5g ve ötesinde Kablosuz Teknolojiler için Scaling Adcss

ADC Scaling'in Sonraki Nesil Kablosuz

Modern kablosuz sistemler, 5G yeni radyo (NR) ortaya çıkan 6G vizyonuna göre temel bir dönüşüm adımına güvenmektedir: geniş bant analog radyo frekansı (RF) temel bant işleme için dijital alana doğru sinyalleri sağlar. Analog-to-dijial dönüştürücüler (ADCs) her alıcı zincirinin kalbinde oturur ve performansları doğrudan doğrulayıcı bir veri hızıyla, 4 boyutlu kanal genişliğine ve sistem verimliliğine sahip.

Bu özellikleri karşılamak için ADC'ler, bu engelleri kırmak için önemsiz. Temel ticaret-offs, hızlı, doğru ve enerji verimli bir tek dönüştürücü olabilir. Üreticiler ve araştırma grupları, gelişmiş süreç düğümleri ve sistem seviyesindeki kalibrasyon tekniklerini inceler.Bu makale, 5G ve ötesinde ADC'lerin birincil zorluklarını ve mimari seçimi, süreç teknolojisini kısıtları, entegrasyon engellerini ve gelecekteki kablosuz alıcılar için bakış açısını inceler.

Temel ADC Mimari Yüksek Hızlı Kablosuz Kablosuz

Sampling Rate against Decision Trade-offs

Tanık örnekleme teoremi, ADC örnekleme oranının en az iki kat daha fazla giriş sinyalinin genişliği olması gerektiğini dikte eder.Bir 5G baz istasyonu 400 MHz taşıyıcıyı işlemek için, 800 MSPS'nin minimum örnekleme oranı gereklidir, ancak gerçek dünya sistemleri, örneğin, her bir karar tek bir saat içinde tamamlamak zorundadır; aynı zamanda yüksek çözünürlükte sabitleme hızları sabit bir şekilde sabit tutar.

Bu ilişki, Walden'in değeri (FoM = güç / (2 × bant genişliği) ile ele geçirilir; aynı zamanda mimarisine sahip olan 10.000'den fazla e-postanın da daha yüksek olması gerekir.

Güç Dissipasyon ve Verimliliği Metriks

Büyük devre dışı MIMO alıcıları, 5G ve 6G temel istasyonlarının temel taşı olan, her biri özel ADC zinciri gerektirir.Eğer her ADC yüzlerce militarist tüketiyorsa, toplam güç bütçesi kulelerde veya küçük hücrelerde yüklü ekipman için yasaklanır. bu nedenle Walden FoM'yi düşük ses geçirmezler altında tutmak için daha fazla tasarruf sağlar.

Linearity and Spurious-Free Dynamic Range

Çiğ SNR'nin ötesinde, kablosuz alıcılar, istenen kanaldan daha güçlü olan büyük engelleme sinyalleri ele almalıdır. 5G elet, örneğin sinyalden 30 dB daha güçlü bir şekilde karşılaşabilir, boru hattının içine girebilen, eğimli ve katlama hassasiyetini yükseltebilecek kadar düşük çözünürlükte yükseltilebilir.

5G Yeni Radyo (NR) ve mmWave Sistemlerinde Meydan Okunma

Band genişliği ve Kanal Aggregation

5G NR kanal genişliğini alt-6 GHz bandında ve 400 MHz'de milimetre dalga (mmWave) gruplar halinde tanımlar. taşıyıcı aggregation, bir alıcı aynı anda birkaç bileşen taşıyıcısı işlemine ihtiyaç duyabilir, çünkü filtre grubu son derece dar bir şekilde 2 GSPS'nin üzerindeki hızlarda örneklemeye yol açar.

Dinamik aralık ve Signals

mmWave gruplarında, yol kaybı yüksek, bu yüzden alıcılar büyük sinyal güç varyasyonlarını çözmeli. Bir temel istasyona yakın bir mobil cihaz güçlü bir sinyal görebilir, uzak bir kullanıcı zayıf bir tane deneyimler. ADC aynı anda en güçlü sinyalini çekmeli, ancak en zayıf sinyalleri çözemezken, ölçümsüz bir şekilde gömülebilir.

Zaman zaman zaman ADC ve Kalibrasyon

Orta çözünürlükteyken GSPS oranlarına ulaşmak için en yaygın yaklaşım, zaman içinde ortaya çıkan bir dizi yanlışlıktır: M yavaş ADC'ler, alt-ADC örnekleme hızının birden çoksında tekrarlanır, ancak her bir alt-ADC, dengede yanlış bir şekilde yanlışlık sağlar ve zamanlama ile ilgili hataları sürekli olarak genişletir.

5G'nin Ötesinde: 6G, Sub-Terahertz ve Terahertz İletişim

Sub-THz Bands ve Ultra-Wideband Processing

6G araştırma hedefleri, 100 GHz'den 300 GHz'ye ve ötesinde, mevcut spektrumun onlarca gigahertz'a kadar miktar olabileceğini gösteriyor. Bu tür bant genişliğini kullanmak için, ADCs, 100 GSPS'yi aşarak örnek olmalıdır - şu anda dijital oscilloskopları ve bir-ofa-pirik araştırma prototipleri ile sınırlı.Bu hızlarda, konvansiyonel elektronik bileşenler transistopya sınırlamaları nedeniyle pratik hale gelir.

Massive MIMO ve Beamform için karar Gereksinimler

Massive MIMO, yüzlerce anten elementiyle uzaysal çokluxing ve kirişsel bir uyarı sağlar. Tamamen dijital bir kirişli alıcıda, her antenin kendi ADC'ye sahip olması gerekir. Tüm enerji tüketimi anten sayısına göre lineer olarak, sinyallerin çok daha düşük gücü ADC'ler önemlidir.

Latency Constraints

ADC dönüşüm süresi, işlem zincirinin gecikmesine doğrudan katkıda bulunur, ancak birkaç geç hıza sahip olsa da, ADC'ler (bir saat içinde dönüşüme katkıda bulunur) otomatik olarak, ancak yüksek hızlarda enerji tasarrufu sağlar.

Gelişmiş ADC Architectures for Future Wireless

Borulu Başarılı Başarı Kaydı (Pipeline-SAR) Hybrids

Boru hattının yüksek hızını ikinci bir SAR aşamasıyla birleştirirken, modern tasarımlar tam bir flaşla karşılaştırıldığında karma bir yaklaşım kullanır: ilk aşama flaş veya koarse SAR birkaçı birkaç saniye içinde güçle çözüyor, ardından 14nm- FinFETOS'ta tekrar dönüşüm için kalıntıları kaldırır.Bu mimari gelişmiş düğümler kullanarak ve yüksek notlar kullanılarak beklenen 10 GSPS'yi yüksek performans gösterir.

Sürekli Delta-Sigma Modulators (CT ⁇ )

CT ⁇ ADCs yüksek çözünürlükte (12-16 bit) onlarca megahertz'ın aşırı uçları ve gürültü şekillendirmesi nedeniyle yoğun bir şekilde sabitlenebilirler, çünkü döngü filtre doğal anti-aliasing ve lineerity sağlayabilir. ancak, geleneksel CT ⁇ modüller yüksek hızlayıcıları ve saat jitter duyarlılığı için ihtiyaç duydukları için yaklaşık 500 MHz'in ötesindeki bant genişliğine sahip mücadele eder.

Zaman-Zaman-Kayıt-Altı Teknikleri

Zaman boyu süren çalışma için yetersizlik göz önüne alındığında, çok fazla araştırma dijital arka kaplama kalibrasyonuna odaklanmaktadır. Correl-ation temelli yöntemler, kanal kazançlarını kullanarak bilinen bir pilotu ve vektörleri optimize etmek için adımlar atmaktadır.Balibrate yanlış eşleştirmeler kullanarak hızla değişen sıcaklık ve gerilimlerin gücünü azaltmaktadır.

Malzeme ve Süreç Yeniliği

CMOS Scaling ve FinFET Teknolojisi

3-nm'ye kadar devam eden CMOS ölçeklendirme ve ötesinde, ADC'lerde katlanarak hız iyileştirmeler için kesintiye uğramak için daha iyi analog özellikler sunar. daha düşük flicker gürültü ve daha yüksek çıktı direnci ile. ancak analog performans, bu zorluklara rağmen, CMOS'un ekonomisi zorlayıcı kalır ve çoğu ticari hızlı ADC'de yüksek çözünürlükte kullanım teknikleri kullanılarak hızlanır.

Gelişen Malzemeler: GaN, SiGe ve InP

Kilometre ADCs (100+ GSPS) tarafından gerekli olan aşırı hızlar için, iki kat daha fazla elektrolog (InP) ve silikon-germanium (SiGe) daha yüksek elektron hareketliliği ve geçiş frekansları (f_{) yüksek maliyetle bir araya gelir.}

3D Entegrasyon ve Gelişmiş Ambalaj

Birden çok kişi tarafından kullanılarak yapılır (TSV) ADC'nin anten dizisine fiziksel olarak yakın olması, parasitik indükleme ve sinyal kaybının azaltılması, mikro-bump, yüksek bant genişliği bağlantılarının belirlenmesine yardımcı olur. Sistem-in-package (SiP) ADC'yi dijital kalibrasyon, hafıza ve RF önyükleme ile entegre eden çözümler, bu tür entegrasyon aynı zamanda güç dağıtımını ve ısı dağılımını yönetmeye yardımcı olur.

SistemLevel Entegrasyonu Meydanlar

Analog FrontBitiş ve Filtreleme

ADC izolasyonda kabul edilemez; performans, önceki analog zincire bağlıdır. Geniş bant 5G alıcıları için, 2 GHz'ye kadar bant genişliği ile keskin bir rolloff aktif filtreyi uygulamadan ve yüksek doğrusallık, uygulamasız hale getirmeden önce ADC'yi (AAF) devre dışı bırakmak gerekir.In wideband 5G alıcıları için, aliasing yükselteçli bir şekilde sabitlemeli bir şekilde çalışır.

Dijital PostasıProcessing Compensation

Dijital sinyal işleme (DSP) birçok ADC bozukluğu için telafi edebilir - dijital çekirdekte, inter-symbol müdahale, örnekleme jitter – eğer bozukluk statik veya yavaş yavaş farklısa.Spektif ve dijital düzeltme için uygun bir sistem seviyesidir. çok yüksek hızlı ADC için (beyond 50 GSPS) için uygun bir şekilde uygulanabilir, DSP'nin gücünü tüketebilir ve geç saatlere kadar dijital düzeltmeleri sağlar.

Dijital Kirişform ile Co-design

Tamamen dijital birleştirici kiriş serisinde, birden fazla ADC'nin çıktıları, kirişler oluşturmak için karmaşık ağırlıklarla birleştirilir. Her ADC kanalının fazı ve amplitüdübrasyonu sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir, genellikle ADC'ye enjekte edilen bir pilot tonasyon yolunu gerektirir ve ADC tasarımı arasındaki herhangi bir yanlış eşleştirme, ADC'nin gecikmeli ve grup gecikmeli bir şekilde gecikmeli bir şekilde ayarlanması gerekir.

Sonuç: ADC Scaling için Yol Ahead

5G'nin taleplerini karşılamak için ADC'ler ve kablosuz teknolojilerin ötesinde, sürekli devre tasarımı, yarı iletken işleme ve sistem mimarisi ile ilgili çok yönlü bir mühendislik meydan okumasıdır. Temel ticaret hızları arasında, çözüm, güç ve lineerlik yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş