用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)互連（m2w2互連）的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器（pnfd）的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種耦接到發(fā)射器和接收器的用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)（M2W2）互連的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器（Periodic?near?field?director）（PNFD），所述短距離毫米波無(wú)線(xiàn)（M2W2）互連用于在毫米波頻率下發(fā)射和接收射頻（RF）信號(hào)用于在該發(fā)射器和接收器之間具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信。周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器中的每一個(gè)都包括一個(gè)或多個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)（PSC），其中該周期性耦合結(jié)構(gòu)包括這樣放置的金屬帶，使得該金屬帶的縱向尺寸基本垂直于發(fā)射器和接收器之間的射頻信號(hào)的傳播方向。周期性耦合結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的位置都平行于相鄰的周期性耦合結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)之間的間隔距離都在射頻信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)。周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器可以包括彼此耦接的第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器，用于發(fā)射和接收該第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間的射頻信號(hào)，其中在該第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間存在空氣間隙。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)互連(M2W2互連)的周期性近場(chǎng)導(dǎo)
引器(PNFD)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)35U.S.C 第 119 Ce)條要求由 Mau-Chung F.Chang 和 Sa1-Wang Tam于 2010 年 12 月 17 日提交的、標(biāo)題為 “PERIODIC NEAR FIELD DIRECTORS (PNFD)FORSHORT-RANGE MILL1-METER-ffAVE-fflRELESS-1NTERCONNECT (M2W2-1NTERC0NNECT) ” 的、代理人案號(hào)為30435.220-US-P1 (2010-728-1)的共同未決和共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列N0.61/424，554的權(quán)益，該申請(qǐng)通過(guò)引用合并于此。
[0003]本申請(qǐng)涉及由Sa1-Wang Tam 和 Mau-Chung F.Chang 于 2011 年 12 月 8 日提交的、標(biāo)題為“MILL1-METER-WAVE-WIRELESS-1NTERCONNECT (M2W2-1NTERC0NNECT)METHODFOR SHORT-RANGE COMMUNICATIONS WITH ULTRA-HIGH DATA RATE CAPABILITY” 的、代理人案號(hào)為30435.209-US-W0 (2009-445-2)的共同未決和共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)N0.13/377，124，該申請(qǐng)根據(jù) 35U.S.C 第 371 條是由 Sa1-ffang Tam 和 Mau-Chung F.Chang于 2010 年 6 月 9 日提交的、標(biāo)題為 “MILL1-METER-WAVE-WIRELESS-1NTERC0NNECT(M2W2-1NTERC0NNECT)METHOD FOR SHORT-RANGE COMMUNICATIONS WITH ULTRA-HIGH DATA RATECAPABILITY”的、代理人案號(hào)為30435.209-W0-U1 (2009-445-2)的共同未決和共同轉(zhuǎn)讓的P.C.T國(guó)際申請(qǐng)N0.PCT/US2010/038033的國(guó)家階段，并根據(jù)35U.S.C第365 (c)條要求該P(yáng).C.T國(guó)際申請(qǐng)的權(quán)益，該P(yáng).C.T國(guó)際申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C第119 (e)條要求由Sa1-WangTam和 Mau-Chung F.Chang 于 2009 年 6 月 10 日提交的、標(biāo)題為 “MILL1-METER-WAVE-WIRELESS-1NTERCONNECT(M2W2-1NTERC0NNECT)METHOD FOR SHORT-RANGE COMMUNICATIONSWITHULTRA-HIGH DATA RATE CAPABILITY”的、代理人案號(hào)為 30435.209-US-P1 (2009-445-1)的共同未決和共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列N0.61/185，946的權(quán)益，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(PNFD)。
【背景技術(shù)】
[0005]在上面提出的并通過(guò)引用合并于此的交叉引用的相關(guān)申請(qǐng)(申請(qǐng)序列N0.13/377，124、PCT/US2010/038033和61/185,946)中描述的工作中，片上天線(xiàn)被用于短距離通信中的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。然而，由于有損的娃襯底(lossy silicon substrate),片上天線(xiàn)的輻射效率非常低，并且隨后跨越5mm空氣間隙的信道損耗可高達(dá)60dB。這種嚴(yán)重的信道損耗顯著地收緊整體鏈路預(yù)算，并進(jìn)一步增加設(shè)計(jì)高功率效率M2W2收發(fā)器架構(gòu)的難度。
[0006]因此，在本領(lǐng)域中需要一種無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母倪M(jìn)方法。本發(fā)明滿(mǎn)足了此需要。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的局限性，并克服在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)后將變得明顯的其他的局限性，本發(fā)明公開(kāi)一種耦接到發(fā)射器和接收器的用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(Periodic near field director)(PNFD),所述短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連用于在毫米波頻率下發(fā)射和接收射頻(RF)信號(hào)用于在該發(fā)射器和接收器之間具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信。周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器中的每一個(gè)都包括一個(gè)或多個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)(PSC)，其中該周期性耦合結(jié)構(gòu)包括這樣放置的金屬帶，使得該金屬帶的縱向尺寸基本垂直于發(fā)射器和接收器之間的射頻信號(hào)的傳播方向。周期性耦合結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的位置都平行于相鄰的周期性耦合結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)之間的間隔距離都在射頻信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)。周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器可以包括彼此耦接的第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器，用于發(fā)射和接收該第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間的射頻信號(hào)，其中在該第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)弓I器之間存在空氣間隙。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]現(xiàn)在參考附圖，其中相同的參考標(biāo)號(hào)始終代表對(duì)應(yīng)的部件:
[0009]圖1A是毫米波無(wú)線(xiàn)互連(M2W2互連)的示意圖。
[0010]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(PNFD)的毫米波無(wú)線(xiàn)互連的示意圖。
[0011]圖1C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用兩個(gè)周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器并且在兩個(gè)周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間存在空氣間隙的毫米波無(wú)線(xiàn)互連的示意圖。
[0012]圖2A、2B和2C示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器的毫米波無(wú)線(xiàn)互連的3維(3D)仿真模型。
[0013]圖3是示出具有與圖2A、2B和2C的3D仿真模型相同尺寸的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器的測(cè)量結(jié)果的頻率(GHz)對(duì)信道損耗(dB)曲線(xiàn)圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的5X5陣列的具有不同的周期性耦合結(jié)構(gòu)尺寸和幾何形狀的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器的微觀(guān)照片。
[0015]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的高速隔離器的演示板照片。
[0016]圖5B是示出演示板中使用的發(fā)射器(TX)芯片、周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器和接收器(RX)芯片的圖5A的放大圖。
[0017]圖6A是在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的發(fā)射器(TX)芯片的微觀(guān)照片。
[0018]圖6B是在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的接收器(RX)芯片的微觀(guān)照片。
[0019]圖7示出測(cè)得的圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的5.7Gbit/s眼圖。
[0020]圖8是示出測(cè)得的用于圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的BER的數(shù)據(jù)速率(Gbps)對(duì)BER (誤比特率)的曲線(xiàn)圖。
[0021]圖9示出在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的RX芯片上的5Gbit/s27-1PRBS (偽隨機(jī)二進(jìn)制序列)波形。
[0022]圖10示出在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的RX芯片處測(cè)得的5Gbit/s27-1PRBS波形的眼圖。[0023]圖11是示出在BEIKIO,的情況下的最大無(wú)線(xiàn)連接器數(shù)據(jù)速率的間隔距離(mm)對(duì)數(shù)據(jù)速率(Gbps)的曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在優(yōu)選實(shí)施例的下列描述中，對(duì)形成本發(fā)明的一部分的附圖進(jìn)行參考，在這些附圖中，通過(guò)說(shuō)明的方式示出可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，可以利用其他實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。
[0025]概沭
[0026]本發(fā)明描述一種用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連的周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(PNFD)，其中PNFD顯著地減少用于短距離無(wú)線(xiàn)通信的毫米波頻率的信道損耗，這使能具有高數(shù)據(jù)速率能力的高功率效率M2W2互連技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的PNFD被用于超短距離(小于10厘米)片到片或板到板的千兆位級(jí)通信。
[0027]臺(tái)米波無(wú)線(xiàn)互連(M2W2互連)
[0028]如在上面提出的并通過(guò)引用合并于此的交叉引用的相關(guān)申請(qǐng)中描述的(申請(qǐng)序列N0.13/377，124、PCT/US2010/038033 和 61/185，946)，并如圖1A 的示意圖中所示一般的毫米波無(wú)線(xiàn)互連(M2W2互連)與傳統(tǒng)的有損且具有較差機(jī)械性能的高速板到板連接器相比，可以在沒(méi)有任何物理接觸的情況下通過(guò)空氣使用射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行非常短距離的數(shù)據(jù)傳送。通常，M2W2互連利用片上天線(xiàn)通過(guò)開(kāi)放的空氣信道(open air channel)來(lái)接收或發(fā)射RF信號(hào)。
[0029]不幸的是，由于有損的硅襯底，片上天線(xiàn)的輻射效率非常低，通常小于5%。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，跨越5_空氣間隙的信道損耗可高達(dá)60dB。這種嚴(yán)重的信道損耗顯著地收緊整體鏈路預(yù)算，并進(jìn)一步增加設(shè)計(jì)高功率高效率M2W2收發(fā)器架構(gòu)的難度。
[0030]考慮圖1A的單信道無(wú)線(xiàn)M2W2互連100，其將包括發(fā)射器的第一芯片(芯片I) 102耦接到包括接收器的第二芯片(芯片2)104，其中該第一芯片102以短距離或長(zhǎng)度106與第二芯片104物理分離。異步調(diào)制和差分信號(hào)(differential signaling)被用于相同或不同的印刷電路板(PCB)上的集成電路(IC)芯片或裸片(die) 102和104之間的通信。
[0031]第一芯片102包括用于生成射頻(RF)載波信號(hào)的壓控振蕩器(VCO) 108，以及用于使用包括輸入數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)(data-1n signal) 112調(diào)制RF載波信號(hào)的發(fā)射器(TX)llO，其中然后將調(diào)制的RF載波信號(hào)饋入輻射調(diào)制的RF載波信號(hào)的片上差分偶極天線(xiàn)114 (盡管還可以使用鍵合線(xiàn)偶極天線(xiàn)(bond-wire dipole antenna))。
[0032]第二芯片104包括用于接收輻射的RF載波信號(hào)的片上差分偶極天線(xiàn)116，然后將該RF載波信號(hào)饋入低噪放大器(LNA) 118，以生成放大的RF載波信號(hào)。放大的RF載波信號(hào)通過(guò)在自混頻器120處通過(guò)將放大的RF載波信號(hào)與其自身122自混頻以生成基帶信號(hào)的解調(diào)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。基帶信號(hào)通過(guò)基帶放大器124放大以生成包括作為全擺幅數(shù)字信號(hào)的輸出數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)(data-out signal) 126。
[0033]發(fā)射器110進(jìn)行ASK調(diào)制，這是一種異步調(diào)制方案，使用一對(duì)通斷開(kāi)關(guān)用數(shù)據(jù)輸入信號(hào)112直接調(diào)制RF載波信號(hào)。然后，發(fā)射器110的輸出不經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大，饋入天線(xiàn)114。
[0034]與例如二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)的其他的同步調(diào)制方案不同，異步ASK調(diào)制系統(tǒng)中的接收器僅檢測(cè)RF載波信號(hào)的幅度改變，而不檢測(cè)RF載波信號(hào)的相位改變或頻率變化。因此，接收器可以在沒(méi)有耗電鎖相環(huán)(PLL)的情況下異步工作。
[0035]ASK調(diào)制還在不需要附加組件的情況下通過(guò)使用差分電路架構(gòu)和差分互混技術(shù)(differential-mutual-mixing technique)來(lái)自動(dòng)除去RF載波信號(hào)以消除在接收器處的RF載波信號(hào)再生的需要。因此，M2W2互連不會(huì)受到發(fā)射(Tx)和接收(Rx)功能之間過(guò)程引起的載波變化的影響。
[0036]差分偶極天線(xiàn)114能夠提高輸入阻抗，這可以提供發(fā)射器110的ASK調(diào)制和天線(xiàn)114之間更好的功率匹配。此外，這種使用片上天線(xiàn)114的設(shè)計(jì)消除擁有任何在毫米波頻率中操作的封裝和靜電放電(ESD )保護(hù)電路的需要。
[0037]俥用PNFD結(jié)構(gòu)的mm互連
[0038]為了改善圖1A的M2W2互連100的性能，本發(fā)明在M2W2互連中包括一個(gè)或多個(gè)PNFD，其中PNFD提供場(chǎng)耦接以顯著地減少信道損耗。
[0039]在原理上說(shuō)，有兩種類(lèi)型的耦接，即近場(chǎng)耦接的耦接和遠(yuǎn)場(chǎng)耦接。近場(chǎng)耦接的范圍通常在一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)。在毫米波頻率中，一個(gè)波長(zhǎng)大約是幾個(gè)毫米，因此，近場(chǎng)耦接的范圍非常有限。并且，大多數(shù)近場(chǎng)耦接是各向同性的，這意味著在耦接方向性和隔離方面性能較差。在許多應(yīng)用中，例如M2W2，相鄰收發(fā)器之間良好的隔離是實(shí)現(xiàn)高帶寬密度的關(guān)鍵。
[0040]圖1B示出使用PNFD結(jié)構(gòu)的M2W2互連，其包括一對(duì)毫米波收發(fā)器和PNFD結(jié)構(gòu)。具體地，圖1B是與圖1A相同但具有位于芯片1102和芯片2104之間的片外PNFD128的單信道無(wú)線(xiàn)M2W2互連的示意圖。
[0041]PNFD128包括一個(gè)或多個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)(PSC)130 (也被稱(chēng)為周期性導(dǎo)向結(jié)構(gòu)或周期性導(dǎo)引器結(jié)構(gòu))，其包括這樣放置的金屬帶，使得所述金屬帶的縱向尺寸基本垂直于芯片1102和芯片2104之間的RF信號(hào)傳播方向。此外，PSC130的位置平行于相鄰的PSC130，并且每個(gè)PSC130之間的間隔距離132都在發(fā)射的RF信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)(B卩，小于或等于發(fā)射的RF信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng))。
[0042]PNFD128不但可以有效延長(zhǎng)相鄰收發(fā)器之間的耦接范圍，而且它還能實(shí)現(xiàn)相鄰收發(fā)器之間良好的隔離。PNFD128的基本構(gòu)思是利用PSC130中的近場(chǎng)耦接。只要PNDF128中每個(gè)PSC130之間的間隔距離132在一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)，兩個(gè)連續(xù)的PSC132之間的耦接就保持較強(qiáng)，并且近場(chǎng)耦接可以以級(jí)聯(lián)方式有效地延長(zhǎng)。
[0043]注意圖1B僅僅是說(shuō)明性的，不是按比例繪制的，并不意味著任何意義上的限制。PNFD128和PSC130可以包括與示出的尺寸、結(jié)構(gòu)和位置不同的尺寸、結(jié)構(gòu)和位置。此外，PNFD128和PSC130可以包括各種組件(composition)，并且可以使用任意數(shù)量的公知制造技術(shù)制造。
[0044]如圖1C中所示，本發(fā)明的PNFD構(gòu)思可以通過(guò)在兩個(gè)PNFD128a、128b之間插入空氣間隙134以進(jìn)一步延長(zhǎng)通信距離來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展。在這種情況下，芯片1102首先生成調(diào)制的RF信號(hào)，片上天線(xiàn)114將該信號(hào)通過(guò)近場(chǎng)耦接耦接到第一 PNFD128a。只要兩個(gè)PNFD128a、128b之間的空氣間隙134的間隔在近場(chǎng)耦接的范圍之內(nèi)，芯片1102的PNFD128a就仍然能夠有效地將調(diào)制的RF信號(hào)耦接到芯片2104的PNFD128b，該P(yáng)NFD128b隨后將調(diào)制的RF信號(hào)耦接到芯片2104的片上天線(xiàn)116。
[0045]這個(gè)構(gòu)思有效地除去對(duì)有損毫米波封裝的需要，并降低整體M2W2互連的復(fù)雜度。[0046]PNFD仿直樽型
[0047]圖2A、2B和2C示出在被稱(chēng)為HFSS?的用于3維全波電磁(EM)場(chǎng)仿真的仿真工具中開(kāi)發(fā)的本發(fā)明的3維(3D)仿真模型。在此模型中，PNFD200包括4.5mmX2mm Roger?印刷電路板(PCB)202，其中介電常數(shù)ε =4.2。PSC204放置在Roger?PCB202的上面，該P(yáng)SC204的長(zhǎng)度為1.2mm，并且連續(xù)的PSC204之間的間隔距離為1.125mm。此外，兩個(gè)具有片上偶極天線(xiàn)210、212的硅襯底或芯片206、208放置在Roger板202的每一端上，其中Roger?PCB202的厚度或高度為0.5mm，兩個(gè)硅襯底或芯片206、208的厚度或高度為0.7mm，天線(xiàn)210、212的長(zhǎng)度為0.9mm。在此模型中，仿真的信道損耗約-30dB，如圖3所述。
[0048]圖3是示出具有與圖2A、2B和2C的HFSS仿真模型相同尺寸的PNFD的測(cè)量結(jié)果的頻率(GHz)對(duì)信道損耗(dB)曲線(xiàn)圖。藍(lán)色(粗線(xiàn))曲線(xiàn)300代表沒(méi)有PSC的PNFD，測(cè)得的跨越5mm間隔的信道損耗約為-50dB。紅色(細(xì)線(xiàn))曲線(xiàn)302代表具有PSC的PNFD，測(cè)得的跨越5mm間隔的信道損耗約為_(kāi)30dB。根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果，PNFD能夠?qū)⑿诺罁p耗改善約20dB，這顯著地放寬M2W2互連的鏈路預(yù)算。
[0049]實(shí)駘結(jié)果
[0050]已設(shè)計(jì)、制造了用于短距離通信的M2W2互連方法的PNFD，并通過(guò)測(cè)量結(jié)果得到驗(yàn)證。這些實(shí)現(xiàn)方式已經(jīng)使用65納米商業(yè)CMOS工藝和Roger?印刷電路板(PCB)實(shí)現(xiàn)。
[0051 ] 在一個(gè)示例中，為了演示PNFD的構(gòu)思，設(shè)計(jì)并在R0ger?PCB上實(shí)現(xiàn)了 5 X 5陣列的具有不同尺寸和幾何形狀的PSC的PNFD，其在圖4的微觀(guān)照片中示出。
[0052]在另一個(gè)示例中，在演示板上實(shí)現(xiàn)了具有PNFD的高速M(fèi)2W2互連以圖示本發(fā)明的高速隔離器應(yīng)用。該高速M(fèi)2W2互連包括具有片上天線(xiàn)的ASK發(fā)射器，Roger?PCB上的5mmPNFD以及具有片上天線(xiàn)的ASK接收器。圖5A是高速隔離器的演示板的照片。圖5B是示出演示板中使用的發(fā)射器(TX)芯片500、PNFD (中間)502和接收器(RX)芯片504的圖5A的放大視圖。
[0053]圖6A是在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的發(fā)射器(TX)芯片的微觀(guān)照片。
[0054]圖6B是在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的接收器(RX)芯片的微觀(guān)照片。
[0055]圖7示出測(cè)得的圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的5.7Gbit/s眼圖。
[0056]圖8是示出測(cè)得的用于圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的BER的數(shù)據(jù)速率(Gbps)對(duì)BER (誤比特率)的曲線(xiàn)圖。
[0057]圖9示出在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板中使用的RX芯片上的5Gbit/s27-1PRBS (偽隨機(jī)二進(jìn)制序列)波形。
[0058]圖10示出在圖5A和5B的高速隔離器應(yīng)用的演示板的RX芯片處測(cè)得的5Gbit/s27-1PRBS波形的眼圖。
[0059]圖11是示出在BEIKIO,的情況下最大無(wú)線(xiàn)連接器數(shù)據(jù)速率的間隔距離(mm)對(duì)數(shù)據(jù)速率(Gbps)的曲線(xiàn)圖。
[0060]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0061]本發(fā)明提供以下優(yōu)點(diǎn):
[0062]?低信道損耗:[0063]O PNFD將信道損耗改善約20dB，其顯著地放寬M2W2互連的鏈路預(yù)算。
[0064]?良好的隔離:
[0065]O PNFD增加相鄰信道之間的隔離度高達(dá)20dB。
[0066]?超寬帶:
[0067]〇PNFD的帶寬非常寬(跨IOGHz )。
[0068]?簡(jiǎn)單的封裝:
[0069]〇這個(gè)構(gòu)思有效地除去有損毫米波封裝問(wèn)題，并降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0070]?高數(shù)據(jù)速率:
[0071]〇通過(guò)多個(gè)信道同時(shí)發(fā)送，在未來(lái)數(shù)據(jù)速率可能高達(dá)數(shù)十Gbps。
[0072]?低功率:
[0073]〇相比傳統(tǒng)光隔離器，基于M2W2的隔離器能夠僅消耗約三分之一的功率。
[0074]?可擴(kuò)展性:
[0075]〇隨著CMOS技術(shù)的繼續(xù)擴(kuò)展(scaling),更多的 信道將可用。
[0076]具有PNFD的高速M(fèi)2W2互連可應(yīng)用于超高速高壓隔離器，如混合動(dòng)力汽車(chē)、智能電表、光隔離器的代替物等。此技術(shù)也適用于高速非接觸式連接器。
[0077]益論
[0078]這總結(jié)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述。為了說(shuō)明和描述的目的，呈現(xiàn)了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例上述描述。不意圖窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為公開(kāi)的精確形式。根據(jù)上述教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。本發(fā)明的范圍旨在不受這些詳細(xì)描述的限制，而受所附于此的權(quán)利要求的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在指定頻率下發(fā)射和接收信號(hào)的用于具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信的無(wú)線(xiàn)互連，包括: 一個(gè)或多個(gè)周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(PNFD)，其耦接到發(fā)射器和接收器用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連，所述短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連用于在毫米波頻率下發(fā)射和接收射頻(RF)信號(hào)用于在所述發(fā)射器和接收器之間具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中所述周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器中的每一個(gè)都包括一個(gè)或多個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)(PSC)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中所述周期性耦合結(jié)構(gòu)包括這樣放置金屬帶，使得所述金屬帶的縱向尺寸基本垂直于所述發(fā)射器和接收器之間的射頻信號(hào)的傳播方向。
4.如權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中所述周期性耦合結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的位置都平行于相鄰的周期性耦合結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)之間的間隔距離都在所述射頻信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中所述周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器包括彼此耦接的第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器，用于發(fā)射和接收所述第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間的射頻信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中在所述第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間存在空氣間隙。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中: 所述發(fā)射器對(duì)具有輸入數(shù)據(jù)流的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述調(diào)制的載波信號(hào)隨后被饋入輻射所述調(diào)制的載波信號(hào)的發(fā)射器天線(xiàn)； 所述接收器在接收器天線(xiàn)處接收所述輻射的載波信號(hào)，并將所述接收到的載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成作為輸出數(shù)據(jù)流的全擺幅數(shù)字信號(hào)；以及 所述發(fā)射器和接收器使用異步調(diào)制和差分信號(hào)用于在集成電路芯片或印刷電路板之間通{目O
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)線(xiàn)互連，其中所述發(fā)射器或接收器天線(xiàn)包括片上差分偶極天線(xiàn)。
9.一種用于使用無(wú)線(xiàn)互連在指定頻率下發(fā)射和接收信號(hào)用于具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信的方法，包括: 將一個(gè)或多個(gè)周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器(PNFD)耦接到發(fā)射器和接收器用于短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連，所述短距離毫米波無(wú)線(xiàn)(M2W2)互連用于在毫米波頻率下發(fā)射和接收射頻(RF)信號(hào)用于在所述發(fā)射器和接收器之間具有高數(shù)據(jù)速率能力的短距離通信。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器中的每一個(gè)都包括一個(gè)或多個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)(PSC)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述周期性耦合結(jié)構(gòu)包括這樣放置的金屬帶，使得所述金屬帶的縱向尺寸基本垂直于所述發(fā)射器和接收器之間的射頻信號(hào)的傳播方向。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述周期性耦合結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的位置都平行于相鄰的周期性耦合結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)周期性耦合結(jié)構(gòu)之間的間隔距離都在所述射頻信號(hào)的一個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi)。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器包括彼此耦接的第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器，用于發(fā)射和接收所述第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間的射頻信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述第一和第二周期性近場(chǎng)導(dǎo)引器之間存在空氣間隙。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中: 所述發(fā)射器對(duì)具有輸入數(shù)據(jù)流的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述調(diào)制的載波信號(hào)隨后被饋入輻射所述調(diào)制的載波信號(hào)的發(fā)射天線(xiàn)； 所述接收器在接收器天線(xiàn)處接收所述輻射的載波信號(hào)，并將所述接收到的載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成作為輸出數(shù)據(jù)流的全擺幅數(shù)字信號(hào)；以及 所述發(fā)射器和接收器使用異步調(diào)制和差分信號(hào)用于在集成電路芯片或印刷電路板之間通{目O
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述發(fā)射器或接收器天線(xiàn)包括片上差分偶極天線(xiàn)。`
【文檔編號(hào)】H01Q9/16GK103460616SQ201180067733
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月17日
【發(fā)明者】M-C.F.張, S-W.塔姆 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)