芯片内/间无线互连技术发展综述

为了解决超大规模集成电路布线复杂的问题,无线互连技术(WIT)应运而生。介绍了实现芯片内/间无线互连的两类技术,一类是基于片上天线的无线互连技术,另一类是基于AC耦合的无线互连技术。从实现成本、功耗,传输性能方面对这两类技术进行了分析与比较,讨论了它们的具体应用及适用范围,同时也总结了两者目前存在的问题,并指出了其未来的研究方向,对今后芯片内/间无线互连技术的应用研究具有一定的参考意义。     

基于人工磁导体的超宽带高增益天线设计

随着无线通信环境的日益复杂,为了提高天线抗干扰能力,满足现代无线通信的大容量、宽带化和高增益的要求,文章提出了一款基于人工磁导体的宽带高增益天线。该天线采用共面微带线设计,辐射体为梯形贴片,其渐变的结构有利于获得较宽的阻抗带宽。同时,天线在背向引入宽带人工磁导体(AMC)作为反射板以实现定向辐射,并在辐射方向上辅以寄生超表面单元,进一步改善天线阻抗匹配,抑制表面波损耗。最终,天线实现了超宽带化和高增益。仿真结果显示,天线工作带宽达到94.8%,可以满足移动通信、无线通信以及卫星通信要求。此外,天线在工作带宽内平均峰值增益达到9.5 dBi。     

用于无线互连的片上天线金属干扰分析与设计规则

定性分析了金属互连线、电源网格、散热与封装以及金属Dummy Fills对2 mm长、30 μm宽的片上偶极天线对工作特性的影响.通过在硅衬底和散热金属之间引入0.35 mm厚的金刚石介质材料使天线的传输增益在20 GHz时提高了9 dB.为研究这些金属结构和布局对集成偶极天线对的传输增益、相位、阻抗及辐射特性带来的干...     

卷积码在60 GHz芯片间无线互连系统中的性能分析

针对60 GHz芯片间无线互连系统中信号幅度衰落及多径时延,导致信道产生突发性错误引起误码率增大的问题,从编码增益和译码能耗角度研究了该系统中卷积码的性能.根据60 GHz芯片间无线互连系统特点,分析了适用于此场景的CM7.2信道特性以及编码系统接收信噪比.结合信道编码理论,推导了卷积码的临界距离,得到了编码系统的能效衡量标准.在此理论研究的基础上,通过MATLAB对卷积码进行了蒙特卡洛数值仿真,得到了编码增益,进而分析了最大通信距离.通过QuartusⅡ对卷积码进行了电路能耗仿真,得到了编译码能耗,进而分析了临界距离.综合考虑卷积码的编码增益、译码能耗及有效通信距离,提出了可优先采用的编码方案.为60 GHz芯片间无线互连系统以及其他60 GHz近距离无线通信系统提供了纠错编码方面的技术参考.     

基于超材料构建的PCB通信信道芯片无线互连通信研究

提出了一种基于蘑菇型电磁超材料构建的PCB(Printed Circuit Board)的芯片间/芯片内射频通信设计模型.该设计用单极子天线模拟芯片管脚,利用PCB介质作为通信信道,并填充一层超材料吸收多径传播中部分电磁波,降低天线回波损耗和改善天线之间相关度.分析电磁波在PCB介质内传播途径及超材料对其影响.对发射天线输入频率为20GHz不归零伪随机二进制信号,接收天线输出信号的眼图清晰端正.从频域和时域结果分析表明芯片-PCB无线互连可行,而且超材料能够明显改善通信信道而提高信号传输质量.     

60GHz 毫米波在芯片无线互连中的传播特性研究

研究了60GHz 毫米波在芯片无线互连特定场景下的电磁传播问题。应用完整电磁理论,以单极阵子为研究对象在收发天线正对、非正对两种情形中,对径向分量在完整电磁波中的作用进行理论分析及数值仿真。数值仿真结果表明:当收发天线间距小于3 倍波长时,径向分量对完整电磁波有一定的贡献;当收发天线间距大于3 倍波长时,可应用传统远场分析进行近似处理。此外,在HFSS 中对特定的芯片间无线互连场景进行了建模及电磁仿真:当天线两端到PCB 介质板的距离约小于0. 7 ~ 0. 8mm 时,PCB 介质板对电磁波的反射会对天线造成一定的频偏,该频偏随着天线到PCB 介质板的距离的增大而减小;当天线两端到PCB 介质板的距离约大于0. 7 ~ 0. 8mm 时,基本不会造成频偏。这为60GHz 毫米波在芯片间无线互连中的应用提供了电磁传播的理论依据。     

双频带柔性人工磁导体结构研究

人工磁导体能够减小人体生物组织对人体通信天线性能的影响。根据等效电路模型以及软件优化仿真明确3*3人工磁导体结构单元形状和尺寸参数。结合人体手臂生物组织模型进行仿真,以0.05 mm 厚度聚酰亚胺为基底材料、铜为导电材料,加工制作正方形人工磁导体结构辐射单元和天线并在人体手臂进行实测。仿真与测试结果表明辐射单元结构尺寸设计为S1 =24 mm,S2 =23 mm,S3 = 12 mm,S4 = 7 mm,能够确保天线工作在2.45GHz 和5.80 GHz 双频段,将人体SAR值在2.45 GHz 时降低了86%,在5.8 GHz 降低了64%,AMC 结构和天线相距5 mm 时,实测天线回波损耗S11参数曲线与理论结果相符,可以满足双频带安全人体通信的应用需求。     

60 GHz芯片间无线互连系统中的Rake接收性能

在60 GHz芯片间无线互连信道中存在着多径干扰问题,采用Rake接收是提高系统性能的重要手段。针对脉冲超宽带( IR-UWB)的芯片间无线互连系统,分析了多径信道下Rake接收机的误码性能。在IEEE 802.15.3 c信道模型基础上,对不同分支数以及不同合并方案下的选择Rake ( S-Rake)和部分Rake(P-Rake)接收机误码性能进行了研究。仿真结果表明采用支路数为2的P-Rake在数据速率为10 Gb/s时仍具有良好的抗多径性能,这为芯片间无线互连系统的Rake接收方案提供了技术参考。     

高速集成电路中多导体渐变互连线传输特性的分析

本文首先给出高速集成电路中多导体均匀互连线传输特性的分析方法和计算公式。再将渐变互连线近似为线宽略有变化的多节均匀线级联,通过网络理论,分析出渐变线的传输特性。计算结果与测量值吻合很好。     

60 GHz芯片间无线互连系统的MMSE-RAKE接收机误码性能分析

针对60 GHz芯片间无线互连信道中存在的多径衰落问题,将匹配滤波器和最小均方误差算法应用到60 GHz脉冲通信系统,重点分析多径信道下采用最小均方误差合并算法的RAKE接收机的误码性能。在IEEE 802.15.3c信道模型的基础上,对采用不同合并方式、不同干扰用户数目下的RAKE接收机误码性能进行了研究。仿真结果表明,随着干扰芯片数量的增加,引入匹配滤波器和最小均方误差算法的RAKE接收机不仅降低了接收机的采样率,而且有效提高了系统抗多用户干扰的能力,为芯片间无线互连系统的RAKE接收机设计提供了技术参考。     

基于反射阵天线的无线输能系统设计与实验

微波无线输能技术因其传输距离远,易于调控,近年来受到广泛的关注。文中提出一款基于移动馈源的波束扫描平面反射阵天线,该阵列由19×19个移相单元构成,整体尺寸为490.2 mm×490.2 mm。通过仿真验证了提出的移相单元可以覆盖360°全相位,且反射系数大于-0.1 dB(97.7%)。基于CST全波仿真表明,设计的反射阵扫描角度为-28°～+25°。同时,搭建了一个微型的传能系统用于验证反射阵天线的性能。通过实验验证发现在有平面反射阵天线的情况下,在其辐射近场范围内,无线传能系统接收终端获得的功率提高约为无反射阵情况下的700%～1500%,非常有利于传能系统的能量传输。仿真和实验结果均证明该反射阵天线在微波无线传能领域具有一定的应用前景。     

谐振式电能无线传输系统中串串式模型研究

谐振耦合式电能无线传输系统利用磁场通过近场传输,具有辐射小、效率高、传输距离远且方向性强等特点。文中采用等效简化电路方法分析了谐振式电能无线传输系统串串模型的间距、工作频率、负载等参数对传输效率和功率的影响及内在关系,进一步推导出其计算模型。在间距和负载一定的条件下,通过Matlab仿真得到效率最优与功率最大时的工作频率相一致,输出功率对工作频率的变化敏感度更高这一规律。此外,设计了一套串串式结构的谐振式电能无线传输装置,通过实验验证了理论分析的正确性,为研究电能无线传输提供了参考。     

基于CRLH-TL的直线天线阵性能分析与仿真

提出利用左手材料的相位超前特性作为相位补偿器,调整传输线相位分布,并与右手材料相结合构成左右手传输线,用于为直线天线阵馈电,实现不同的天线馈电条件,达到不同的天线辐射特性.分析了无耗级联左右手传输线模型的相位特性,建立了基于左右手传输线的直线天线阵模型,对天线阵方向特性进行了仿真.结果表明,文中设计的天线性能明显优于传统直线天线阵.