【儀表網 研發快訊】近日，西安電子科技大學集成電路學部INSPIRE實驗室在毫米波數字射頻直接調制器芯片方向取得重要進展。在集成電路設計領域國際頂級會議ISSCC(International Solid- State Circuits Conference)上發表了題為“A 21-to-31GHz DPD-less Quadrature RFDAC with Invariant Impedance and Scalable LO Leakage”的最新研究成果，西電為唯一完成單位，第一作者為錢慧珍教授，第一學生作者為碩士研究生秦梧博，楊銀堂教授、錢慧珍教授為共同通信作者。該研究提出毫米波高線性度RFDAC新型架構，首次實現無數字預失真高階調制、比特位可重構毫米波正交RFDAC，在21-31GHz工作頻段下支持256QAM、1024QAM、4096QAM等無數字預失真寬帶高階調制。本研究為高線性度數字發射機研究開辟了新路線。
現代高速率無線通信系統對支持毫米波寬帶高階QAM調制的高性能射頻前端芯片提出了迫切需求，如5G NR FR2，6G通信等。基于RFDAC的數字發射機相比傳統模擬發射機架構，具有基帶到射頻直接轉換、隨工藝節點縮小而不斷提升的射頻性能、架構靈活、低功耗、高集成度等優勢，采用時域和頻域融合的設計理念，近十多年來取得飛速發展。然而，現有高速率數字發射機設計仍然存在一些挑戰，存在的多種非線性來源限制了數據率的提升，如阻抗隨控制碼變化、本振泄露、工藝/電壓/溫度(PVT)變化、高速率基帶信號失真、記憶效應、IQ失配等，且線性度在毫米波段進一步惡化。現有數字發射機線性化技術，如數字預失真、開環片上線性化技術、片上自校準環路等，存在硬件高復雜度、對頻率或PVT變化不通用、需要額外的比特位以補償ENOB損失、校準環路限制調制帶寬等問題。
研究項目針對現有RFDAC輸出阻抗隨基帶信號變化導致非線性，毫米波寄生效應導致線性度、本振泄露惡化，電路線性度對頻率、PVT敏感等久未攻克的難題：(1)提出不變阻抗RFDAC架構，以數字化補償陣列的方式實現阻抗恒定，其內在高線性度無需依賴對PVT及頻率敏感的電路調參(器件、無源電路、偏置電壓等)線性化方式，從根本上消除了RFDAC的阻抗變化非線性來源，因此其高線性度具有高魯棒性、寬帶特性；(2)提出可縮放本振泄露技術，采用前置數字預調制器的正交RFDAC架構進行本振信號的縮放，相比現有無源窄帶本振泄露抵消的設計方法，具有寬帶、高本振泄露抑制度等優勢；(3)提出比特位可重構RFDAC架構，采用可重構串并轉換器、可重構解碼器、同步/異步切換等技術，實現無數字預失真2×8bit、非線性2×11bit兩種工作模式。
采用阻抗補償陣和預調制器的無數字預失真正交RFDAC原理
芯片顯微照片及測試結果
基于40nm CMOS工藝，首次實現21-31GHz無數字預失真、可重構2×8bit/2×11bit正交RFDAC，支持 2.4Gb/s 256QAM、1024QAM、4096QAM等無數字預失真寬帶高階調制，具有內在高線性度、寬帶、低功耗、高集成度、高數據率、比特位可重構的優勢，實測調制帶寬優于中電科思儀毫米波矢量信號源。相比此前工作于相近頻段和相同數據率的RFDAC(有數字預失真)，在相同數據率下(2.4Gb/s)EVM和ACLR提升了大于4dB。本研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、優青項目的支持。
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