RF CMOS - RF CMOS - Wikipedia

RF CMOS je kov – oxid – polovodič (MOS) integrovaný obvod (IC) technologie, která se integruje rádiová frekvence (RF), analogové a digitální elektronika na smíšený signál CMOS (doplňkové MOS) RF obvod čip.[1][2] To je široce používán v moderní bezdrátový telekomunikace, jako mobilní sítě, Bluetooth, Wi-Fi, GPS přijímače, vysílání, automobilové komunikační systémy a rádiové vysílače a přijímače ve všech moderních mobilní telefony a bezdrátové sítě zařízení. Technologie RF CMOS byla průkopníkem pákistánského inženýra Asad Ali Abidi na UCLA během pozdních osmdesátých a začátku 90 bezdrátová revoluce se zavedením zpracování digitálních signálů v bezdrátové komunikaci. Vývoj a design zařízení RF CMOS umožnil van der Ziel FET RF šumový model. Bylo vydáno počátkem 60. let a do 90. let zůstalo do značné míry zapomenuto.[3][4][5][6]

Dějiny

Asad Ali Abidi vyvinula technologii RF CMOS na UCLA během konce 80. let do začátku 90. let.

Pákistánský inženýr Asad Ali Abidi, při práci na Bell Labs a pak UCLA v letech 1980–1990 průkopníkem rádio výzkum v kov – oxid – polovodič (MOS) technologie a významně přispěl k rádio architektura založená na doplňkové MOS (CMOS) spínaný kondenzátor (SC) technologie.[7] Na začátku 80. let pracoval při práci ve společnosti Bell na vývoji sub-mikron MOSFET (MOS tranzistor s efektem pole) VLSI (velmi rozsáhlá integrace ) technologie a prokázal potenciál sub-mikronu NMOS integrovaný obvod (IC) technologie ve vysoké rychlosti komunikační obvody. Abidi práce byla zpočátku setkal s skepticismem ze strany navrhovatelů GaAs a bipolární tranzistory, v té době dominantní technologie pro vysokorychlostní komunikační obvody. V roce 1985 nastoupil do University of California, Los Angeles (UCLA), kde byl průkopníkem technologie RF CMOS od konce 80. do začátku 90. let. Jeho práce změnila způsob, jakým RF obvody budou navrženy, mimo diskrétní bipolární tranzistory a směrem CMOS integrované obvody.[8]

Abidi zkoumal analogové obvody CMOS pro zpracování signálu a komunikace na UCLA během konce 80. let do začátku 90. let.[8] Abidi spolu s kolegy z UCLA J. Changem a Michaelem Gaitanem předvedli první RF CMOS zesilovač v roce 1993.[9][10] V roce 1995 Abidi použila technologii CMOS spínaných kondenzátorů k předvedení první přímé konverze vysílače a přijímače pro digitální komunikace.[7] Na konci 90. let byla v roce široce přijata technologie RF CMOS bezdrátové sítě, tak jako mobilní telefony začal vstupovat do širokého používání.[8] To změnilo způsob, jakým byly navrženy RF obvody, což vedlo k nahrazení diskrétních bipolární tranzistory s Integrované obvody CMOS v rádio vysílače a přijímače.[8]

Došlo k rychlému růstu telekomunikační průmysl na konci 20. století, zejména díky zavedení zpracování digitálních signálů v bezdrátová komunikace, poháněn vývojem low-cost, velmi rozsáhlá integrace (VLSI) RF CMOS technologie.[11] To umožnilo sofistikované, levné a přenosné koncový uživatel terminály a vznikly malé, levné, nízkoenergetické a přenosné jednotky pro širokou škálu bezdrátových komunikačních systémů. To umožnilo komunikaci „kdykoli a kdekoli“ a pomohlo vytvořit bezdrátová revoluce, což vede k rychlému růstu bezdrátového průmyslu.[12]

Na počátku 2000s, RF CMOS čipy s hluboký sub-mikron MOSFETy schopné přes 100 GHz frekvenční rozsah.[13] Od roku 2008, rádiové vysílače a přijímače ve všech bezdrátových síťových zařízeních a moderních mobilních telefonech jsou masově vyráběny jako RF CMOS zařízení.[8]

Aplikace

The procesory základního pásma[14][15] a rádiové vysílače a přijímače ve všech moderních bezdrátové sítě zařízení a mobilní telefony jsou sériově vyráběny pomocí zařízení RF CMOS.[8] Obvody RF CMOS jsou široce používány k přenosu a přijímání bezdrátových signálů v různých aplikacích, jako je např satelit technologie (včetně GPS a GPS přijímače ), Bluetooth, Wi-Fi, komunikace na blízko (NFC), mobilní sítě (jako 3G a 4G ), pozemní přenos, a automobilový průmysl radar aplikace, mimo jiné použití.[16]

Mezi příklady komerčních RF CMOS čipů patří Intel DECT bezdrátový telefon a 802.11 (Wi-Fi ) čipy vytvořené uživatelem Atheros a další společnosti.[17] Používají se také komerční produkty RF CMOS Bluetooth a Bezdrátové připojení k internetu (WLAN) sítě.[18] RF CMOS se také používá v rádiových transceiverech pro bezdrátové standardy, jako je GSM, Wi-Fi a Bluetooth, vysílače a přijímače pro mobilní sítě, jako je 3G, a vzdálené jednotky v bezdrátové senzorové sítě (WSN).[19]

Technologie RF CMOS je zásadní pro moderní bezdrátovou komunikaci, včetně bezdrátových sítí a mobilní komunikace zařízení. Jednou ze společností, která komercializovala technologii RF CMOS, byla Infineon. Jeho hromadný CMOS RF přepínače prodat více než 1 miliard jednotek ročně, což je kumulativní 5 miliard jednotek, od roku 2018.[20]

Praktický softwarově definované rádio (SDR) pro komerční použití povolil RF CMOS, který je schopen implementovat celý softwarově definovaný rádiový systém na jednom čipu MOS IC.[21][22][23] RF CMOS se začal používat pro implementaci SDR během 2000s.[22]

Běžné aplikace

Viz také: LDMOS § Aplikace, Seznam aplikací MOSFET, a Napájení MOSFET

RF CMOS je široce používán v řadě běžných aplikací, které zahrnují následující.

Viz také

Reference

  1. ^ „Obrázek 1 Souhrn technologií SiGe BiCMOS a rf CMOS“. ResearchGate. Citováno 2019-12-07.
  2. ^ RF CMOS výkonové zesilovače: teorie, design a implementace. International Series in Engineering and Computer Science. 659. Springer Science + Business Media. 2002. doi:10.1007 / b117692. ISBN  0-7923-7628-5.
  3. ^ A. van der Ziel (1962). "Tepelný šum v tranzistorech s efektem pole". Sborník IRE. 50: 1808–1812.
  4. ^ A. van der Ziel (1963). "Hluk brány v tranzistorech s efektem pole při středně vysokých frekvencích". Sborník IEEE. 51: 461–467.
  5. ^ A. van der Ziel (1986). Hluk v polovodičových zařízeních a obvodech. Wiley-Interscience.
  6. ^ T.M. Lee (2007). „Historie a budoucnost RF CMOS: od oxymoronu po mainstream“ (PDF). IEEE Int. Konf. Počítačový design.
  7. ^ A b Allstot, David J. (2016). "Přepínané kondenzátorové filtry" (PDF). V Maloberti, Franco; Davies, Anthony C. (eds.). Krátká historie obvodů a systémů: od zelených, mobilních, všudypřítomných sítí až po výpočet velkých objemů dat. Společnost IEEE Circuits and Systems Society. 105–110. ISBN  9788793609860.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l m n O'Neill, A. (2008). "Asad Abidi uznán za práci v RF-CMOS". Newsletter společnosti IEEE Solid-State Circuits Society. 13 (1): 57–58. doi:10.1109 / N-SSC.2008.4785694. ISSN  1098-4232.
  9. ^ A b C d E F G h i j Abidi, Asad Ali (Duben 2004). "RF CMOS dospěl". IEEE Journal of Solid-State Circuits. 39 (4): 549–561. Bibcode:2004IJSSC..39..549A. doi:10.1109 / JSSC.2004.825247. ISSN  1558-173X. S2CID  23186298.
  10. ^ Chang, J .; Abidi, Asad Ali; Gaitan, Michael (květen 1993). "Velké zavěšené cívky na křemíku a jejich použití v 2-mu m CMOS RF zesilovači". IEEE Electron Device Dopisy. 14 (5): 246–248. Bibcode:1993IEDL ... 14..246C. doi:10.1109/55.215182. ISSN  1558-0563. S2CID  27249864.
  11. ^ Srivastava, Viranjay M .; Singh, Ghanshyam (2013). Technologie MOSFET pro dvoupólový čtyřpásmový vysokofrekvenční přepínač. Springer Science & Business Media. str. 1. ISBN  9783319011653.
  12. ^ Daneshrad, Babal; Eltawil, Ahmed M. (2002). "Technologie integrovaných obvodů pro bezdrátovou komunikaci". Bezdrátové multimediální síťové technologie. International Series in Engineering and Computer Science. Springer USA. 524: 227–244. doi:10.1007/0-306-47330-5_13. ISBN  0-7923-8633-7.
  13. ^ Chen, Chih-Hung; Deen, M. Jamal (2001). „RF CMOS Noise Characterization And Modeling“. International Journal of High Speed ​​Electronics and Systems. Světová vědecká nakladatelská společnost. 11 (4): 1085-1157 (1085). doi:10.1142/9789812777768_0004. ISBN  9810249055.
  14. ^ A b Chen, Wai-Kai (2018). Příručka VLSI. CRC Press. str. 60–2. ISBN  9781420005967.
  15. ^ A b Morgado, Alonso; Río, Rocío del; Rosa, José M. de la (2011). Nanometer CMOS Sigma-Delta modulátory pro softwarově definované rádio. Springer Science & Business Media. str. 1. ISBN  9781461400370.
  16. ^ A b C d E F G h i j k Veendrick, Harry J. M. (2017). Integrované obvody CMOS Nanometer: Od základů po ASIC. Springer. str. 243. ISBN  9783319475974.
  17. ^ A b C Nathawad, L .; Zargari, M .; Samavati, H .; Mehta, S .; Kheirkhaki, A .; Chen, P .; Gong, K .; Vakili-Amini, B .; Hwang, J .; Chen, M .; Terrovitis, M .; Kaczynski, B .; Limotyrakis, S .; Mack, M .; Gan, H .; Lee, M .; Abdollahi-Alibeik, B .; Baytekin, B .; Onodera, K .; Mendis, S .; Chang, A .; Jen, S .; Su, D .; Wooley, B. „20.2: Dvoupásmový CMOS MIMO rádio SoC pro bezdrátovou síť LAN IEEE 802.11n“ (PDF). Webový hosting entity IEEE. IEEE. Citováno 22. října 2016.
  18. ^ A b C Olstein, Katherine (jaro 2008). „Abidi obdržela cenu IEEE Pederson Award na ISSCC 2008“ (PDF). SSCC: Zprávy společnosti IEEE Solid-State Circuits Society. 13 (2): 12. doi:10.1109 / HICSS.1997,665459. S2CID  30558989.
  19. ^ A b C d E F Oliveira, Joao; Goes, João (2012). Zesílení parametrického analogového signálu aplikované na technologie CMOS v nanoměřítku. Springer Science & Business Media. str. 7. ISBN  9781461416708.
  20. ^ „Infineon Hits Bulk-CMOS RF Switch Milestone“. EE Times. 20. listopadu 2018. Citováno 26. října 2019.
  21. ^ A b C d Morgado, Alonso; Río, Rocío del; Rosa, José M. de la (2011). Nanometer CMOS Sigma-Delta modulátory pro softwarově definované rádio. Springer Science & Business Media. ISBN  9781461400370.
  22. ^ A b C d Leenaerts, Domine (květen 2010). Širokopásmové techniky návrhu obvodů RF CMOS (PDF). Společnost IEEE Solid-State Circuits Society Program významných přednášejících (SSCS DLP). NXP Semiconductors. Citováno 10. prosince 2019.
  23. ^ A b C d E „Software-defined-radio Technology“. NXP Semiconductors. Citováno 11. prosince 2019.
  24. ^ A b C d E F G h i j „Plně integrovaný radarový vysílač a přijímač TEF810X 77 GHz“. NXP Semiconductors. Citováno 16. prosince 2019.
  25. ^ A b C d E F G h i j k l m n „RF CMOS“. GlobalFoundries. 20. října 2016. Citováno 7. prosince 2019.
  26. ^ A b C d E F G h i j k l "Radarové vysílače". NXP Semiconductors. Citováno 16. prosince 2019.
  27. ^ A b C „TEF810X: 77GHz Automotive Radar Transceiver“ (PDF). NXP Semiconductors. Citováno 20. prosince 2019.
  28. ^ A b C d E „TEF810X: 76 GHz až 81 GHz RADAR vysílač a přijímač do auta“ (PDF). NXP Semiconductors. Citováno 20. prosince 2019.
  29. ^ Kim, Woonyun (2015). „Konstrukce výkonového zesilovače CMOS pro mobilní aplikace: čtyřpásmový PA EDGE / GSM se čtyřmi pásmy v CMOS 0,18 μm“. Ve Wang, Hua; Sengupta, Kaushik (eds.). RF a mm-Wave generování energie v křemíku. Akademický tisk. str. 89–90. ISBN  978-0-12-409522-9.
  30. ^ Kim, Woonyun (2015). „Konstrukce výkonového zesilovače CMOS pro mobilní aplikace: čtyřpásmový PA EDGE / GSM se čtyřmi pásmy v CMOS 0,18 μm“. Ve Wang, Hua; Sengupta, Kaushik (eds.). RF a mm-Wave generování energie v křemíku. Akademický tisk. str. 89–90. ISBN  978-0-12-409522-9.