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射频CMOS集成电路的发展趋势
将CMOS射频电路整合至SoC中,早就已经是国外芯片大厂的研发目标了。

【作者: 丹尼爾】2006年04月01日 星期六

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其一是,对一颗晶圆而言,最大的频率偏移可高达±20%。所以,必须要有额外的数字校正电路来补偿这些差距。因此,设计成本会增加。


其二是,泄漏(leakage)电流。这不只包括常见的「次临界信道泄漏问题(sub-threshold channel leakage)」(温度变化是其主因),在先进的制程中,还要考虑到逻辑闸的泄漏和二极管的泄漏问题。目前避免此一问题的方法是采用PSP模型。


对设计射频集成电路而言,建模(modelling)是一道很重要的步骤。射频建模是有别于模拟建模和数字建模的,而且,射频与模拟建模要比数字建模复杂许多。要尽量接近「临界值」,如此才是设计射频电路成功的关键,而建模就是为了仿真「临界值」。通常,这正是数字逻辑电路设计者经常忽略的地方。此外,也要对「闪烁噪声(flicker noise)」和「白噪声(white noise)」建模。


射频集成电路的布线应该要一般化,避免特殊化。例如:「防护圈(guard ring)」的位置、电子井的离子散播等。这些因素会改变信道的移动性、邻近的晶体管之结构,进而影响射频集成电路的效能。多层的铜互连架构可以产生高Q的电感和电容,所以,铜互连已经成为一种正规的方法。目前有超过200种方法,可以使用两个金属层来实现一个电容。不过,当频率超过10GHz后,铜互连架构中的电感将成为重要的变量,因此,还必须对传输线建模。此外,对不同尺寸大小的装置而言,还需要将电磁干扰、尺寸缩放,以及温度系数纳入建模工具之中。这些仿真工具必须要能包纳更大的变化范围,而且要在设计初期就能提供精确的统计数据,而不是要等到试产以后。


除上述者外,常见的CMOS射频电路之设计问题还包含:当供电压很小,晶体管的输出阻抗变小、逻辑闸的泄漏电流增加时的射频电路之设计。


CMOS射频电路最后能否整合至SoC中?是全球电子业界一直都在关心的话题。目前它愈来愈有可能实现了。例如:在TI的GSM手机的单芯片里面,就整合了许多个低电压的射频电路,它们与基频和控制电路一起包含在同一颗芯片里面。虽然有上述的技术困难,但是将CMOS射频电路整合至SoC中,早就已经是国外芯片大厂的研发目标了。


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