Avanço em CMOS de 65nm: Como este filtro compacto resolve o quebra-cabeça da seletividade sub-THz

A corrida por taxas de dados na escala de terabits por segundo está empurrando os sistemas sem fio para o domínio sub-terahertz. À medida que a congestão do espectro aumenta nas bandas inferiores, os engenheiros enfrentam uma barreira física. Os componentes passivos tradicionais simplesmente não conseguem acompanhar as demandas dessas altas frequências. A solução reside na integração no chip para eliminar parasitas de embalagem e aumentar a confiabilidade. No entanto, a tecnologia CMOS padrão tem dificuldades nesse aspecto. Os substratos de silício com perdas e as pilhas densas de metais degradam os fatores de qualidade dos indutores e capacitores essenciais. Isso cria um gargalo significativo para as comunicações de alta velocidade.

Pesquisadores introduziram agora um novo filtro passa-banda projetado especificamente para a tecnologia CMOS de 65 nm. Este design utiliza uma arquitetura de ressonador dual-mode carregado com stubs para alcançar uma seletividade de frequência excepcional sem aumentar a área do circuito. Métodos convencionais muitas vezes dependem de análises numéricas complexas de modos par e ímpar. Esta nova abordagem oferece algo diferente. Ela introduz um modelo de circuito equivalente LC que fornece análise analítica de polos e zeros. Essa clareza matemática permite aos engenheiros controlar com precisão os zeros de transmissão. Esses zeros são críticos para afiar a transição entre a banda de passagem e a banda de rejeição.

A inovação central envolve uma topologia cruzada que posiciona os zeros de transmissão diretamente dentro da banda de passagem inicial. Ao reutilizar os braços SLR para acoplamento cruzado em vez de adicionar estruturas dedicadas, o design reduz o custo de área tipicamente associado a filtros de alta seletividade. O protótipo resultante opera em uma frequência central de 178 GHz com uma largura de banda fracionária de 25%. Os resultados medidos mostram uma perda de inserção de apenas 5,0 dB. O fator de forma atinge impressionantes 0,51, indicando uma transição muito íngreme da banda de passagem para a banda de rejeição.

Este filtro ocupa uma área minúscula no núcleo do chip de 0,129 por 0,273 mm². Normalizado para apenas 0,0124 lambda quadrado, esta pegada compacta o torna altamente adequado para plataformas Sistema-em-Chip. Ele permite a integração de duplexores de divisão de frequência, supressão da banda de imagem em radiômetros e redução de ruído em sistemas de imageamento. Enquanto filtros baseados em elementos concentrados têm dificuldades acima de 100 GHz devido à degradação dos fatores de qualidade dos capacitores, e outros filtros distribuídos frequentemente sacrificam a seletividade pelo tamanho, este design atinge um equilíbrio ideal. Ele supera muitas entradas CMOS e BiCMOS de ponta em termos de fator de forma enquanto mantém uma área absoluta competitiva. Este avanço marca um passo significativo para tornar as comunicações sub-terahertz de alta velocidade e alta integridade viáveis dentro dos processos padrão de fabricação de semicondutores.