Terobosan CMOS 65nm: Bagaimana Filter Ringkas Ini Memecahkan Teka-teki Selektivitas Sub-THz

Lomba mencapai kecepatan data terabit per detik mendorong sistem nirkabel memasuki ranah sub-terahertz. Kemacetan spektrum di pita frekuensi rendah semakin ketat. Insinyur kini menghadapi tembok fisik. Komponen pasif tradisional tidak mampu memenuhi tuntutan frekuensi tinggi ini. Solusinya ada pada integrasi on-chip untuk menghilangkan parasit kemasan dan meningkatkan keandalan. Namun, teknologi CMOS standar mengalami kesulitan di sini. Substrat silikon yang lossy dan tumpukan logam padat menurunkan faktor kualitas induktor dan kapasitor penting. Hal ini menciptakan hambatan besar bagi komunikasi berkecepatan tinggi.

Para peneliti kini memperkenalkan filter bandpass baru yang dirancang khusus untuk teknologi CMOS 65 nm. Desain ini menggunakan arsitektur resonator dual-mode dengan stub-loaded untuk mencapai selektivitas frekuensi luar biasa tanpa menambah luas sirkuit. Metode konvensional sering mengandalkan analisis mode genap-ganjil numerik yang rumit. Pendekatan baru ini menawarkan sesuatu yang berbeda. Ia memperkenalkan model rangkaian ekuivalen LC yang memberikan analisis kutub dan nol secara rumus tertutup. Kejelasan matematis ini memungkinkan insinyur mengontrol nol transmisi secara presisi. Nol-nol ini sangat penting untuk mempertajam transisi antara passband dan stopband.

Inovasi intinya melibatkan topologi cross-coupled yang menempatkan nol transmisi langsung di dalam passband awal. Dengan menggunakan kembali lengan SLR untuk cross-coupling alih-alih menambahkan struktur khusus, desain ini mengurangi biaya area yang biasanya terkait dengan filter selektivitas tinggi. Prototipe hasil akhirnya beroperasi pada frekuensi pusat 178 GHz dengan bandwidth fraksional 25%. Hasil pengukuran menunjukkan rugi sisip hanya 5,0 dB. Faktor bentuk mencapai angka impresif 0,51, yang menunjukkan transisi sangat curam dari passband ke stopband.

Filter ini menempati area chip inti yang sangat kecil sebesar 0,129 kali 0,273 mm². Dinormalisasi menjadi hanya 0,0124 lambda kuadrat, jejak kaki yang ringkas ini membuatnya sangat cocok untuk platform System-on-Chip. Hal ini memungkinkan integrasi duplexer pembagian frekuensi, penekanan pita gambar pada radiometer, dan pengurangan noise pada sistem pencitraan. Meskipun filter elemen terkumpul mengalami kesulitan di atas 100 GHz karena degradasi faktor kualitas kapasitor, dan filter distribusi lain sering mengorbankan selektivitas demi ukuran, desain ini mencapai keseimbangan optimal. Desain ini unggul dibandingkan banyak entri CMOS dan BiCMOS terkini dalam hal faktor bentuk sambil mempertahankan area absolut yang kompetitif. Kemajuan ini menandai langkah maju signifikan dalam membuat komunikasi sub-terahertz berkecepatan tinggi dan berintegritas tinggi menjadi layak dalam proses manufaktur semikonduktor standar.