MIT超小型5G物聯網接收器 省錢省電又抗干擾

【新唐人北京時間2025年07月03日訊】隨著眾人對生活用品的智能化需求不斷增加，5G物聯網（IoT）設備的升級成為焦點。為此，美國麻省理工學院（MIT）研發一款兼容5G物聯網設備的接收器。它不僅功耗和成本更低，其抗干擾能力比傳統無線接收器強30倍。

由於傳統物聯網接收器採用單一窄帶濾波器抑制干擾，結構簡單且成本低廉。不過，如果要使用5G技術在聯網接收器上，就會受限於舊有的設備，影響其性能發揮，且難以實現低成本與節能運作。

MIT研究團隊針對5G物聯網設備，設計了一款新晶片（芯片，下同）與接收器，讓5G物聯網設備的體積更小、價格更低且更節能的方式運作，同時具備更廣泛的信號寬頻範圍。該研究成果於6月中旬在電機電子工程師學會（IEEE）射頻積體電路的研討會上發表。

新研發的接收器有效面積小於0.05平方毫米，且新晶片僅需0.6伏特（V）的低電壓即可正常運作，其關鍵在於新晶片採用被動濾波機制，使靜態功耗只有1毫瓦（千分之一瓦）。這種方法不僅讓新設備更節能，還能保護裡面的放大器在輸入與輸出端上，免受其它設備或無線訊號的干擾。

當時研究人員為了降低5G物聯網設備的尺寸、成本和功耗，選擇放棄傳統物聯網設備中笨重的片外濾波器，改用MIT研究人員先前開發的「開關電容器網絡」，以此解決這些問題。

他們使用新開發的「開關電容網路」，作為負增益放大器（一種增強弱電信號強度的電子元件）的回授路徑，使小電容器（物體存儲電荷的能力）能夠發揮大電容器的作用，同時濾掉不必要的訊號。另外，這種方法不僅降低設備受到干擾，還減少設備受到干擾時會增加耗電量的問題。

研究人員還採用「自舉時脈」（bootstrap clocking）的特殊電路技術，取代傳統的時脈技術，讓接收器可以精準的控制電壓升降，確保開關能夠穩定的運行。

新晶片的關鍵核心技術是使用新穎的「預充電堆疊式電容器」，透過微型開關與網絡連接，當晶片接收到訊號時電容器會充電，關閉後保存電荷以供後續的資料處理。這種機制讓晶片在開啟和關閉時，顯著降低開關啟閉的功率消耗，使晶片體積遠小於傳統接收器。

研究人員表示，這些優點讓新的5G物聯網設備，無需大量電子元件和設備，即可用更低的成本、更節能的方式運作。同時為一系列物聯網應用，帶來了更好的數據速度和網絡能力，未來有望用於各種的物聯網設備。

研究人員解釋，這種低成本接收器非常適合用於電池供電的物聯網設備上。例如：環境感測器、智慧恆溫器、穿戴式健康設備、智慧相機、工業監控感測器，或者其它需要長時間連續運作的設備上。

目前，他們已經開發出原型，未來計劃透過採集環境中的Wi-Fi或藍牙（Bluetooth）訊號為整個晶片和設備供電，讓設備能夠在沒有專用電源（電池或能源）的情況下運行。

MIT電氣工程與電腦科學（EECS）研究生、該接收器論文的主要作者索魯什·阿拉伊（Soroush Araei）對該校新聞室說道，「這款接收器讓健康監測器、工業感測器等智慧設備更小巧，電池壽命更長。」

阿拉伊補充道，「它們還可以在工廠車間、智慧城市網絡等複雜無線電環境中，變得更可靠。另外，新開發的晶片在運行時，非常安靜且不會污染無線電波。原因是設置的開關極小，因此天線訊號洩漏少，不易干擾無線電波訊號。」

阿拉伊還表示，設計一款優秀的5G物聯網接收器極具挑戰性，「我們不僅需要考慮接收器的功率、成本，還需考慮是否能靈活的應對環境干擾。」

這項研究得到了美國國家科學基金會（NSF）的部分支持。

（轉自大紀元/責任編輯：葉萍）

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