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imec推出基地站與手機ADC元件 推動超5G通訊發展
 

【CTIMES/SmartAuto 籃貫銘 報導】   2024年06月23日 星期日

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於本周舉行的IEEE國際超大型積體電路技術研討會(VLSI Symposium)上,比利時微電子研究中心(imec)推出兩款用於基地站與手機的先進類比數位轉換器(ADC)。支援射頻(RF)取樣的基地站ADC在高達5GHz的多個頻段運行,並結合高解析度與高線性度,功耗也很低。作為輔助元件,另一款是鎖定手機應用的單通道ADC,該元件利用多位元的管線式多階段運作與背景校正功能,在功耗效率方面創下新低。

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這兩款ADC元件現已開放授權,為邁向可擴展的高性能超5G解決方案—例如基於雲端技術的人工智慧(AI)與延展實境(XR)應用程式,踏出關鍵的一步。

超5G技術將是持續擴展高頻寬行動服務的關鍵推手,這些服務包含像是基於雲端技術的人工智慧與延展實境應用程式。但這也代表著要採用更高的操作頻率(行動網路業者目前在探索高達5GHz的頻段),還要部署更先進的基礎設施設備,包含大型的天線陣列。

imec研究計畫主持人Joris Van Driessche表示:「未來需要電信商推動行動網路的轉型,尤其是基地台與手機端的收發器設計,以及其內部的類比數位轉換器(ADC)。收發器的主要需求將包含小尺寸、低功耗與有助於增加網路容量的其他功能,例如多頻段運作及大規模天線陣列(massive MIMO)。在今年的IEEE國際超大型積體電路技術研討會上,我們推出了兩款新型ADC元件來滿足這些需求。」

基地台的無線電通常透過指派各個頻段給不同的收發機來實現多頻段運作,使得設備的尺寸與功耗增加。相較之下,imec推出的新款RF取樣類比數位轉換器(ADC)涵蓋了5GHz以下的所有頻段,並提供GHz等級的取樣速度,可以在多個頻段之間流暢運作。另外,雖然進行大規模MIMO所需的大型天線陣列通常配備多個功耗較高的緊湊型收發機,不過imec所用的方法可以實現更高效率的系統單晶片(SoC)設置。

Joris Van Driessche表示:「為了協助基地站的無線電處理其它無線訊號所造成的干擾問題,我們開發的ADC元件運用了內建的寬頻線性訊號緩衝技術,以提供比其它類似系統還要高的有效位元數(ENOB),而無需數位非線性失真的校正引擎。此外,這套設計還結合了一套創新的階層式交錯器架構,藉此進一步強化ADC元件的線性度和轉換速度。」

這款具備RF取樣功能的CMOS階層式時序交錯式ADC元件具備高達10GS/s的取樣率,在輸入訊號為低頻或奈奎斯特頻率的情況下,取得超過60dB的無雜散動態範圍(SFDR)以及高達5GHz的測量頻寬,有效位元數(ENOB)值為9/8.2,滿足這些性能的同時,功率也只有350mW。因此,這款ADC元件不僅具備超寬頻與極低功耗,也結合了最高的解析度及優化的線性度。

為了在用戶端滿足超5G連接的需求,imec推出了一款用於行動手機的單通道ADC元件;該元件採用基於環型放大技術的多位元管線式多階級運作。

imec研究計畫主持人Joris Van Driessche表示:「眾所皆知,多位元轉換架構有些好處,像是高線性度、高頻寬及高功率效率,但也帶來一些挑戰。為了應對這些挑戰,我們的元件設計採用背景校正技術,以校正數位類比轉換器(DAC)不匹配誤差與跨階增益。」

這款手機ADC元件在取樣率為1GS/s時,有效位元數(ENOB)達到10.91且無雜散動態範圍(SFDR)為81dB,而功耗只有17.8mW,最終取得9.2fJ/conv.-step的Walden能源換算指標。這些元件規格建立了在功率效率方面的最新標準。

Joris Van Driessche總結:「運用這些ADC元件,我們引進了實現超5G通訊技術的兩大關鍵組件,而這兩款元件目前已經開放授權。我們的下一個目標是利用5奈米以下的先進CMOS技術來開發能夠支援FR3頻段(6~20GHz)的基地站ADC元件,同時維持高線性度與低功耗。」

關鍵字: 5G  imec 
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