اختراق تقنية CMOS بحجم 65 نانومتر: كيف يحل هذا المرشح المصغر لغز الانتقائية دون التيراهيرتز

تدفع السباق نحو سرعات بيانات تصل إلى تيرابت في الثانية الأنظمة اللاسلكية إلى مجال دون التيراهيرتز. يشهد النطاق الطيفي المنخفض ازدحاماً متزايداً. يواجه المهندسون بذلك حاجزاً مادياً. لا تستطيع المكونات السلبية التقليدية مواكبة متطلبات هذه الترددات العالية. يكمن الحل في دمج الدوائر على الشريحة للقضاء على الحواشيف الناتجة عن التغليف وتعزيز الموثوقية. تواجه تقنيات CMOS القياسية صعوبة هنا. تؤدي الركائز السيليكونية ذات الفقد العالي ومكدسات المعادن الكثيفة إلى تدهور عوامل الجودة للمحاثات والمكثفات الأساسية. يخلق هذا العائق أمام اتصالات السرعة العالية.

قدم الباحثون الآن مرشح نطاقي تمرير مصمم خصيصاً لتقنية CMOS بحجم 65 نانومتر. يستخدم هذا التصميم بنية رنانة ثنائية الوضع محملة بمقاطع لتحقيق انتقائية ترددية استثنائية دون زيادة مساحة الدائرة. تعتمد الطرق التقليدية غالباً على تحليلات معقدة للأوضاع الزوجية والفردية عددياً. يقدم هذا النهج الجديد شيئاً مختلفاً. فهو يطرح نموذج دائرة مكافئ LC يتيح تحليلاً مغلقاً للأقطاب والأصفار. يمنح هذا الوضوح الرياضي المهندسين القدرة على التحكم بدقة في أصفار النقل. تعتبر هذه الأصفار حاسمة لزيادة حدة الانتقال بين نطاق التمرير ونطاق الإيقاف.

يتضمن الابتكار الأساسي طوبولوجيا اقتران متقاطع تضع أصفار النقل مباشرة داخل نطاق التمرير الأولي. من خلال إعادة استخدام أذرع الرنان المحمل لتحقيق الاقتران المتقاطع بدلاً من إضافة هياكل مخصصة، يقلل التصميم من تكلفة المساحة المرتبطة عادة بمرشحات الانتقائية العالية. يعمل النموذج الأولي الناتج عند تردد مركزي يبلغ 178 جيجاهرتز بعرض نطاق كسري بنسبة 25%. أظهرت النتائج المقاسة فقدان إدخال قدره 5.0 ديسيبل فقط. يصل عامل الشكل إلى قيمة مذهلة تبلغ 0.51 مما يشير إلى انتقال شديد الانحدار من نطاق التمرير إلى نطاق الإيقاف.

يشغل هذا المرشح مساحة شريحة جوهرية ضئيلة تبلغ 0.129 في 0.273 ملم مربع. عند تطبيعها لتكون فقط 0.0124 لاندا تربيع، يجعل هذا البصمة المدمجة منه خياراً مناسباً جداً لمنصات النظام على الشريحة. يتيح ذلك دمج مفاتيح التقسيم الترددي، وكبت نطاق الصورة في أجهزة الراديمتر، وتقليل الضوضاء في أنظمة التصوير. بينما تعاني مرشحات العناصر المركبة فوق 100 جيجاهرتز بسبب تدهور عوامل جودة المكثفات، وغالباً ما تضحي مرشحات التوزيع الأخرى بالانتقائية من أجل الحجم، يحقق هذا التصميم توازناً مثالياً. يتفوق على العديد من أحدث الإدخالات بتقنيات CMOS وBiCMOS من حيث عامل الشكل مع الحفاظ على مساحة مطلقة تنافسية. يمثل هذا التقدم خطوة كبيرة للأمام في جعل اتصالات دون التيراهيرتز عالية السرعة وعالية السلامة قابلة للتنفيذ ضمن عمليات تصنيع أشباه الموصلات القياسية.