發布日期：2022-07-14 點擊率：25
在2005年國際固態電路會議(ISSCC)的無線射頻分會場上,CMOS器件給與會的3,500名工程師留下了非常深刻的印象。
當加州大學洛杉磯分校的教授Behzad Razavi走上主席臺展示基于微米CMOS工藝、用于短距離無線通信的直接變頻接收器時,很多與會者都震驚了。為了避免使用螺旋電感,Razavi創建了3條馬蹄鐵形的微帶線,以充當片上電感。
其結果是在60GHz的頻率上,傳輸每比特數據的功耗很低,Razavi表示。而且,人們可以利用這個免授權的頻段以Gbps級速率發送數據,這有可能是無線局域網的未來。
斯坦福大學教授Simon Wong在他的講話中表示了對Razavi的敬意。“五、六年前,人們認為60GHz的CMOS器件是不可能的。我不想輕視研究人員在其他技術方面的努力,但是在近期,業界應該關注CMOS到底能做什么。”他說。
由于規范相對較窄的帶寬需求,WLAN芯片特別適合采用CMOS實現。作為無線局域網領域的兩個重量級廠商,Atheros通訊公司發布了g單芯片解決方案,而Broadcom公司推出了用CMOS實現的全集成b芯片,并已經投入商業生產。SST通訊公司也使用CMOS開發出支持.11a、.11b和.11g多種標準的直接變頻收發機,與此同時,NEC公司打造出一款用于手機的WLAN收發機,并強調其低功耗屬性。
圖1:8個BAW諧振器(中間)在BiCMOS電路
之間創建了一個濾波器。左邊是下變頻器,
右邊是LNA。
在GSM/GPRS領域,Berkana無線公司加入許多其他公司的行列,創建了支持所有4個GSM頻段的單芯片CMOS收發機。TI印度班加羅爾分公司的工程師正在使用CMOS開發全球定位系統(GPS)收發機,而來自達拉斯的另一個TI團隊則展示了一款GSM/EDGE收發機。
此外,兩個歐洲研究項目的負責人表示,他們正在考慮如何在CMOS上實現濾波器和其他關鍵的射頻電路。盡管這可能會增加成本,并給封裝帶來挑戰,但他們承諾能為W-CDMA手機提供更好的濾波器性能和更低的功耗。
Pascal Ancey正帶領著25到30名研究人員開展一個代號為Martina的小型項目。這些人員分別來自意法半導體(ST)、瑞士科學和工程材料研究中心(CSEM)、法國電子信息技術實驗室(CEA-Leti)以及諸如瑞士Unaxis公司和英國Trikon技術公司等材料沉積設備供應商。
Ancey本身是ST的一位經理。他透露,Martina計劃的最終目標是研制位于CMOS或BiCMOS射頻電路前端的RF通道選擇濾波器。使用原子級別精度的濺鍍設備及現場監控手段,Martina項目創建出一種新型的薄膜體聲波諧振器(FBAR),該諧振器采用鋁或鉬作為上電極,鉑作為下電極,中間以氮化鋁薄膜作為介質。ST無線研究經理Enrico Perea指出,該FBAR是使用氮化鋁等材料構建的,與CMOS工藝流程完全兼容。當施加電壓后,通過調節薄膜的厚度和材料成份,可以控制電磁波的諧振頻率。8個體聲波(BAW)諧振器是這個射頻前端濾波器的核心部分。
安捷倫科技在FBAR濾波器和諧振器領域一直處于領先地位,該公司宣稱其FBAR產品和目前廣泛使用的聲表面波(SAW)器件相比,具有更小的尺寸和更低的插入損耗。安捷倫和英飛凌的FBAR濾波器和雙工器已經被應用在CDMA手機上。
斯坦福大學的Wong指出,到底把FBAR集成到片上,還是使用分立的SAW或FBAR濾波器,最終將由手機的制造成本決定。
Martina項目似乎在成本問題上面臨著嚴峻挑戰。除BiCMOS工藝本身需要的約30層掩模外,在這次會議上發布的片上FBAR還需要10個額外的掩模層。不過,Ancey表示,所幸的是FBAR掩模對精度要求不太苛刻,只需要1微米的線寬,而且Martina項目的研究人員也在攻克封裝挑戰。
Ancey還補充道,這次展示的FBAR是與CMOS器件構建在相同的裸片上,但不是在CMOS晶體管上。該項目的最終目標是直接在CMOS結構上構建FBAR,以減少裸片面積。
與此同時,比利時校際微電子中心(IMEC)的研究人員正設法在CMOS晶體管之上創建高質量的無源器件。
IMEC微系統元件和封裝部的高級副總裁Robert Mertens透露,該項目已經完成了一個壓控振蕩器 (VCO)的原型。該VCO采用了一個構建于CMOS之上的電感,其Q值不久后預計將接近40,這至少是封裝好的CMOS電感的兩倍。Q值是電感存儲的能量與損失的能量之比,Q值越高,VCO就可以實現更低的功耗。“如果能達到更高的Q值并獲得最佳的功率性能,這種方法將可以節省很多成本。”Mertens說。
作者:來大偉
