オンチップ低消費電力注入同期型アクティブセルを用いた150GHzアレーアンテナ

使用片上低功耗注入锁定有源单元的 150GHz 阵列天线

• 批准号: 21K04171
• 负责人: 本良 瑞樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shizuoka Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04171/
• 关键词: 短ミリ波; 低消費電力; アクティブアレーアンテナ; 発振器; 注入同期; アクティブアンテナ; 注入同期型アクティブセル; 小型

研究目的である，150GHz帯におけるアクティブアンテナユニットを実現し，これをアレー化することでアンテナアレーとしての動作を検証するための検討を行った．これを実現するには，(1)低消費電力な発振器，(2)小型なアクティブアンテナ，(3)外部からの同期が可能なアクティブアンテナユニットが必要になる．本研究では，課題(1)の解決を研究項目①とし，課題(2), (3)の解決をそれぞれ研究項目②－１，②－２としている．今年度は研究項目①を達成するため，150GHz帯での発振器を設計，試作した．シミュレーションにおいて電源電圧0.6Vで消費電力1mWであった．本発振器を米国Global Foundaryの45nm SOI-CMOSを用いて試作を行った．更に，研究項目②－２を達成するため，試作発振器の差動出力端子間に並列にスイッチを挿入し，同期の確認を行えるようにした．スイッチを並列型とした理由は発振器に対して直列スイッチを用いると，低電圧環境下では発振開始がスムーズに行かない現象が確認されたためである．提案スイッチにより，低消費電力化のための低電圧動作，および，アクティブユニットが同期できることをシミュレーションで確認している．試作ICについては年度内に評価を行い，基板実装によるアレー化を行う予定であったが，昨今の半導体不足によるファウンダリー生産ラインの混雑により，当初12月納品であったICが3月納品と非常に遅れたため，年度が改まってから評価を開始している．今年度6月末までには評価を完了させ，実装作業を行う予定である．

本研究的目的是实现 150 GHz 频段的有源天线单元，并通过创建阵列来验证其作为天线阵列的操作。为了实现这一目标，我们需要（1）一个低功耗的振荡器，（2）一个小型有源天线，以及（3）一个可以外部同步的有源天线单元。本研究将问题（1）的解决方案指定为研究项目①，将问题（2）和问题（3）的解决方案分别指定为研究项目②-1和②-2。今年，为了实现研究项目1，我们设计并制作了150GHz频段的振荡器。仿真中，电源电压0.6V时功耗为1mW。我们使用美国 Global Foundry 的 45nm SOI-CMOS 制作了该振荡器原型。此外，为了实现研究项目②-2，在原型振荡器的差分输出端子之间并联插入了一个开关，从而可以检查同步。使用并联型开关的原因是，当串联开关与振荡器一起使用时，已证实在低电压环境下振荡不能顺利启动。我们通过模拟证实，所提出的开关能够实现低压运行，以降低功耗并同步有源单元。原型IC原定于本财年内进行评估，并通过电路板安装组装成阵列，但由于近期半导体短缺导致代工生产线拥堵，原定于12月交付的IC被推迟至3月。由于延误，评估工作在新财年之后开始。我们计划今年6月底完成评估并开始实施工作。