Millimeter-wave CMOS wireless transceiver with carrier frequency above twice fmax

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21081
• Project/Area Number (Other): 18H05909 (2018)
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund (2019); Single-year Grants (2018)
• Review Section: 0302:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Takano Kyoya 東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 助教 (10822801)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2021-03-31
• Keywords: 60GHz帯 / トランシーバ / 0.18μm CMOS / デバイスモデリング / ミリ波 / 最大発振周波数 / 集積回路 / 高速通信

Outline of Final Research Achievements

Using a 0.18 μm CMOS process, which is a legacy process, I aimed to realize a wireless transceiver that operates in the 60-GHz band. Its frequency band is about twice the maximum oscillation frequency (fmax) of an nMOSFET provided by a foundry. By proposing an nMOSFET structure that improves fmax more than twice, and by proposing a method to improve the performance of mixers using capacitance neutralization technique, the data rate of 4 Gbit/s was achieved in a communication experiment using the proposed up-conversion mixer. This work has shown the possibility of realizing a 60-GHz band wireless transceiver with the Gbit/s-class data rate.

Free Research Field

アナログRF集積回路

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、nMOSFETの最大発振周波数（fmax）が低いプロセスでも、提案したデバイス構造や、提案した回路性能向上技術を用いることにより、通常のfmax以上の周波数で回路を実現できることが示された。これにより、安価にミリ波帯無線トランシーバを実現することが可能になることから、モノのインターネット(IoT)でのミリ波帯の利用が加速するものと期待される。また、本研究で得られた知見は、先端プロセスでテラヘルツ波帯の無線トランシーバを実現することにも利用可能である。