Integrated 60GHz RF Beamforming in CMOS

باند 60 گیگاهرتز برای کاربردهایی مانند شبکه شخصی بی‌سیم با برد کوتاه با سرعت بالا (WPAN)، پخش ویدئو در زمان واقعی با نرخ‌های چند گیگابیت بر ثانیه، رادار خودرو و تصویربرداری امواج میلی‌متری امیدوارکننده است. پهنای باند زیادی را فراهم می کند که می تواند آزادانه (یعنی بدون مجوز) در سراسر جهان استفاده شود.

با این حال، فرستنده‌های فرکانس 60 گیگاهرتز چندین چالش دیگر را نسبت به فرستنده‌های مایکروویو ایجاد می‌کنند. علاوه بر چالش‌های طراحی مدار اجرای مدارهای RF 60 گیگاهرتز با کارایی بالا در فناوری CMOS جریان اصلی، افت مسیر در فرکانس‌های 60 گیگاهرتز به دلیل اندازه کوچکتر آنتن‌های همسانگرد به طور قابل‌توجهی بیشتر از فرکانس‌های مایکروویو است. با استفاده از فناوری آرایه فازی می توان بر این امر غلبه کرد.

تشکیل پرتو RF یکپارچه 60 گیگاهرتزی در CMOS مفاهیم و تکنیک های طراحی جدیدی را توصیف می کند که می توانند برای سیستم های آرایه فازی 60 گیگاهرتز استفاده شوند. ابتدا، روندها و چالش‌های کلی در سیستم بی‌سیم 60 گیگاهرتز با نرخ داده بالا کم‌هزینه مورد مطالعه قرار می‌گیرد و تکنیک آرایه فازی برای بهبود عملکرد سیستم معرفی می‌شود. دوم، الزامات سیستم شیفترهای فاز تحلیل می‌شوند و معماری‌های مختلف آرایه فازی مقایسه می‌شوند. سوم، طراحی و اجرای شیفترهای فاز غیرفعال و فعال 60 گیگاهرتز در یک فناوری CMOS ارائه شده است. چهارم، ادغام شیفترهای فاز 60 گیگاهرتز با سایر بلوک‌های ساختمانی کلیدی مانند تقویت‌کننده‌های کم نویز و تقویت‌کننده‌های قدرت به تفصیل شرح داده شده است. در نهایت، این کتاب ادغام یک تقویت کننده CMOS 60 گیگاهرتز و یک آنتن در یک بسته مدار چاپی (PCB) را توضیح می دهد.

The 60GHz band is promising for applications such as high-speed short-range wireless personal area network (WPAN), real time video streaming at rates of several Gbps, automotive radar, and mm-Wave imaging, since it provides a large amount of bandwidth that can freely (i.e. without a license) be used worldwide.

However, transceivers at 60GHz pose several additional challenges over microwave transceivers. In addition to the circuit design challenges of implementing high performance 60GHz RF circuits in mainstream CMOS technology, the path loss at 60GHz is significantly higher than at microwave frequencies because of the smaller size of isotropic antennas. This can be overcome by using phased array technology.

Integrated 60GHz RF Beamforming in CMOS describes new concepts and design techniques that can be used for 60GHz phased array systems. First, general trends and challenges in low-cost high data-rate 60GHz wireless system are studied, and the phased array technique is introduced to improve the system performance. Second, the system requirements of phase shifters are analyzed, and different phased array architectures are compared. Third, the design and implementation of 60GHz passive and active phase shifters in a CMOS technology are presented. Fourth, the integration of 60GHz phase shifters with other key building blocks such as low noise amplifiers and power amplifiers are described in detail. Finally, this book describes the integration of a 60GHz CMOS amplifier and an antenna in a printed circuit-board (PCB) package.