突破性技術：提升無線傳輸效能的新設計

日本東京科學研究院的研究團隊近期發表了三項創新設計技術，這些技術能大幅提升無線傳輸器的效能，同時提高功率效率與資料傳輸速率。這項突破正好迎合了現代社會對速度與效率日益增長的需求，進一步推動無線裝置的普及，並提升現代生活品質。

隨著人工智慧（AI）逐漸融入日常生活，所有電子裝置需透過物聯網（IoT）技術相互連線。物聯網市場的快速擴充套件，使得無線通訊的需求大幅增加。在這樣的背景下，傳輸器扮演了關鍵角色，因為它們負責透過無線電波將資訊傳送至其他裝置與使用者。由於大多數物聯網裝置依賴電池運作，傳輸器必須具備高效能；同時，為了讓AI處理更多資料，傳輸器也需支援更高的資料傳輸速率，從而打造更智慧的社會。

目前廣泛使用的數位極座標傳輸器，會將輸入資料轉換為極座標（振幅與相位），並透過精確調整輸出無線電波的極座標來傳輸資訊。然而，計算這些極座標需依賴於耗電量高的座標旋轉數位計算器（CORDIC）。CORDIC生成的多位元振幅與相位訊號，需搭配相應的調變器，但由於製造缺陷，這些調變器常面臨線性問題，限制了資料傳輸速率，使得在效率與資料速率之間取得平衡變得困難。例如，雖然數位預失真（DPD）技術能解決線性問題以提升資料速率，但卻會增加功耗。

為解決這些問題，東京科學研究院的岡田健一教授帶領團隊開發了一種無需CORDIC的極座標傳輸器架構，並提出了三項創新設計技術，成功同時提升功率效率與資料傳輸速率。這項研究成果已於2025年IEEE國際固態電路會議（ISSCC）上發表。

岡田教授解釋道：「第一項技術採用Delta-Sigma調變器（DSM）重新編碼輸入資料。與其直接計算輸入x與y訊號的極座標，我們使用兩個DSM將其轉換為三階訊號。由於這些三階輸出僅產生九種不同的振幅-相位組合，因此可以透過簡單的九狀態查詢表（LUT）來確定振幅與相位。」這項技術避免了耗電的CORDIC，並減少振幅與相位的位元數（2位元振幅與3位元相位），從而實現線性振幅與相位調變。

第二與第三項技術則進一步實現了線性振幅與相位調變。在傳統的多位元振幅與相位調變方案中，裝置匹配對於精確生成中間值至關重要，但生產過程中的不匹配會破壞調變的線性。第二項技術將2位元振幅訊號進一步量化為1位元，避免了帶內噪音的增加。1位元振幅控制傳輸器輸出在零與峰值振幅之間切換，無需中間狀態，確保了振幅的完全線性。

第三項技術則利用方波的上升與下降邊緣，生成八個相隔45°的相位，而非從0°到360°進行插值。透過多工處理方波的不同邊緣，形成輸出相位。這些技術確保了振幅與相位調變的線性，並消除了耗電的校準程式。

團隊使用65奈米CMOS製程實現了這款數位傳輸器，並與其他頂尖設計進行效能比較。岡田教授總結道：「透過這些技術，我們在傳統傳輸器中實現了頂尖的功率效率與資料傳輸速率，且無需在兩者之間做出妥協。這要歸功於我們的無CORDIC極座標傳輸器架構。」這項創新架構將推動眾多需要傳輸器的應用領域的技術進步。