Мобильные устройства пятого поколения или 5G, ожидаемые примерно в 2019 году, потребуют улучшенных усилителей мощности, работающих на очень высоких частотах. Новые телефоны будут спроектированы так, чтобы загружать и передавать данные и видео быстрее, чем современные телефоны, обеспечивать лучшее покрытие, потреблять меньше энергии и удовлетворять потребности развивающегося «Интернета вещей», в котором повседневные предметы имеют возможность подключения к сети, что позволяет им отправлять и получать данные.Усилители мощности необходимы для передачи сигналов. Поскольку современные усилители сотовых телефонов сделаны из арсенида галлия, они не могут быть интегрированы в кремниевую технологию телефона, называемую комплементарным металл-оксид-полупроводник (CMOS).
Новая конструкция усилителя основана на КМОП-матрице, что означает, что он может позволить исследователям интегрировать усилитель мощности с электронным чипом телефона, снижая производственные затраты и энергопотребление при одновременном повышении производительности.«Кремний намного дешевле, чем арсенид галлия, более надежен и имеет более длительный срок службы, а если у вас все на одном кристалле, его также легче тестировать и обслуживать», — сказал Саид Мохаммади, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете Пердью. . «Мы разработали КМОП-усилитель мощности наивысшего КПД в частотном диапазоне, необходимом для сотовых телефонов 5G и радаров следующего поколения».Результаты подробно описаны в двух документах, один из которых будет представлен на Международном симпозиуме IEEE по микроволновому излучению 24 мая в Сан-Франциско, автором которого является бывший докторант Султан Р. Хелми, окончивший университет, и Мохаммади.
Вместе с бывшим докторантом Цзин-Хва Ченом они написали еще одну статью, которая появится в следующем выпуске журнала IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.Усилитель достигает КПД 40 процентов, что сопоставимо с усилителями из арсенида галлия.
Исследователи создали новый тип усилителя, используя высокопроизводительную технологию CMOS, называемую кремнием на изоляторе (SOI). Новая конструкция усилителя состоит из нескольких кремниевых транзисторов, собранных вместе, и уменьшает количество металлических межсоединений, обычно необходимых между транзисторами, уменьшая «паразитную емкость», которая снижает производительность и может привести к повреждению электронных схем.«Мы объединили транзисторы, поэтому мы используем меньше металлизации вокруг устройства, и таким образом мы уменьшили емкость и можем достичь более высокого КПД», — сказал Мохаммади. «Мы пытаемся устранить металлизацию между транзисторами».
Новые усилители могут предложить недорогие радары для предотвращения столкновений для автомобилей и электронику для легких коммуникационных микроспутников.КМОП-усилители могут позволить исследователям разрабатывать микроспутники, которые в сто раз легче современных технологий.На усилитель выдано три патента США. Исследование частично финансировалось Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США.
Исследователи работают над новой версией усилителя, который будет вдвое мощнее. Потребуются дальнейшие работы по интеграции усилителя в микросхему сотового телефона.
