Прорыв в КМОП-технологии 65 нм: как компактный фильтр решает задачу селективности в субтерагерцовом диапазоне

Гонка за терабитные скорости передачи данных вынуждает беспроводные системы переходить в субтерагерцовый диапазон. Спектр внизу частотного диапазона переполнен. Инженеры упираются в физические ограничения. Традиционные пассивные компоненты не справляются с нагрузкой на таких высоких частотах. Решение находится в интеграции непосредственно на кристалле. Это устраняет паразитные эффекты упаковки и повышает надежность. Однако стандартная технология КМОП здесь испытывает трудности. Потери в кремниевой подложке и плотные металлические слои снижают добротность индуктивностей и емкостей. Это создает серьезное препятствие для высокоскоростной связи.

Исследователи представили новую полосу пропускания, разработанную специально для технологии 65 нм КМОП. Конструкция использует резонатор двойного режима с шунтирующими отрезками линии. Такой подход обеспечивает исключительную избирательность без увеличения площади схемы. Обычные методы часто опираются на сложный численный анализ четных и нечетных мод. Новый подход предлагает иное решение. Он внедряет эквивалентную LC модель цепи для аналитического расчета полюсов и нулей. Математическая ясность позволяет инженерам точно управлять нулями передачи. Эти нули критически важны для формирования крутого перехода между полосой пропускания и полосой подавления.

Ключевое новшество заключается в кросс-связанной топологии. Она размещает нули передачи непосредственно в начальной части полосы пропускания. Использование плеч SLR для кросс-связи вместо добавления отдельных структур снижает затраты на площадь, характерные для фильтров высокой избирательности. Полученный прототип работает на центральной частоте 178 ГГц при относительной полосе пропускания 25%. Измерения показывают коэффициент вставки всего 5,0 дБ. Фактор формы достигает впечатляющего значения 0,51. Это указывает на очень крутой переход от полосы пропускания к полосе подавления.

Фильтр занимает крошечную площадь активного слоя чипа 0,129 на 0,273 мм². Нормированная площадь составляет всего 0,0124 лямбда квадратный. Этот компактный размер делает устройство идеальным для платформ систем на кристалле. Оно позволяет интегрировать частотные дуплексоры, подавлять изображения в радиометрах и снижать шум в системах визуализации. Фильтры на сосредоточенных элементах плохо работают выше 100 ГГц из-за падения добротности конденсаторов. Другие распределенные фильтры часто жертвуют избирательностью ради уменьшения размера. Данная конструкция находит оптимальный баланс. Она превосходит многие современные решения на базе КМОП и БИКМОП по фактору формы, сохраняя конкурентоспособную абсолютную площадь. Это достижение знаменует значительный шаг вперед в создании жизнеспособной высокоскоростной связи субтерагерцового диапазона с высоким качеством сигнала в рамках стандартных процессов полупроводникового производства.