世界で最も広い241ギガヘルツの帯域を有する増幅器ICを実現 ～次世代データセンタやBeyond 5G向けの汎用超高速デバイス技術として期待～

日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：澤田純、以下　NTT）は、高精度な回路設計手法と、広帯域化を図る新しい回路アーキテクチャにより、世界で最も広い241GHz（ギガヘルツ）の帯域^※1を有する増幅器ICの実現に成功しました。
　増幅器ICは汎用性の高い基本素子であり、光通信、無線通信、計測器、レーダ・イメージング等様々な分野で利用されます。近年、各分野での高速化・高分解能化に伴い、より広帯域なアナログICが必要になっています。例えば、データセンタ等で使われるイーサネット等の光通信では、1レーンあたりのアナログ帯域はCMOS^※2 DAC/ADC^※3の帯域限界により20GHz程度に留まっており、さらなる通信容量の大容量化のボトルネックとなっていました。
　NTTは、独自の高精度回路設計技術と、広帯域化を可能とする新しい回路アーキテクチャ技術を適用した増幅器ICをInP-HBT^※4で実現し、世界で最も広い帯域241GHzの増幅器ICの実現に成功しました。本増幅器ICと帯域拡張技術^※5を組み合わせて光通信に適用することで、1レーンあたり現在の10倍の大容量化に繋がることが期待されます。また、本増幅器ICを無線通信に適用することで、ミリ波帯までのマルチバンド一括送信・受信の実現に繋がるので、Beyond 5Gに向けたキーデバイスとして期待されます。本技術の詳細は、6月2日（現地時間）からアメリカ、ボストンで開催される国際会議IMS2019（2019 International Microwave Symposium）で発表予定です。

1．研究の背景

ムーアの法則が終焉を迎えつつあり、シリコンCMOSを活用した各種システムの高速化・高分解能化に限界が見えてきています。例えば、データセンタ等で使われるイーサネット等の光通信では、1レーンあたりの帯域はCMOS DAC/ADCの帯域限界により20GHz程度に留まっており（図1）、さらなる通信容量の大容量化のボトルネックとなっていました。

2．研究の成果

独自の高精度回路設計技術と、広帯域化を可能とする新しい回路アーキテクチャ技術を適用した増幅器ICをInP-HBTで実現し、世界で最も広い241GHzの帯域を有する増幅器ICの実現に成功しました（図2）。本増幅器ICと帯域拡張技術を組み合わせて光通信に適用することで（図3）、帯域ダブラ技術^※6の次のさらなる帯域拡張技術を実現できる見込みであり、1レーンあたり現在の10倍の大容量化に繋がることが期待されます（図4）

3．今後の展開

本増幅器ICは、これまで世の中で実現が困難であった、広帯域（241GHz）の信号を増幅できるので、光通信だけでなく、無線通信、計測器、レーダ、イメージング等様々な分野の高速化・高分解能化に寄与できます。本増幅器ICを無線通信に適用することで、ミリ波帯までのマルチバンド一括送信・受信の実現に繋がるので、Beyond 5Gに向けたキーデバイスとして期待されます。本技術を深化していくことにより、人々の生活の豊かさ・便利さを向上させ、人類の未来に希望を与える科学技術の発展に貢献していきます。

4．技術のポイント

InP HBTの性能を最大限に引き出す高精度な回路設計手法に関する技術と、広帯域化を図る新しい回路アーキテクチャにより、世界で最も広い241GHzの帯域を有する増幅器ICの実現に成功しました。これまで、200GHzの帯域を超える回路を設計するために必要な高精度かつ高自由度な伝送線路^※7モデルがなく、また、200GHzの帯域を達成するために必要な寄生成分に対する対策手法がありませんでした。今回、自由度の高い伝送線路モデルを創出するとともに電磁界解析と組み合わせる手法により設計精度を向上しました。また、寄生成分による高周波での減衰をカスコード段ピーキング^※8で補償し広帯域化を図りました（図5）。

図1　CMOS DAC/ADCの帯域

図2　従来技術との比較

図3　帯域拡張技術を適用した短距離光送信器の構成例

図4　成果の位置付け

図5　新しい回路アーキテクチャ技術により広帯域化した増幅器回路

用語解説