D波段：6G的未來之路及電路挑戰
2020-05-24 12:13:17 EETOP編譯自allaboutcircuits就目前而言，5G已經登上了主舞臺。但6G或許并不像我們想象的那么遙遠。
在世界范圍內開始廣泛使用5G技術的同時，研究人員正在為6G奠定基礎。這將以超過10 Gbps的數據速率和1毫秒的延遲超越目前的5G功能。Thales在對5G技術的評論中指出，它還可以連接比4G LTE多100倍的設備，并提供1000倍的帶寬以及其他改進。
現在，我們知道6G至少需要滿足什么條件，但是我們將如何做到？為了回答這個問題，研究人員正在研究頻率范圍以及將發送和接收這些信號的電路。
根據電子實驗室CEA-Leti撰寫的一篇論文，通過毫米波（mmWaves）（特別是D波段）通信是6G技術的傳播的渠道。D波段只是無線通信的一組指定頻率范圍。在D波段的演示中，諾基亞概述了這些范圍：
這些加起來總共高達31.7 GHz的頻率可用于6G，這是非常大的帶寬！高通公司表示，這與5G大約13 GHz的帶寬相比。此升級可以在單位面積上啟用更多連接。不過當這些頻率開放時，物理障礙將對這些波產生影響。CEA-Leti建議需要高增益天線和電路。
格勒諾布爾大學（University of Grenoble）發明了一種具有非常高增益的天線設計。該天線模塊利用一些D波段，工作在114 GHz和138 GHz之間，最大增益為25 dB，最小增益為22 dB。
該電路旨在通過集成的倍頻器實現超快的短距離通信。該乘法器由一系列自混頻器電路和放大級組成。自混頻器使輸出頻率相對于輸入信號加倍。下面是天線驅動器電路和單個混頻器級電路的框圖。
關于整個天線驅動器電路，標記為“輸入平衡-不平衡轉換器”的部分是差分信號進入第一混頻器級的地方。混頻器和放大器級的電路活動部分（晶體管電路–每個模塊的橙色部分）的大小相同，但是輸出電感器和變壓器（布局圖中的綠色）在每個階段都得到了優化他們正在處理的頻率。
因此，我們看到電感器和變壓器的尺寸隨著頻率的增加而減小。相應的級是級聯放大器，每級增益加倍。所有這些放大器都是相同的公共源偽差分級。
NMOS晶體管優化頻率響應
現在，我們可以看到混頻器原理圖只實現了NMOS晶體管。這是因為CEA-Leti報告擔心CMOS電路對D波段高頻的響應能力。該混頻器電路實現了兩個用于差分輸入的晶體管(M5和M6)，以下拉方式連接到差分對NMOS晶體管(M1和M2；M3和M4)。
耦合變壓器的自混級原理圖和布局
M1和M3連接到輸出變壓器的一側，而第二個連接到M2和M4。
現在，由于M5和M6由差分信號控制，因此M1和M3在輸入波的相反半個周期導通。這意味著在前半個周期中，M1閉合，M3斷開，而在后半個周期中，M3閉合，M1斷開。
M2和M4也相同。M1 / M3和M2 / M4的輸出節點組合為一個差分信號，并且是輸入頻率的兩倍，因為晶體管組合在不同的半周期內導通和截止。然后，混頻器通過變壓器耦合到下一個放大級。
該電路中的所有NMOS晶體管（混頻器和放大器）均為低閾值晶體管，可優化電路的頻率響應。
D波段和新穎的電路設計（例如天線電路）可以成為6G技術的良好初始框架。盡管我們對6G信號將在何處傳播有所了解，但還有很長的路要走。我們仍然需要使用該頻段進行遠程通訊，并考慮大規模集成的挑戰。
D波段具有遠超5G的空間和能力，新的晶體管電路設計將為天線發射和接收帶來如此高的增益，這將使我們能夠在高頻下進行通信。
6G或許沒有我們想象的那么遙遠！
