想象一下，坐在拥挤的体育场观看一场关键的足球比赛——成千上万的人同时使用手机，可能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可能会造成干扰，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 网络变得更加普遍以及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定范围的信号，但滤波器体积大、价格昂贵，并且会增加生产成本。
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锁定并阻止接收器输入端的不需要的信号。他们从数字信号处理中借鉴了一项技术，并使用了一些技巧，使其能够在很宽的频率范围内在射频系统中有效工作。
他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。该芯片在阻止特殊类型干扰方面的性能比其他宽带接收器高出约 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生产。
“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。在设计我们的电路时，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，并尝试提出不需要额外功率和芯片面积的多功能硬件，”高级作者 Negar Reiskarimian 说，他是电气工程和计算机系 X-Window 联盟职业发展助理教授科学 (EECS) 和微系统技术实验室的核心教员。
Reiskarimian 与 EECS 研究生 Soroush Araei（第一作者）和 Shahabeddin Mohin 共同撰写了这篇论文。这项工作正在国际固态电路会议上展示。
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，它会立即转换为较低频率的信号，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。
虽然有效，但混频器优先接收器容易受到称为谐波干扰的特定类型干扰的影响。谐波干扰来自频率为设备工作频率数倍的信号。例如，如果设备工作在 1 GHz，那么 2 GHz、3 GHz、5 GHz 等的信号就会产生谐波干扰。在频率转换过程中，这些谐波可能无法与原始信号区分开来。
“许多其他宽带接收器在查看这些位的含义之前不会对谐波采取任何措施。他们在链的后面这样做，但是如果你有谐波频率的高功率信号，这就不会很好地工作。相反，我们希望尽快消除谐波以避免丢失信息，”Araei 说。
为此，研究人员受到了数字信号处理中称为块数字滤波的概念的启发。他们使用保持电荷的电容器将这种技术应用于模拟领域。当接收到信号时，电容器会在不同的时间充电，然后将它们关闭，以便可以保留电荷并在以后用于处理数据。
这些电容器可以通过多种方式相互连接，包括并联连接，从而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，但该过程会导致严重的信号损失。堆叠电容器是另一种可能性，但仅此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。该频率转换电路可以与块滤波相结合以针对谐波干扰。
精确的安排
研究人员发现，通过将其中一些电容器串联起来然后进行电荷共享，以特定布局排列电容器，可以使该设备在不丢失任何信息的情况下阻止谐波干扰。
“人们以前单独使用过这些技术，电荷共享和电容器堆叠，但从未一起使用过。我们发现必须同时执行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不使用任何额外硬件的情况下在调音台内以被动方式做到这一点，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，而信号强度只会略微降低。它能够处理比以前最先进的宽带接收器强40倍的信号。
参考链接：New chip for mobile devices knocks out unwanted signals； Demi Xia编译
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