基于混频器优先架构的无线电芯片设计

无线电干扰是一件让人头疼的事情，无论是调皮的婴儿监视器打断了你的Wi-Fi，还是充满智能手机信号的体育场互相淹没。

然而，麻省理工学院的天才们表示，他们已经开发出一种无线电芯片，可以在干扰信息之前主动屏蔽不需要的频率，从而看穿最嘈杂的射频地狱。

该芯片的开发是为了应对与5G和其他无线通信标准相关的日益增长的挑战。麻省理工学院电气工程和计算机科学助理教授内加尔·里斯卡里米安解释说，它的灵感来自几个相邻的领域，包括数字信号处理和应用电子学。

这项工作在上周的国际固态电路会议(ISSCC)上展示，并在最近的一篇博客文章中详细介绍，它将一些现有的技术结合到一个新的无线电芯片中，研究人员说，它可以对抗比现有宽带接收器高40倍的射频干扰。更重要的是，他们说这种方法不需要大型笨重的滤波设备。

据参与该项目的麻省理工学院研究生Reiskarimian和Soroush Araei介绍，即使在目前的开发阶段，这种芯片也足够小，只有0.65平方毫米，可以用于移动设备。虽然基于这种设计，5G被强调为无线电的潜在应用，但他们指出，没有理由不能将其用于Wi-Fi等其他无线信号。

他们向The Reg解释说：“5G覆盖的频率范围很广。”“其中许多频段都是在Wi-Fi和蓝牙等其他技术之上或非常接近。声称这项工作对5G有用是一个涵盖了6GHz以下频段所有信号频率的总括性声明。”

该芯片的基本设计基于混频器优先架构，之所以这样称呼是因为它在解码信号之前去掉了不需要的频率。然而，单靠这种方法并不能防止谐波干扰。

如果你不熟悉，谐波干扰发生在目标频率的数倍。研究人员解释说，例如，1GHz、2GHz和5GHz都是谐波频率。他们补充说，这种干扰很难过滤掉，因为电子设备通常很难区分它们。

Araei解释说：“许多其他宽带接收器在了解比特的含义之前不会对谐波进行任何处理。”“我们希望尽快消除谐波，以避免丢失信息。”

为了对抗这些频率，研究人员将一种用于数字信号处理的技术，称为块数字滤波，应用于使用电容器的模拟环境。并联或按顺序连接的电容器的不同排列方式可以有效地阻挡这些谐波，但往往有降低信号的副作用。

为了避免这种信号损失，Reiskarimian的团队使用了一种经过仔细校准的堆叠电容器组合。结果是大部分干扰可以被过滤掉，而不损害所需频率的完整性。

“人们以前单独使用过这些技术——电荷共享和电容器堆叠，但从未一起使用过，”Araei说。“我们发现，这两种技术必须同时使用才能获得这种好处。”

研究人员认为，这项技术在嘈杂的射频环境中有实际应用。随着由大量高低频频谱组成的5G网络变得越来越普遍，他们预计这项技术将变得越来越重要。

还有一些挑战有待解决。其中两个，我们被告知，正在扩展频率范围和优化芯片的性能，以解决特定的用例。

然而，瑞斯卡里米安和阿雷认为，他们的研究成果很快就会应用到智能手机和其他无线技术领域。

他们表示：“集成电路的发展非常迅速，特别是涉及到无线技术时。”“我们的技术和我们用来实现这一目标的技术可以在几年之内很容易地应用到商业电台上。”

编辑：黄飞