[發明專利]一種毫米波波導通信系統

有效

• 申請號: 201210043913.2
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102610890A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 吉多蒂·丹尼爾;王啟東;林福江;朱光
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01P3/10
• 分類號: H01P3/10;H04B11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及信息電子行業毫米波通信技術領域，尤其涉及一種通過毫米波波導進行兩點間數據傳輸的毫米波波導通信系統，該毫米波波導通信系統可用作處理器與存儲器之間高速數據傳輸的總線。

背景技術

傳統的計算機硬件部分基于三種普遍且成熟的技術：硅，用于形成進行邏輯運算的晶體管、存儲器和信號放大器；復合材料，用于分立元件集成的隔離；銅，用于數據傳輸。多核處理器的出現，指令的并行和同時執行，加上優化軟件的發展，使計算機的性能不斷提高，對計算機硬件也提出了更高的要求。

對于基于硅的互補型金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管制造工藝，目前并沒有更有效和更經濟的替代方案。并且，復合材料的研發進展也比較緩慢。而數據的傳輸成為限制計算機性能的主要因素。對于片上和板上的高速數據傳輸，當信號速率接近10×10⁹b/s，傳輸線的趨膚效應和自感效應等固有特性開始顯著。傳輸的比特之間更難區分，正確解碼的概率降低，同時信號完整性惡化嚴重。隨著在傳輸線上的傳輸，方波會變寬和變弱。有時襯底的色散效應會比銅傳輸線自身色散更強，更加限制了系統性能。這些因素使銅線用于傳輸的距離大大減小。一般地，這些問題可以通過預失真、有源幅度均衡器和時鐘恢復等來彌補。但是，用于時鐘恢復的電路模塊、有源均衡器和預處理器會相應增加功耗。此外，為了獲得更高的吞吐量，單純通過增加銅總線的寬度也是不可行的。因為總線寬度的增加，通道數量減低和功耗的增加，同時需要接地的輸入/輸出端口的增加。

替代銅總線的一個潛在的選擇是光總線。在多模光纖或者對某個波段的信號沒有惡性衰減或畸變的聚合物波導上，信號的傳輸距離可以達到幾厘米甚至幾米遠。但光總線數據傳輸時單比特消耗更多的能量。雖然新的激光源可以直接調制到30×10⁹b/s左右，并有足夠的可靠性。但這樣做的代價昂貴的，而且可能承擔不確定性。最重要的是，光總線仍然沒有可以大規模生產的、可靠經濟的成熟集成工藝。

Satoshi?Fukuda等的文章“A?12.5+12.5Gb/s?Full-Duplex?Plastic?Waveguide?Interconnect”(ISSCC2011)介紹了一種毫米波波導通信系統。圖1為現有技術毫米波波導通信系統中傳輸波導的結構示意圖。如圖1所示，該傳輸波導采用了塑料材料，其介電常數Er＝2.6。每一根塑料波導的寬度為8mm，厚度為1.1mm。信號饋入端的偏移量(offset)為2mm。塑料波導所傳輸的毫米波絕大部分被限制在塑料波導內。此外，上述方案中的射頻收/發機用的是比較通用的電路模塊，使用注入鎖定的方法取代了高能耗的鎖相環，來產生同步載波。

然而，申請人意識到上述的毫米波通信系統存在如下技術缺陷：(1)塑料波導的外表面存在毫米波泄漏的現象，導致塑料波導周圍有外泄的電場，大約延伸一個波長，為了減小外泄電場的耦合，波導之間必須要有足夠的距離，這間接的增大了波導尺寸，減小波導數量；(2)在波導的兩端，存在毫米波反射的現象，從而導致待傳輸信號的質量下降；(3)塑料波導的折射率較低，使得信號通道的特征尺寸變大，波導的尺寸變大，導致有限范圍內的波導數減少；(4)用來產生毫米波載波的混頻器，壓控振蕩器，都為純電路構造，增加了整個毫米波通信系統的功耗和噪聲，特別是解調電路的相位噪聲，導致傳輸的誤碼率提高，間接影響待傳輸信號的調制速率。上述四點技術缺陷均從一定程度上影響了數據帶寬，降低了總的數據吞吐量，不適宜像高性能計算機這樣的系統。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種毫米波通信系統，以提高通信系統的數據帶寬和數據吞吐量。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，本發明公開了一種毫米波波導通信系統，包括：時鐘組件、至少兩組毫米波收/發通道。其中：時鐘組件，用于為至少兩組毫米波收/發通道的發送端和接收端分別提供時鐘信號。每一組毫米波收/發通道包括：發射器組件、傳輸波導和接收器組件，其中：發射器組件，用于利用待傳輸信號對發送端同步載波進行調制，產生毫米波信號，并將該毫米波信號耦合至傳輸波導；接收器組件，用于從傳輸波導中檢測攜帶待傳輸信號的毫米波信號，利用接收端同步載波對該毫米波信號進行解調，獲得上述待傳輸的信號；傳輸波導，位于發射器組件和接收器組件之間，用于提供毫米波傳輸的通道，該傳輸波導的頂面、側面和/或底面上除有源器件及其附件以外的區域鍍有金屬導電壁，以形成與相鄰毫米波收/發通道中傳輸波導的電磁屏蔽。

(三)有益效果