הדחף של ADC Scaling in Next-Generation Wireless

מערכות אלחוטיות מודרניות, מ- 5G חדש רדיו (NR) לחזון 6G, מסתמכות על צעד המרה בסיסי: תרגום רחב של רדיו-הרץ (RF) אותות לתוך התחום הדיגיטלי לעיבוד בסיס. Analog-to-to-דיגיטלי (ADCs) יושב בלב כל שרשרת מקלט, וביצועים שלהם ישירות מכתיבים את שיעורי הנתונים, מערכות היחסים, והיעילות של המערכת המהירה ביותר, אשר דורשת מ- MGBFicer, אשר יהיו תחת לחץ גבוה יותר, אשר יהיו תחת לחץ גבוה יותר, אשר יהיו תחת לחץ דם נמוך יותר, אשר יהיו בטווח הקצר של 4.

סקרלינג ADCs כדי לענות על מפרטים אלה הוא רחוק מן הכללה. Fundamental סחר-offs, מתפתח מתיאוריה מעגלים ופיסיקה Semiconductor, להגביל כמה מהר, מדויק, ויעיל אנרגיה-חסכוני אחד יכול להיות. יצרנים וקבוצות מחקר הם חקר אדריכלות חדשנית, אולמות מתקדמים של תהליכים אלחוטיים, וטכניקות מדידה ברמה גבוהה של המערכת כדי לפרוץ דרך מחסומים אלה.זה בוחן את האתגרים העיקריים של דחיסות ADC עבור תהליכים, מעבר לשילוב 5G, מעבר לשילוב, , , , אינטגרציה, אינטגרציה בעתיד , , , , טמפרטורות טכנולוגיות מעבר ל- 5G , , , , , , טמפרטורות , , טמפרטורות , ו , טמפרטורות מעבר ל- 5G , טמפרטורות , טמפרטורות טמפרטורות מעבר ל- 5G , וטכניקות , , ו , טמפרטורות , וטכניקות , מקיפים מקיפים , וטכניקות מקיפים , מקיפים טמפרטורות ארכיטקטורות, וטכניקות טמפרטורות ארכיטקטורות, וטכניקות , מעבר לשילוב של , ומערכת ברמת מערכתית, וטכניקות טמפרטורות מקיפים , , וטכנולוגיות חישוביות, ו

ADC אדריכלות חישובים עבור High-Speed Wireless

שיעור הפחתת סיכונים מול החלטות סחר

משפט הדגימה הידוע מכתיב כי שיעור הדגימה של ADC חייב להיות לפחות פעמיים רוחב הפס של אות קלט.עבור תחנת בסיס 5G טיפול ב- 400 MHz, שיעור מינימלי של 800 MSPS נדרש, אבל מערכות נדל"ן באמת מתכווץ כדי להירגע מסנן אנלוגי ולשפר יחס של אות (NRS), דוחק היטב לתוך אזורי הדגימה העליונה של שעון; כמו גם את קצב ה-C זמן מוגבל עבור מחזור זמן מוגבל;

ההחלטה, שנמדדה במספר יעיל של ביטים (ENOB), קשורה באופן הפוך לשיעור דגימה עבור תקציב כוח נתון.מערכת יחסים זו נתפסת על ידי הדמות וולדן של ערך (FoM = כוח / (2 × רוחב פס × 2FLT:0ENOBFLT:1), אשר היה קבוע יחסית מעל עשרות שנים של CMOS דרוג רוחב פס גבוה 10 / iQ דורש שיפור גבוה יותר מאשר קיצוץ של 10BNQN) או יותר מאשר שיפור של 10.

ציות והשפעה

במקלטי MIMO מסיביים, שהם אבן הפינה של תחנות בסיס 5G ו-6G, עשרות או מאות רכיבי אנטנה כל אחד דורש שרשרת ADC ייעודית.אם כל ADC צורכת מאות מילימטרים, תקציב הכוח הכולל הופך לאיסור על ציוד המותקן על מגדלים או תאים קטנים.מהנדסים מחפשים את הכוח הנמוך ביותר האפשרי להמרה, דוחקים את וולדן פו מתחת ל-FJ / סטיות חדשות, אך יש מגבלות מהירות של 5.

קוהרנטיות ו-Spurious-Free Dynamic Range

מעבר ל-SNR, מקלטים אלחוטיים חייבים להתמודד עם אותות חסימת גדולים שהם פקודות של גודל חזק יותר מהערוץ הרצוי. A 5G Handet עשוי להיתקל בלוק במרחק של רק 20 מ"הרץ מרוחקים מ- 30 dB חזק יותר מהאות המבוקש. ADC Nonlinearities לייצר שלבים בין-מודולציה שניתן לענות בתוך פס המעבר, העלאת רצפת הרעש ורגישות מרעישות גבוהה של ADC דורשות של עיצוב נמוך (Ficects) של תאים קלים להפחתה של תאים קלים יותר של דינמית (Ficmate) (Ficects) כי הוא לעתים קרובות יותר של מאקרו-Squareperty) מצמצם את טווח מאקרו-Squareperty) כי הוא לעתים קרובות יותר של מאקרו-Freperty) מצמצם נמוך יותר של מאקרו-Squareperty) מצמצם את טווח מפונקציה (Freperty) מצמצם את טווח נמוך יותר של מפונקציה מוגבלת של מפונקציה מוגבלת של מאקרו-S (מפרק נמוך יותר של מאקרו-Squareperty) הוא לעתים קרובות יותר של מאקרו-Squareperty) הוא לעתים קרובות יותר של מפונקציה מוגבלת של מאקרו-S

אתגרים ב-5G רדיו חדש (NR) ו- mmWave Systems

Bandwidth וערוץ Aggregation

5G NR מגדיר רוחב פס של 100 MHz בלהקות תת-6 GHz ו -400 MHz בגל מילימטר (mmWave) להקות.עם aggregation של נושאת משנה, מקלט עשוי להיות צורך בו זמנית לעבד כמה ספקים רכיב, המוביל רוחב פס מיידי מעל 1 GHz.זה כוחות ADC כדי מדגם מעל 2 GSPS. במהירויות כאלה, אנלוגיה-end דרישות לעבור נמוך יותר, אך לעתים קרובות יותר מ-ADC משמשות יותר מ-מספק יותר מ- GHz.

טווח דינמי ו-blocking Signals

בלהקות מ"מ וייב, אובדן הנתיב גבוה, כך שמקבלים מקלטים חייבים להתמודד עם וריאציות גדולות של אותות.מכשיר נייד קרוב לתחנת בסיס עשוי לראות אות חזק, בעוד משתמש רחוק חווה אדם חלש.ה-ADC חייב להיות מספיק טווח דינמי כדי להתאים את האות החזק ביותר ללא קידוד, בעוד עדיין פתרון האות החלש ביותר (שיכול להיקבר ברעש הקוונטי).

זמן קצר: ADCs ו- Calibration

הגישה הנפוצה ביותר להשגת שיעורי GSPS תוך שמירה על החלטה מתונה היא זמן קצר: בנק של Mcal ADCs איטי יותר פועל במקביל על דגימות מדבקות.מהירות הדגימה יעילה מוכפלת על ידי M, בעוד כל תת-ADC עובד בשבריר של קצב השעון המלא.עם זאת, interaving מציגה פגמים באופן קבוע, עלייה ותזמון על פני הערוצים השונים של קדמית'ד (ה) מתווסף להפחתה של מספר כפול של ירידה במשקל של פחות או יותר של ירידה במשקל של 064 שניות (אך, אך הוא מוסיף תזמון).

Beyond 5G: 6G, Sub-Terahertz, and Terahertz Communication

להקות ו- Ultra-Wideband

6G מחקר מטרות נושא תדרים מ -100 GHz ל-300 GHz ומעבר, שבו ספקטרום זמין עשוי להגיע לעשרות ג'יגה-הרץ.כדי לנצל רוחב פס כזה, ADCs חייב מדגם על פני 100 GSPS - תחום מוגבל כיום לoscilloscopes דיגיטליים ואחד-של-A-of-a-kind מחקר אבטיפוס. במהירויות אלה, רכיבים אלקטרוניים קונבנציונליים הופכים להיות סטרקטיים בשל מגבלות transistic- transistic-a-Cide.

דרישות החלטה עבור Massive MIMO ו- Beamforming

מסיס MIMO עם מאות אלמנטים אנטנה מאפשר מספר עצום של גלקסיות מרחביות ו beamforming. ב המקלט הדיגיטלי מלא, כל אנטנה יש ADC משלה.ההיקף הכולל של צריכת החשמל בקנה מידה ליניארי עם מספר האנטנה, כל כך אולטרה-נמוך כוח ADCs הם חיוניים יותר, ולכן ההחלטה היא רגועה בהשוואה למקלט חד-נט כי beamforming מספק רווח: 6-DC יכול להיות מקבל ציון מדויק של שבב בודד, עם זאת, עם זאת, לעומת זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עיצוב של חומר יחיד של חיסכון של חומר זה מספיק גבוה של חומר זה, עם זאת, עם זאת, כלומר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, כלומר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 000 של חומר של חומר אחסון של 1-ידי, עם זאת, עם זאת, 000 של חומר זה יכול להיות יעיל של חומר זה של חומר זה של חומר זה, עם זאת, 000 של חומר זה, 000 של חומרת של חומרת משקל אחד של חומר זה, לעומת זאת, לעומת 256.

שקיפות Constraints

יישומים כגון אינטרנט טקטילי ונהג אוטונומי דורשים נטיות מקצה לקצה מתחת 1 ms. תקופת ההמרה ADC תורמת ישירות לעיכוב שרשרת העיבוד.Pilined ADCs באופן לאין שיעור מציג כמה מהירויות מחזוריות, בעוד SAR ADCs יש פחות מהירויות איטיות אבל מהירות מוגבלת. עבור מהירויות אולטרה-נמוכות, ADCs (אשר לבצע המרה במחזור יחיד), הם גמישים עבור מהירויות טיפוליות, אבל כוח נמוך יותר.

אדריכלות ADC מתקדמת לעתיד אלחוטי

מדפסת: Approximation Register (Pipeline-SAR) Hybrids

כדי לשלב את המהירות הגבוהה של ממירים צינורות עם הכוח הנמוך ואת גודל הקומפקטי של SARs, עיצובים מודרניים להשתמש בגישה היברידית: פלאש בשלב ראשון או SAR SAR SAR פותר כמה ביטים, ולאחר מכן תת-תכפל DAC מתרבים את שאריות ההמרה קנס על ידי שלב SAR השני.אדריכלות זו מפחיתה את מספר ההשוואה הצפויה לפלאש מלא, בעוד שמירה גבוהה באמצעות 10 מעלות צלזיוס מתקדמות יותר עם CMS.

זמן קבוע דלתא-סיגמה משתנים (CT ⁇ )

CT ⁇ ADCs להשיג החלטה גבוהה (12-16 ביטים) על פני רוחב פס של עשרות עד מאות מגה-הרץ על ידי oversampling ורעש עיצוב. הם אטרקטיבי עבור מקלטים הדורשים טווח דינמי גבוה בנוכחות חוסמים, כי מסנן הלולאה יכול לספק אנטי-פליה טמינג ו לינאריות גבוהה יותר (עם זאת, מודולרים מסורתיים של CTHz נאבקים עם רוחב פס מעבר ל- M500 בשל צורך במהירות עבור עיצובים גבוהים של דחוסים) עם כמה רציפים (R) ו-Jacks-R) יש מגבלות ארוכות-Jackerice) עם רוחב פסים אינטנסיביים (R) עם רוחב פסים) יש כמה רציפים ארוכים יותר מאשר על פני רוחב פסים אינטנסיביים אינטנסיביים (R.

טכניקות להאזנה: Time-Interverse Calibration

בהתחשב בראיות של זמן-הלחמה עבור ניתוח רב-GSPS, מחקר רב מתמקדת על רקע דיגיטלי calibration. Correlation-based שיטות להזריק טון טייס ידוע ולהתאים רווחים ערוצים, מדפים, ושלבים כדי למזער את המהירויות. calibration עיוור באמצעות סטטיסטיקות של האות (למשל, תוך צמצום מתמיד של כוח של גירויים משולבים) למנוע את הטכניקות של תאים מתקדמים, אפילו שימוש במהירות, שימוש בטכניקות של זיהוי אופטיות, או שימוש בטכניקות מתקדמות, או שימוש בטכניקות של זיהוי אופטיות, או שימוש בטכניקות מתקדמות, אפילו שימוש בטכניקות שאינן מתוכננות, או שימוש בטכניקות יעילות, הן לא נכוןות, או שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של זיהוי אופטימותרפיסטציה, או שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות של שימוש בטכניקות מתקדמות.

חומרי ותהליכי חדשנות

CMOS Scaling ו- FinFET טכנולוגיה

CMOS הגדלה ל 3nm ומעבר מספק שיפורים מהירות תוך עיכוב שער מופחת.מבנים FinFET מציעים תכונות אנלוגיות טובות יותר מאשר טרנזירים מתכננים, עם רעש flicker נמוך יותר והתנגדות תפוקה גבוהה יותר. עם זאת, ביצועים אנלוגיים לא בקנה מידה כמו דיגיטלית, כי מתחי אספקה הם מכווץ, צמצום חדר הראש עבור שלבים ADCs במהירות גבוהה חייב להפעיל את הטכניקות מתקדמות כמו DDC עדיין לפעול באופן אגרסיבי.

חומרים מתעוררים: GaN, SiGe, InP

עבור המהירויות הקיצוניות הנדרשת על ידי terahertz ADCs (100+ GSPS), מוליכים למחצה מורכבים כגון dium phosphide (InP) וסיליקון-germanium (SiGe) מציעים ניידות גבוהה יותר אלקטרונים ותארי מעבר (freaFLT:0) ניטראטFLT:1 > 300 GHz) , InP heturoion bi trans קוטבי (HBTs) הוכיחו את אותות טיפול ניסיוניים) עם עלויות גבוהות יותר של GDC-NCO-R) אך הם עדיין נבדקים גבוה יותר (GNDC-R) אך ורק ברזולוציה גבוהה יותר של GDCDNDCDNDCDNCO (GET) אך ורק ברזולוציה גבוהה יותר עלות גבוהה יותר של GIRDNCODNCODNCODNCO) אך גבוהה יותר על גבי ASPNUMFLT (D) אך גבוהה יותר (D) אך גבוהה יותר של GIRD) אך ניתן לבחון את העלות הגבוהה ביותר עבור ® (DNSDNSDNSDNSDNCODNUMFLT 1 > 300 RM) אך ורק עלות גבוהה יותר עלות גבוהה יותר עלות גבוהה יותר עלות גבוהה יותר (

3D אינטגרציה ו- Advanced Packaging

ריבוי של אנשים מת באמצעות silicon דרך (TSVs) מאפשר ADC להיות ממוקם פיזית קרוב למערך האנטנה, צמצום אינדוקטי ואובדן אות. . מיקרו-bump של 20 מיקרומטר או פחות מאפשר דחוס, גבוה פס גבוה banddth פתרונות התפלגות כוח (SiP) כי שילוב ADC עם מהירות דיגיטלית, כגון פרוטוקולים גמישים, הוא גם אינטגרציה מוגבלת, כמו גם אינטגרציה של לחץ דם נמוך.

אתגר אינטגרציה של מערכת

אנליזה Front-End and Filter

ADC לא יכול להיחשב בבידוד; הביצועים שלו תלויים במידה רבה על שרשרת האנלוגית הקודמת.עבור מקלטי AG רחב, מקבל מגבר (PGA) עם רוחב פס עד 2 GHz חייב לנהוג ADC מבלי להציג עיוות.ה-Lea-aliasing פילטרים (AAF) חייב לדחות מחסומים זמניים ללא הגבלה (מקלטים) באופן קבוע (AAF) כדי למנוע מפולת לתוך הבסיס.

פרסום: Digital Post-Processing Compensation

עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) יכול לפצות על ליקויים ADC רבים - לא ליניאריות, התערבות בין-סימבול, דגימה ג'ייטר - אם ליקויים הם סטטיים או לאט משתנים. חפש שולחנות עבור לינאריזציה, הסתגלות שווה לשגיאות בעלות תדירות, ופילטרים קלמן עבור ג'יגה-ג'יגה-ג'ימנטלית יכול להיות מיושם בליבת דיגיטלית.

עיצוב משותף עם Digital Beamforming

במערך מחשוב דיגיטלי מלא, את הפלטים של ADCs מרובים משולבים עם משקולות מורכבות כדי ליצור דבורים.השלב ודיוק של כל ערוץ ADC חייב להיות נשלט הדוק, לעתים קרובות דורש כיור תקופתי באמצעות טון שלב שלב מוזרק בנמל האנטנה.כל תקלה בין ADCs - בין אם לא מתבטל, רווח, או תזמון - הפסקות לתוך להיות מדגימה על ידי מערכת קודרנית, ולכן יש צורך להגדיר את הפחתת לחץ על ידי מערכת יחסים.

מסקנה: הדרך המובילה ל- ADC Scaling

סקרלינג ADCs כדי לענות על הדרישות של 5G ומעבר לטכנולוגיות אלחוטיות הוא אתגר הנדסי רב פנים המשתרע על ידי עיצוב מעגלים, עיבוד למחצה, ואדריכלות המערכת.המסחר היסודי בין מהירות, החלטה, כוח, וזרימיות ליניארית הם בהדרגה להתגבר על ידי ארכיטקטורות חדשניות כגון אנטנות מרובות-מחדשניות, בעוד זמן קצר-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-