新的接收器芯片可阻止降低移动设备性能并耗尽电池电量的信号干扰

麻省理工学院的研究人员开发了一种用于移动设备的接收器芯片，该芯片在接收器的输入端针对并阻止不需要的射频信号，而不会损害其性能或减慢设备的速度

想象一下，坐在一个拥挤的体育场里观看一场关键的足球比赛——成千上万的人同时使用手机，也许是与朋友视频聊天或在社交媒体上发布照片。所有这些设备发送和接收的射频信号都可能造成干扰，从而降低设备性能并耗尽电池电量。

设计能够有效阻止不需要的信号的设备并非易事，尤其是随着5G网络变得更加普遍和未来几代无线通信系统的开发。传统技术利用许多滤波器来阻挡一系列信号，但滤波器体积庞大、昂贵，并增加了生产成本。

麻省理工学院的研究人员开发了一种电路架构，可以在不损害其性能的情况下针对并阻止接收器输入的不需要的信号。他们借用了数字信号处理的技术，并使用了一些技巧，使其能够在宽频率范围内的射频系统中有效工作。

它们的接收器甚至可以阻止高功率不需要的信号，而不会在信号处理操作中引入更多噪声或不准确性。该芯片在阻挡特殊类型的干扰方面比其他宽带接收器好约40倍，不需要任何额外的硬件或电路。这将使芯片更容易大规模制造。

“我们有兴趣开发满足5G和未来几代无线通信系统需求的电子电路和系统。在设计电路时，我们从其他领域寻找灵感，例如数字信号处理和应用电磁学。我们相信电路的优雅和简单性，并试图提出不需要额外功率和芯片面积的多功能硬件，“资深作者Negar Reiskarimian说。

谐波干扰

研究人员使用所谓的混频器优先架构开发了接收器芯片。这意味着当设备接收到射频信号时，它会立即转换为低频信号，然后再传递到模数转换器以提取其携带的数字位。这种方法使无线电能够覆盖很宽的频率范围，同时滤除靠近工作频率的干扰。

混频器优先的接收器虽然有效，但容易受到一种称为谐波干扰的特殊干扰。谐波干扰来自频率是设备工作频率倍数的信号。例如，如果设备以 1 GHz 的频率运行，则 2 GHz、3 GHz、5 GHz 等的信号将产生谐波干扰。在变频过程中，这些谐波可能与原始信号无法区分。

“许多其他宽带接收器在了解这些位的含义之前不会对谐波做任何事情。它们在链条的后期执行此操作，但如果在谐波频率下具有高功率信号，则效果不佳。相反，我们希望尽快消除谐波，以避免丢失信息，“Araei说。

为此，研究人员受到数字信号处理概念的启发，称为块数字滤波。他们将这种技术应用于使用电容器的模拟域，电容器可以容纳电荷。当接收到信号时，电容器在不同的时间充电，然后关闭它们，以便可以保持电荷并在以后用于处理数据。

这些电容器可以通过各种方式相互连接，包括并联连接，这使电容器能够交换存储的电荷。虽然这种技术可以针对谐波干扰，但该过程会导致明显的信号损失。堆叠电容器是另一种可能性，但仅靠这种方法不足以提供谐波弹性。

大多数无线电接收器已经使用开关电容电路来执行频率转换。该频率转换电路可与块滤波结合使用，以针对谐波干扰。

精确的布置

研究人员发现，通过将其中一些电容器串联起来，然后执行电荷共享，以特定的布局排列电容器，使设备能够阻止谐波干扰而不会丢失任何信息。

“人们以前分别使用过这些技术，电荷共享和电容器堆叠，但从未一起使用过。我们发现必须同时使用这两种技术才能获得这种好处。此外，我们已经找到了如何在混音器内以被动方式做到这一点，而无需使用任何额外的硬件，同时保持信号完整性并降低成本，“他说。

他们通过同时发送所需的信号和谐波干扰来测试设备。他们的芯片能够有效地阻止谐波信号，而信号强度仅略有降低。它能够处理比以前最先进的宽带接收器强大40倍的信号。