【世界初】NTTと東工大がテラヘルツ帯で通信できるアクティブフェーズドアレイ送信機をCMOS回路で実現 6G無線機の普及実現に弾み
●開発の背景
300GHz帯は利用可能な広大な周波数帯域が残されていることから、100Gs以上の超高速6G無線通信サービスの実用化が期待されているが、300GHz帯ような高い周波数では、空間伝搬損失を補うだけの十分高い送信電力を有する送信機の実現が課題となっている。
この課題を解決するために、複数のアンテナの出力を合成・制御することでアンテナ利得を高めアンテナの指向性パターンを制御する技術ビームステアリングを可能にする、2次元フェーズドアレイ技術の研究が進められてきた。
しかし十分な送信電力を確保するためには、それぞれの送信回路の出力電力を確保する必要がある。フェーズドアレイは多くの送信回路を必要とするため、安価で量産性・集積化に優れるシリコンCMOSプロセスの活用が非常に有効だが、シリコンCMOSプロセスによるトランジスタの動作周波数の制限から、これまでこの周波数帯で高性能の電力増幅器を実現することは一般的には困難だった。
そこで、CMOS集積回路ではミキサや逓倍器から直接アンテナを駆動する回路方式が検討されてきたが、十分な出力電力が得られないために電力効率が下がり、またチップ面積が大きくなるなど、面積効率・コストの観点からも十分なものではなく、電力増幅器が搭載されていないこれまでの300GHz帯フェーズドアレイICでは十分な性能が得られていなかった。そのため、300GHz帯においても電力増幅器でアンテナを駆動するCMOSフェーズドアレイICの実現が大きく期待されていた。
●研究成果
今回の研究で開発した300GHz帯フェーズドアレイ送信機は65nmのシリコンCMOSプロセスを用いて設計。CMOSでも300GHz帯で動作する電力増幅器を実現するために、基本となるトランジスタのレイアウトを新たに最適化した。
その結果、レイアウト最適化による寄生抵抗・容量の低減により、250-300GHz帯での利得が従来に比べて大きく向上した。
