РФ КМОП

Технология интегральных схем, объединяющая радиочастотную, аналоговую и цифровую электронику.

RF CMOS — это технология интегральных схем (ИС) металл-оксид-полупроводник (MOS ), которая объединяет радиочастотную (RF), аналоговую и цифровую электронику на RF-схеме CMOS смешанных сигналов (дополнительная MOS) . ^{[1] [2]} Он широко используется в современных беспроводных телекоммуникациях , таких как сотовые сети , Bluetooth , Wi-Fi , GPS-приемники , радиовещание , автомобильные системы связи и радиоприемопередатчики во всех современных мобильных телефонах и беспроводных сетевых устройствах. Технология RF CMOS была впервые разработана пакистанским инженером Асадом Али Абиди из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в конце 1980-х - начале 1990-х годов и помогла совершить революцию в беспроводной связи с внедрением цифровой обработки сигналов в беспроводной связи. Разработка и проектирование RF-CMOS-устройств стало возможным благодаря модели радиочастотного шума полевого транзистора Ван дер Зиля , которая была опубликована в начале 1960-х годов и оставалась в значительной степени забытой до 1990-х годов. ^{[3] [4] [5] [6]}

История

Асад Али Абиди разработал технологию RF CMOS в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в конце 1980-х - начале 1990-х годов.

Пакистанский инженер Асад Али Абиди , работая в Bell Labs , а затем в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1980–1990-х годах, стал пионером радиоисследований в области технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) и внес плодотворный вклад в радиоархитектуру на основе комплементарных МОП (КМОП) переключаемых конденсаторов. (СК) технология. ^[7] В начале 1980-х годов, работая в Bell, он работал над разработкой технологии субмикронных МОП- транзисторов (МОП-полевых транзисторов) СБИС (очень крупномасштабной интеграции ) и продемонстрировал потенциал субмикронных интегрированных НМОП -транзисторов. схемная (IC) технология в высокоскоростных цепях связи . Работа Абиди изначально была встречена со скептицизмом со стороны сторонников GaAs и транзисторов с биполярным переходом , доминирующих технологий для высокоскоростных схем связи в то время. В 1985 году он поступил в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (UCLA), где в конце 1980-х - начале 1990-х годов стал пионером технологии RF CMOS. Его работа изменила способ проектирования радиочастотных схем : от дискретных биполярных транзисторов к интегральным схемам КМОП . ^[8]

Абиди исследовал аналоговые КМОП-схемы для обработки сигналов и связи в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в конце 1980-х - начале 1990-х годов. ^[8] Абиди вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Дж. Чангом и Майклом Гайтаном продемонстрировал первый радиочастотный КМОП- усилитель в 1993 году. ^{[9] [10] В 1995 году Абиди использовал технологию КМОП с переключаемыми конденсаторами, чтобы продемонстрировать первые} трансиверы прямого преобразования для цифровые коммуникации . ^[7] В конце 1990-х годов технология RF CMOS получила широкое распространение в беспроводных сетях , когда мобильные телефоны начали широко использоваться. ^[8] Это изменило способ проектирования радиочастотных схем, что привело к замене дискретных биполярных транзисторов интегральными схемами КМОП в радиоприемопередатчиках . ^[8]

К концу 20-го века наблюдался быстрый рост телекоммуникационной отрасли , в первую очередь из-за внедрения цифровой обработки сигналов в беспроводной связи , что было обусловлено развитием недорогой технологии очень крупномасштабной интеграции (СБИС) RF CMOS. . ^[11] Это позволило создать сложные, недорогие и портативные терминалы для конечных пользователей и привело к появлению небольших, недорогих, маломощных и портативных устройств для широкого спектра систем беспроводной связи. Это позволило осуществлять связь «в любое время и в любом месте» и помогло совершить революцию в области беспроводной связи , приведшую к быстрому росту беспроводной индустрии. ^[12]

В начале 2000-х годов были продемонстрированы RF-КМОП-чипы с глубокими субмикронными МОП- транзисторами, способными работать в диапазоне частот более 100 ГГц . ^[13] По состоянию на 2008 год радиоприемопередатчики во всех беспроводных сетевых устройствах и современных мобильных телефонах массово производятся как RF CMOS-устройства. ^{[8] [обновлять]}

Приложения

Процессоры основной полосы частот ^{[14] [15]} и радиоприемопередатчики во всех современных беспроводных сетевых устройствах и мобильных телефонах серийно производятся с использованием RF CMOS-устройств. ^[8] RF CMOS-схемы широко используются для передачи и приема беспроводных сигналов в различных приложениях, таких как спутниковые технологии (включая GPS и приемники GPS ), Bluetooth , Wi-Fi , связь ближнего радиуса действия (NFC), мобильные сети. (например, 3G и 4G ), наземное вещание и автомобильные радиолокационные приложения, а также другие области применения. ^[16]

Примеры коммерческих чипов RF CMOS включают беспроводные телефоны Intel DECT и чипы 802.11 ( Wi-Fi ), созданные Atheros и другими компаниями. ^[17] Коммерческие продукты RF CMOS также используются в сетях Bluetooth и беспроводных локальных сетях (WLAN). ^[18] RF CMOS также используется в радиоприемопередатчиках для беспроводных стандартов, таких как GSM , Wi-Fi и Bluetooth, в трансиверах для мобильных сетей, таких как 3G, и в удаленных устройствах в беспроводных сенсорных сетях (WSN). ^[19]

Технология RF CMOS имеет решающее значение для современной беспроводной связи, включая беспроводные сети и устройства мобильной связи . Одной из компаний, которая коммерциализировала технологию RF CMOS, была Infineon . Ежегодно продается более 1 миллиарда единиц CMOS RF-переключателей  , а по состоянию на 2018 год совокупный объем продаж достигает 5  миллиардов единиц ^{[обновлять]}. ^[20]

Практическая программно-определяемая радиосвязь (SDR) для коммерческого использования стала возможной благодаря RF CMOS, которая способна реализовать всю программно-определяемую радиосистему на одной микросхеме MOS IC. ^{[21] [22] [23]} RF CMOS начала использоваться для реализации SDR в 2000-х годах. ^[22]

Общие приложения

RF CMOS широко используется в ряде распространенных приложений, включая следующие.

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ^{[21] [24]} — сигма-дельта (ΣΔ) модуляция ^[21]
• Автомобильная электроника — усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS), ^{[25] [26] приложения} автомобильной безопасности , эффективность вождения , система предупреждения о выходе из полосы движения (LDWS), обнаружение уязвимых участников дорожного движения (VRU), ^[26] помощь водителю , обнаружение пассажиров на заднем сиденье. (ROD), сигнализация о пассажирах сзади (ROA), ^[24] генератор сигналов ^[27]
  • Передняя сторона автомобиля — система предотвращения боковых столкновений , ассистент узкого прохода, боковая система предотвращения столкновений , ассистент движения в пробке , ^[28] адаптивный круиз-контроль (ACC), ^{[26] [24] [28]} автономное экстренное торможение (AEB) ^{[ 26] [28]}
  • Задняя часть автомобиля — обнаружение слепых зон (BSD), Rear Pre-Crash , ^[28] помощь при смене полосы движения (LCA) ^{[26] [28]}
  • Технология Cross-Traffic Assist (CTA) — предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA), ^{[26] [24]} предупреждение о перекрестном движении спереди (FTCA) ^[24]
  • Парковка — автоматическая парковка , автоматизированная система парковки (APS), автоматическая парковка , ^{[26] Система} помощи при парковке (PA), ^[24] датчик парковки ( ультразвуковой датчик ) ^[27]
  • Технология дорожно-транспортных происшествий — система предотвращения столкновений (CAS), обнаружение столкновений , предупреждение о столкновении и поддержка торможения , система предотвращения столкновений ^[26]
  • Технология слепых зон автомобиля — обнаружение слепых зон (BSD), мониторинг слепых зон (BSM), предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA) ^{[26] [24]}
  • Автомобильные системы связи - связь между транспортными средствами (V2V) и связь между транспортными средствами (V2X) ^[23]
• Технология вещания — наземное вещание ^[16]
  • Радиовещание — цифровое радио , HD Radio , Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Radio Mondiale (DRM) ^[23]
• Мобильные устройства
  • Сети мобильной связи ^{[16] [8]} — Глобальная система мобильной связи (GSM), ^{[19] [9]} 3G , ^{[16] [19]} 4G , ^[16] 5G ^[25]
  • Мобильные телефоны ^[8]
  • Смартфоны — сотовые модемы ( модемы основной полосы ), радиочастотные трансиверы , чипы беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth, GPS) ^[29]
• Радиотехнологии ^[8] — радиочастотная (РЧ) технология, ^[25] радиоприемники , передатчики , ^[24] программно-определяемая радиосвязь ( SDR), ^{[21] [22] [23]} широкополосная ^[22]
  • Процессоры основной полосы ^{[14] [15]}
  • Приложения миллиметрового диапазона (ммВт) ^[25]
  • Радарная технология ^[26] — автомобильный радар, ^{[16] [25] [23]} радиолокационные приемопередатчики , радар формирования изображений , визуализация со сверхвысоким разрешением (СР), радарный кокон с восприятием на 360° , ^[26] радар-кокон, непрерывная волна с частотной модуляцией ( FMCW) радар, ^[24] функции углового радара, радарный трекер ^[27]
  • Трансиверы ^[9] — радиотрансиверы , ^{[8] [9]} радиочастотные трансиверы , ^{[29] [25]} сотовые трансиверы ^[9]
• Датчики — радарные датчики , ^[26] беспроводная сенсорная сеть (WSN) ^[19]
• Система на кристалле (SoC) ^{[9] [25]}
• Телекоммуникации
  • Улучшенная цифровая беспроводная связь (DECT) ^[17]
  • Интернет вещей (IoT) — Узкополосный IoT , Cat-M1 ^[25]
  • Спутниковая связь ^{[25] [9]} — Глобальная система позиционирования (GPS), ^[16] GPS-приемники ^[9]
  • Устройства ближнего действия ^[25] — Bluetooth , ^{[16] [18] [19]} Bluetooth Low Energy (BLE), IEEE 802.15.4 , ^[25] IEEE 802.11 , ^[17] Wi-Fi ^{[16] [19] [ 25]}
  • Беспроводные сети — беспроводные сетевые устройства, ^[8] беспроводная локальная сеть (WLAN), ^{[18] [9]} глобальная сеть (WAN), ^[25] мобильные сети ^{[16] [8]}
  • Беспроводные технологии ^{[8] [9]} — беспроводные телекоммуникации , ^[8] транзитная связь , ^[25] связь ближнего радиуса действия (NFC) ^[16]
• Генератор, управляемый напряжением (ГУН) — ГУН с низким фазовым шумом ^[24]

Смотрите также

• Цифровая телефония
• История телекоммуникаций
• ЛДМОС
• Интегральная схема смешанных сигналов
• МОП-интегральная схема
• Силовой МОП-транзистор
• Радиочастотная техника
• РЧ-модуль
• ВЧ усилитель мощности
• RFIC
• Производство полупроводниковых приборов

Рекомендации

1. «Рисунок 1. Краткое описание технологии SiGe BiCMOS и RF CMOS» . Исследовательские ворота . Проверено 7 декабря 2019 г.
2. ВЧ-КМОП-усилители мощности: теория, проектирование и реализация . Международная серия по инженерным наукам и информатике. Том. 659. Springer Science+Business Media . 2002. дои : 10.1007/b117692. ISBN 0-7923-7628-5.
3. А. ван дер Зиль (1962). «Тепловой шум в полевых транзисторах». Труды ИРЭ . 50 (8): 1808–1812. дои : 10.1109/JRPROC.1962.288221.
4. А. ван дер Зиль (1963). «Шум затвора в полевых транзисторах на умеренно высоких частотах». Труды IEEE . 51 (3): 461–467. дои : 10.1109/PROC.1963.1849.
5. А. ван дер Зиль (1986). Шум в твердотельных устройствах и схемах . Уайли-Интерсайенс.
6. ТМ Ли (2007). «История и будущее RF CMOS: от оксюморона к мейнстриму» (PDF) . IEEE Международный. Конф. Компьютерный дизайн .
7. Allstot, Дэвид Дж. (2016). «Фильтры с переключаемыми конденсаторами» (PDF) . В Малоберти, Франко; Дэвис, Энтони К. (ред.). Краткая история схем и систем: от экологически чистых, мобильных, всеобъемлющих сетей к вычислениям больших данных . Общество схем и систем IEEE . стр. 105–110. ISBN 9788793609860. Архивировано из оригинала (PDF) 30 сентября 2021 г. Проверено 7 декабря 2019 г.
8. О'Нил, А. (2008). «Асад Абиди получил признание за работу в области RF-CMOS». Информационный бюллетень Общества твердотельных схем IEEE . 13 (1): 57–58. дои : 10.1109/N-SSC.2008.4785694. ISSN  1098-4232.
9. Абиди, Асад Али (апрель 2004 г.). «RF CMOS достигает совершеннолетия». Журнал IEEE твердотельных схем . 39 (4): 549–561. Бибкод : 2004IJSSC..39..549A. дои :10.1109/JSSC.2004.825247. ISSN  1558-173Х. S2CID  23186298.
10. Чанг, Дж.; Абиди, Асад Али; Гайтан, Майкл (май 1993 г.). «Большие подвесные катушки индуктивности на кремнии и их использование в 2-мкм КМОП ВЧ усилителе». Письма об электронных устройствах IEEE . 14 (5): 246–248. Бибкод : 1993IEDL...14..246C. дои : 10.1109/55.215182. ISSN  1558-0563. S2CID  27249864.
11. Шривастава, Виранджай М.; Сингх, Ганшьям (2013). Технологии MOSFET для двухполюсного четырехпозиционного радиочастотного переключателя. Springer Science & Business Media . п. 1. ISBN 9783319011653.
12. Данешрад, Бабал; Эльтавил, Ахмед М. (2002). «Интегральные технологии для беспроводной связи». Беспроводные мультимедийные сетевые технологии . Международная серия по инженерным наукам и информатике. Спрингер США. 524 : 227–244. дои : 10.1007/0-306-47330-5_13. ISBN 0-7923-8633-7.
13. Чен, Чи-Хунг; Дин, М. Джамал (2001). «Характеристика и моделирование шума RF КМОП». Международный журнал высокоскоростной электроники и систем . Всемирная научная издательская компания . 11 (4): 1085–1157 (1085). дои : 10.1142/9789812777768_0004. ISBN 9810249055.
14. Чен, Вай-Кай (2018). Справочник по СБИС. ЦРК Пресс . стр. 60–2. ISBN 9781420005967.
15. Моргадо, Алонсо; Рио, Росио-дель; Роза, Хосе М. де ла (2011). Нанометровые КМОП-сигма-дельта-модуляторы для программно-определяемой радиосвязи. Springer Science & Business Media . п. 1. ISBN 9781461400370.
16. Вендрик, Гарри Дж. М. (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ к ASIC. Спрингер. п. 243. ИСБН 9783319475974.
17. Натавад, Л.; Заргари, М.; Самавати, Х.; Мехта, С.; Хейрхаки, А.; Чен, П.; Гонг, К.; Вакили-Амини, Б.; Хван, Дж.; Чен, М.; Терровит, М.; Качиньский, Б.; Лимотиракис, С.; Мак, М.; Ган, Х.; Ли, М.; Абдоллахи-Алибейк, Б.; Байтекин Б.; Онодера, К.; Мендис, С.; Чанг, А.; Джен, С.; Су, Д.; Вули, Б. «20.2: двухдиапазонная система на кристалле CMOS MIMO Radio для беспроводной локальной сети IEEE 802.11n» (PDF) . Веб-хостинг IEEE Entity . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 23 октября 2016 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
18. Олштейн, Кэтрин (весна 2008 г.). «Абиди получает премию IEEE Pederson на ISSCC 2008» (PDF) . SSCC: Новости Общества твердотельных схем IEEE . 13 (2): 12. doi :10.1109/HICSS.1997.665459. S2CID  30558989. Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2019 г.
19. Оливейра, Жуан; Идет, Жоау (2012). Параметрическое усиление аналогового сигнала применительно к наноразмерным КМОП-технологиям. Springer Science & Business Media . п. 7. ISBN 9781461416708.
20. «Infineon достигает важной вехи в области массового CMOS RF-переключателя» . ЭЭ Таймс . 20 ноября 2018 года . Проверено 26 октября 2019 г.
21. Моргадо, Алонсо; Рио, Росио-дель; Роза, Хосе М. де ла (2011). Нанометровые КМОП-сигма-дельта-модуляторы для программно-определяемой радиосвязи. Springer Science & Business Media . ISBN 9781461400370.
22. Leenaerts, Domine (май 2010 г.). Методы проектирования широкополосных радиочастотных КМОП-схем (PDF) . Программа выдающихся лекторов Общества твердотельных схем IEEE (SSCS DLP). НХП Полупроводники . Проверено 10 декабря 2019 г.
23. «Программно-определяемая радиотехнология». НХП Полупроводники . Проверено 11 декабря 2019 г.
24. «Полностью интегрированный радиолокационный приемопередатчик TEF810X 77 ГГц» . НХП Полупроводники . Проверено 16 декабря 2019 г.
25. "RF CMOS". ГлобалФаундрис . 20 октября 2016 г. Проверено 7 декабря 2019 г.
26. "Радарные приемопередатчики". НХП Полупроводники . Проверено 16 декабря 2019 г.
27. «TEF810X: Автомобильный радиолокационный приемопередатчик 77 ГГц» (PDF) . НХП Полупроводники . Проверено 20 декабря 2019 г.
28. «TEF810X: автомобильный радиолокационный приемопередатчик от 76 до 81 ГГц» (PDF) . НХП Полупроводники . Проверено 20 декабря 2019 г.
29. Ким, Уюн (2015). «Разработка КМОП-усилителя мощности для сотовых приложений: двухрежимный четырехдиапазонный усилитель мощности EDGE / GSM с КМОП 0,18 мкм». Ин Ван, Хуа; Сенгупта, Кошик (ред.). Генерация радиочастотной и миллиметровой энергии в кремнии . Академическая пресса . стр. 89–90. ISBN 978-0-12-409522-9.