MIT's tiny 5G receiver could make smart devices last longer and work anywhere

这种低成本接收器将是环境传感器、智能恒温器等电池供电物联网（IoT）设备的理想选择，也适用于需长期连续运行的设备，如健康可穿戴设备、智能摄像头或工业监测传感器。

研究人员的芯片采用无源滤波机制，静态功耗低于1毫瓦，同时保护接收器放大器的输入和输出端免受可能干扰设备的无线信号影响。

该技术的核心在于创新性排列的预充电堆叠电容器，这些电容器通过微型开关网络连接。相较于物联网接收器常用的开关，这些微型开关的启闭能耗显著降低。

接收器的电容器网络与放大器经过精密排布，利用放大过程中的特殊物理现象，使芯片能够使用比常规要求小得多的电容器。

麻省理工学院电气工程与计算机科学系（EECS）研究生、该接收器论文第一作者Soroush Araei表示："该接收器有助于扩展物联网设备功能。健康监测器或工业传感器等智能设备可实现更小尺寸和更长电池寿命，在工厂车间或智慧城市网络等复杂无线电环境中也将更可靠。"

论文合著者包括：麻省理工学院电子研究实验室（RLE）博士后Mohammad Barzgari；EECS研究生Haibo Yang；资深作者Negar Reiskarimian（麻省理工学院EECS系X-Window联盟职业发展助理教授，兼任微系统技术实验室及RLE研究员）。该研究成果近期发表于IEEE射频集成电路研讨会。

新标准

接收器充当物联网设备与环境的中介，负责检测并放大无线信号、滤除干扰，进而转换为数字数据进行处理。

传统物联网接收器在固定频率工作，采用单一窄带滤波器抑制干扰，结构简单且成本低廉。

但5G移动网络的新技术标准支持降低能力设备，使其更具成本效益与能效优势。这为物联网应用开启了5G高速数据与增强网络能力的新领域。此类新一代物联网设备需配备可在宽频范围内调谐、同时保持低成本与低功耗的接收器。

Araei指出："这极具挑战性，因为我们现在不仅要考虑接收器的功耗与成本，还需应对环境中大量干扰源的灵活性需求。"

为缩小物联网设备尺寸、降低成本与功耗，工程师无法依赖宽频设备常用的大体积片外滤波器。

解决方案之一是采用片内电容器网络滤除干扰信号，但此类网络易受特殊信号噪声（谐波干扰）影响。

此前研究中，麻省理工学院团队开发出创新型开关电容网络，可在接收链前端精准锁定谐波信号，在干扰信号被放大并转换为数字位前完成滤除。

微型化电路

本研究通过将新型开关电容网络作为负增益放大器的反馈路径，扩展了该技术路线。该配置利用米勒效应（Miller effect）现象，使微型电容器产生等效大电容特性。

Araei解释道："此技术让我们在无需物理大尺寸元件的情况下满足窄带物联网滤波要求，大幅缩减电路体积。"

该接收器有效面积小于0.05平方毫米。

研究人员需克服的关键挑战是：如何在芯片总供电仅0.6伏特条件下，为开关提供足够驱动电压。

存在干扰信号时，此类微型开关易发生误动作，尤其在切换电压极低的情况下。

为此团队提出创新方案——采用名为自举时钟的特殊电路技术。该方法精准提升控制电压确保开关可靠运行，相较传统时钟提升技术能耗更低且元件更少。

综合这些创新技术，新接收器功耗低于1毫瓦，同时阻断的谐波干扰量达传统物联网接收器的30倍。

Araei补充道："我们的芯片在避免电磁污染方面表现优异——微型开关的特性使天线信号泄漏量极低。"

因该接收器体积小于传统设备且依赖开关与预充电电容器（而非复杂电子元件），制造成本更具优势。此外，其设计覆盖宽频信号范围，可适配当前及未来多种物联网设备。

完成原型开发后，研究人员计划实现接收器无专用电源运行，可能通过采集环境中Wi-Fi或蓝牙信号为芯片供电。

本研究部分获美国国家科学基金会资助。