Innovatiivisia ratkaisuja langattomille lähettimille20.02.2025
Laajalti käytetty lähetintyyppi, digitaaliset napalähettimet, edustavat syöttödataa napakoordinaateissa – amplitudi ja vaihe –, jotka sitten lähetetään radioaallon polaarisia koordinaatteja tarkasti säätämällä. Näiden napakoordinaattien määrittäminen perustuu kuitenkin COordinate Rotation DIgital Computeriin (CORDIC), joka on virtaa kaipaava piirilohko. CORDIC tuottaa monibittisiä amplitudi- ja vaihesignaaleja, jotka vaativat vastaavia modulaattoreita. Valmistusvirheiden vuoksi ne kärsivät lineaarisuusongelmista, rajoittavista tiedonsiirtonopeuksista, mikä tekee tehokkuuden ja tiedonsiirtonopeuden tasapainottamisesta haastavaa. Uudessa tutkimuksessa tutkimusryhmä, jota johti professori Kenichi Okada, pyrki ratkaisemaan nämä ongelmat kehittämällä CORDIC-vapaan napalähetinarkkitehtuurin käyttämällä kolmea innovatiivista suunnittelutekniikkaa, mikä johtaa samanaikaisesti tehokkuuden ja tiedonsiirtonopeuksien parantamiseen. Okadan mukaan "Ensimmäinen ehdotettu tekniikka käyttää Delta-Sigma-modulaattoreita (DSM) syöttödatan uudelleenkoodaamiseen. Sen sijaan, että ne laskeisivat suoraan sisääntulon x- ja y-signaalien napakoordinaatit, kaksi DSM:ää muuntaa ne 3-tasoisiksi signaaleiksi. Koska nämä 3-tasoiset lähdöt tuottavat vain yhdeksän erillistä amplitudi-vaiheyhdistelmää, yksinkertainen yhdeksän tilan hakutaulukko (LUT) voi määrittää tehokkaasti amplitudin ja vaiheen. Tämä lähestymistapa helpottaa lineaarisen amplitudi- ja vaihemodulaatiotekniikoiden käyttöä välttämällä tehoa kaipaavaa CORDIC:ia ja vähentämällä amplitudin ja vaiheen bittimäärää (2-bittinen amplitudi ja 3-bittinen vaihe). Toinen ja kolmas ehdotettu tekniikka mahdollistavat lineaarisen amplitudi- ja vaihemodulaation. Perinteisissä monibittisissä amplitudi- ja vaihemodulaatiomenetelmissä laitesovituksella on tärkeä rooli väliarvojen tarkassa generoinnissa nollan ja huippuluokkien välillä. Kuitenkin tämän valmistuksen aikana ilmenevät epäsopivuudet häiritsevät modulaation lineaarisuutta. Toisessa ehdotetussa tekniikassa 2-bittinen amplitudisignaali kvantisoidaan edelleen 1-bittiseksi, mikä estää lisääntyneen kaistan sisäisen kohinan. 1-bittinen amplitudi ohjaa lähettimen lähtöä vaihtamaan nolla- ja huippuamplitudin välillä ilman välitiloja, mikä mahdollistaa täydellisen lineaarisuuden lähettimen amplitudissa. Kolmannessa ehdotetussa tekniikassa, koska vaiheenohjauskoodissa on vain 3-bittiä, tarvitaan kahdeksan vaihetta, joista kukin on erotettu 45°:lla. Sen sijaan, että interpoloitiin vaiheita 0°:sta 360°:een, muodostettiin kahdeksan vaihetta käyttämällä kanttiaallon nousevia ja laskevia reunoja. Kanttiaallon eri reunojen multipleksointi muodostaa lähtövaiheen. Nämä ehdotetut tekniikat varmistavat sekä amplitudi- että vaihemodulaation lineaarisuuden eliminoiden tehointensiiviset kalibrointimenettelyt.
Tiimi testasi ideoitaan toteuttamalla ehdotetun digitaalisen lähettimen 65 nm:n CMOS-prosessilla ja vertasi sen suorituskykyä muihin huippuluokan malleihin. "Soveltamalla näitä tekniikoita saavutimme huipputason tehotehokkuuden ja tiedonsiirtonopeudet perinteisten lähettimien joukossa tinkimättä toisistamme CORDIC-vapaan napalähetinarkkitehtuurimme ansiosta", Okada päättää. He julkaisivat tämän työn Proceedings of the 2025 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) tilaisuudessa teemalla: A Power-Efficient CORDIC-less Digital Polar Transmitter Using 1b DSM-Based PA Supporting 256-QAM. Aiheesta aiemmin: Kohti RF-ketjusta vapaata langattomuutta |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Institute of Science Tokyon tutkijoiden mukaan kolme innovatiivista suunnittelutekniikkaa parantavat merkittävästi langattoman lähettimen suorituskykyä ja voivat parantaa tehokkuutta ja nostaa tiedonsiirtonopeuksia samanaikaisesti.