[发明专利]一种毫米波波导通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及信息电子行业毫米波通信技术领域，尤其涉及一种通过毫米波波导进行两点间数据传输的毫米波波导通信系统，该毫米波波导通信系统可用作处理器与存储器之间高速数据传输的总线。

背景技术

传统的计算机硬件部分基于三种普遍且成熟的技术：硅，用于形成进行逻辑运算的晶体管、存储器和信号放大器；复合材料，用于分立元件集成的隔离；铜，用于数据传输。多核处理器的出现，指令的并行和同时执行，加上优化软件的发展，使计算机的性能不断提高，对计算机硬件也提出了更高的要求。

对于基于硅的互补型金属氧化物半导体(CMOS)晶体管制造工艺，目前并没有更有效和更经济的替代方案。并且，复合材料的研发进展也比较缓慢。而数据的传输成为限制计算机性能的主要因素。对于片上和板上的高速数据传输，当信号速率接近10×10⁹b/s，传输线的趋肤效应和自感效应等固有特性开始显著。传输的比特之间更难区分，正确解码的概率降低，同时信号完整性恶化严重。随着在传输线上的传输，方波会变宽和变弱。有时衬底的色散效应会比铜传输线自身色散更强，更加限制了系统性能。这些因素使铜线用于传输的距离大大减小。一般地，这些问题可以通过预失真、有源幅度均衡器和时钟恢复等来弥补。但是，用于时钟恢复的电路模块、有源均衡器和预处理器会相应增加功耗。此外，为了获得更高的吞吐量，单纯通过增加铜总线的宽度也是不可行的。因为总线宽度的增加，通道数量减低和功耗的增加，同时需要接地的输入/输出端口的增加。

替代铜总线的一个潜在的选择是光总线。在多模光纤或者对某个波段的信号没有恶性衰减或畸变的聚合物波导上，信号的传输距离可以达到几厘米甚至几米远。但光总线数据传输时单比特消耗更多的能量。虽然新的激光源可以直接调制到30×10⁹b/s左右，并有足够的可靠性。但这样做的代价昂贵的，而且可能承担不确定性。最重要的是，光总线仍然没有可以大规模生产的、可靠经济的成熟集成工艺。

Satoshi Fukuda等的文章“A 12.5+12.5Gb/s Full-Duplex Plastic Waveguide Interconnect”(ISSCC2011)介绍了一种毫米波波导通信系统。图1为现有技术毫米波波导通信系统中传输波导的结构示意图。如图1所示，该传输波导采用了塑料材料，其介电常数Er＝2.6。每一根塑料波导的宽度为8mm，厚度为1.1mm。信号馈入端的偏移量(offset)为2mm。塑料波导所传输的毫米波绝大部分被限制在塑料波导内。此外，上述方案中的射频收/发机用的是比较通用的电路模块，使用注入锁定的方法取代了高能耗的锁相环，来产生同步载波。

然而，申请人意识到上述的毫米波通信系统存在如下技术缺陷：(1)塑料波导的外表面存在毫米波泄漏的现象，导致塑料波导周围有外泄的电场，大约延伸一个波长，为了减小外泄电场的耦合，波导之间必须要有足够的距离，这间接的增大了波导尺寸，减小波导数量；(2)在波导的两端，存在毫米波反射的现象，从而导致待传输信号的质量下降；(3)塑料波导的折射率较低，使得信号通道的特征尺寸变大，波导的尺寸变大，导致有限范围内的波导数减少；(4)用来产生毫米波载波的混频器，压控振荡器，都为纯电路构造，增加了整个毫米波通信系统的功耗和噪声，特别是解调电路的相位噪声，导致传输的误码率提高，间接影响待传输信号的调制速率。上述四点技术缺陷均从一定程度上影响了数据带宽，降低了总的数据吞吐量，不适宜像高性能计算机这样的系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提供了一种毫米波通信系统，以提高通信系统的数据带宽和数据吞吐量。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，本发明公开了一种毫米波波导通信系统，包括：时钟组件、至少两组毫米波收/发通道。其中：时钟组件，用于为至少两组毫米波收/发通道的发送端和接收端分别提供时钟信号。每一组毫米波收/发通道包括：发射器组件、传输波导和接收器组件，其中：发射器组件，用于利用待传输信号对发送端同步载波进行调制，产生毫米波信号，并将该毫米波信号耦合至传输波导；接收器组件，用于从传输波导中检测携带待传输信号的毫米波信号，利用接收端同步载波对该毫米波信号进行解调，获得上述待传输的信号；传输波导，位于发射器组件和接收器组件之间，用于提供毫米波传输的通道，该传输波导的顶面、侧面和/或底面上除有源器件及其附件以外的区域镀有金属导电壁，以形成与相邻毫米波收/发通道中传输波导的电磁屏蔽。

(三)有益效果