微型5G接收器技术革新，助力物联网设备更小更持久
某科研机构的研究人员设计了一款紧凑、低功耗的5G兼容智能设备接收器，其抵抗特定类型干扰的能力比一些传统无线接收器强约30倍。
这款低成本的接收器非常适合电池供电的物联网设备，例如环境传感器、智能恒温器，或其他需要长时间连续运行的设备，比如健康可穿戴设备、智能摄像头或工业监控传感器。
研究人员的芯片采用了一种无源滤波机制，在保护接收器放大器的输入和输出免受可能阻塞设备的有害无线信号干扰的同时，其静态功耗不足一毫瓦。
这项新方法的关键在于一种新颖的预充电堆叠电容器排列方式，这些电容器通过一个微型开关网络连接。这些微型开关的开启和关闭所需的功耗远低于物联网接收器中通常使用的开关。
接收器的电容器网络和放大器经过精心布局，以利用放大过程中的一种现象（米勒效应），使芯片能够使用比通常所需小得多的电容器。
新标准
接收器充当物联网设备与其环境之间的中介。其工作是检测和放大无线信号，滤除任何干扰，然后将其转换为数字数据进行处理。
传统上，物联网接收器在固定频率上运行，并使用单一的窄带滤波器来抑制干扰，这种方法简单且成本低。
但5G移动网络的新技术规范使得能力降低的设备更加经济且节能。这为一系列物联网应用带来了更快的数据速度和更强的网络能力。这些下一代物联网设备需要能够在宽频率范围内调谐，同时仍然保持成本效益和低功耗的接收器。
为了减小物联网设备的尺寸、成本和功耗，工程师无法依赖通常在宽频率范围设备中使用的笨重、片外滤波器。
一种解决方案是使用片内电容器网络来滤除不需要的信号。但这些电容器网络容易受到一种特殊类型的信号噪声（即谐波干扰）的影响。
在先前的工作中，该机构的研究人员开发了一种新颖的开关电容网络，旨在尽可能早地在接收器链中针对这些谐波信号，在不需要的信号被放大并转换为数字比特进行处理之前将其滤除。
缩小电路
在此，他们扩展了这种方法，将这种新颖的开关电容网络用作具有负增益的放大器的反馈路径。这种配置利用了米勒效应，该效应使得小电容器能表现得像大得多的电容器。
该接收器的有效面积小于0.05平方毫米。
研究人员必须克服的一个挑战是，如何在将芯片的整体电源电压保持在仅0.6伏的同时，施加足够的电压来驱动开关。
在存在干扰信号的情况下，如此微小的开关可能会错误地开启和关闭，特别是如果所需的开关电压极低。
为了解决这个问题，研究人员提出了一种新颖的解决方案，使用一种称为“自举时钟”的特殊电路技术。这种方法将控制电压提升到足以确保开关可靠运行的程度，同时比传统的时钟提升方法功耗更低、组件更少。
综合来看，这些创新使得新接收器在功耗不足一毫瓦的同时，能阻挡比传统物联网接收器多约30倍的谐波干扰。
由于该接收器比传统设备更小，并且依赖开关和预充电电容器而非更复杂的电子元件，因此制造成本可能更具效益。此外，由于该接收器设计可以覆盖广泛的信号频率范围，因此可以在各种当前和未来的物联网设备上实现。
在开发出这个原型之后，研究人员希望使接收器能够在没有专用电源的情况下工作，或许可以通过从环境中收集Wi-Fi或蓝牙信号来为芯片供电。
这项研究得到了某国家科学基金会的部分支持。
