想象一下，坐在拥挤的体育场里观看一场重要的足球比赛——成千上万的人同时使用手机，也许是与朋友视频聊天，或者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。
设计能够有效阻挡无用信号的设备并非易事，尤其是随着5G网络变得更加普及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，但是滤波器体积庞大、价格昂贵，并且增加了生产成本。
麻省理工学院（MIT）研究人员开发了一种电路架构，可以在不影响接收机性能的情况下，锁定并阻止接收机输入端的多余信号。他们从数字信号处理中借鉴了一种技术，并使用了一些技巧，使其能够在很宽的频率范围内有效地工作在无线电频率系统中。
新接收器芯片示意图：一个复杂的接收器芯片位于中间，中心有电路。红色无线电波试图击中芯片，但被芯片发光的边缘挡住了。绿色无线电波进入芯片。（来源：MIT News Office）
他们的接收器甚至可以阻挡高功率的无用信号，而不会给信号处理操作带来更多噪声或误差。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，如数字信号处理和应用电磁学。电气工程和计算机科学系(EECS)X-Window Consortium职业发展助理教授兼微系统技术实验室核心成员、资深作者Negar Reiskarimian表示，“我们相信电路的优雅和简单，并试图推出不需要额外功率和芯片面积的多功能硬件。
Reiskarimian与EECS大学研究生Soroush Araei(第一作者)和Shahabeddin Mohin共同撰写了这篇论文。这项工作将在国际固态电路会议上展示。
谐波干扰
研究人员使用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，以提取它所携带的数字位。这种方法使无线电能够覆盖较宽的频率范围，同时滤除工作频率附近的干扰。
虽然有效，但混频器优先接收机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，如果一个设备工作在1GHz，那么信号在2GHz，3GHz，5GHz等，会造成谐波干扰。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。
“许多其他宽带接收机对谐波不做任何处理，直到需要了解这些位的含义。它们在信号链路的后面做，如果有谐波频率的高功率信号，就不能很好地工作。相反，我们希望尽快消除谐波，以避免丢失信息，”Araei说。
为了做到这一点，研究人员受到了数字信号处理中被称为块数字滤波概念的启发。他们将这项技术应用于模拟领域，使用电容来储存电荷。当接收到信号时，电容器在不同的时间被充电，然后它们被关闭，以便电荷可以保持并在以后用于处理数据。
这些电容器可以以各种方式相互连接，包括并联连接，这使电容器能够交换存储的电荷。虽然这种技术针对谐波干扰，该过程会导致明显的信号损失。堆叠电容是另一种可能性，但这种方法本身不足以提供谐波弹性。
大多数无线电接收机已经使用开关电容电路进行频率转换。这种频率转换电路可以与块滤波相结合，以消除谐波干扰。
精确的安排
研究人员发现，通过将一些电容器串联起来，然后进行电荷共享，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电荷共享和电容器堆叠这两种技术，但从未一起使用过。我们发现这两种技术必须同时进行才能获得这种好处。此外，我们发现如何在混频器内以被动方式实现这一点，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。
在同时发送所需信号和谐波干扰来测试该设备时，该芯片能够有效地阻止谐波信号，只略微降低信号强度。该芯片能够处理比以前最先进的宽带接收机强40倍的信号。
原文链接：
https://news.mit.edu/2023/new-chip-mobile-devices-knocks-out-unwanted-signals-0221
—煤油灯科技victorlamp.com翻译整理—
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