。研究人員解釋說，例如，1GHz、2GHz和5GHz都是諧波頻率。他們補(bǔ)充說，這種干擾很難過濾掉，因?yàn)殡娮釉O(shè)備通常很難區(qū)分它們。

Araei解釋說：“許多其他寬帶接收器在了解比特的含義之前不會(huì)對(duì)諧波進(jìn)行任何處理?！薄拔覀兿ＭM快消除諧波，以避免丟失信息?！?/p>

為了對(duì)抗這些頻率，研究人員將一種用于數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)，稱為塊數(shù)字濾波，應(yīng)用于使用電容器的模擬環(huán)境。并聯(lián)或按順序連接的電容器的不同排列方式可以有效地阻擋這些諧波，但往往有降低信號(hào)的副作用。

為了避免這種信號(hào)損失，Reiskarimian的團(tuán)隊(duì)使用了一種經(jīng)過仔細(xì)校準(zhǔn)的堆疊電容器組合。結(jié)果是大部分干擾可以被過濾掉，而不損害所需頻率的完整性。

“人們以前單獨(dú)使用過這些技術(shù)——電荷共享和電容器堆疊，但從未一起使用過，”Araei說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，這兩種技術(shù)必須同時(shí)使用才能獲得這種好處?！?/p>

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)在嘈雜的射頻環(huán)境中有實(shí)際應(yīng)用。隨著由大量高低頻頻譜組成的5G網(wǎng)絡(luò)變得越來越普遍，他們預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將變得越來越重要。

還有一些挑戰(zhàn)有待解決。其中兩個(gè)，我們被告知，正在擴(kuò)展頻率范圍和優(yōu)化芯片的性能，以解決特定的用例。

然而，瑞斯卡里米安和阿雷認(rèn)為，他們的研究成果很快就會(huì)應(yīng)用到智能手機(jī)和其他無線技術(shù)領(lǐng)域。

他們表示：“集成電路的發(fā)展非常迅速，特別是涉及到無線技術(shù)時(shí)?！薄拔覀兊募夹g(shù)和我們用來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)可以在幾年之內(nèi)很容易地應(yīng)用到商業(yè)電臺(tái)上。”

編輯：黃飛

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