近年來,隨著互補式金氧半導體(CMOS)特徵尺寸的微小化,為維持電晶體閘極氧化層的穩定度,低電壓已成為無可避免的趨勢。如圖一所示,根據2004年半導體工業協會(Semiconductor Industry Association)所發表的國際半導體技術路徑圖(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)可知,預計於2020年底,超低電壓0.4V將被採用[1]。然而,考慮到數位電路的漏流(leakage)及雜訊邊際(noise margin)等問題,臨界偏壓(threshold voltage)並未能跟隨莫爾定律(Moore’s law)作有效地降低,因而使電晶體的驅使電壓(overdrive voltage)隨著製程演進而逐漸下降。如此一來,電路特性將受到嚴重限制,特別是對敏感的射頻前端部份。本篇文章,將以互補式金氧半導體(CMOS)元件作出發點,說明低電壓對無線前端電路的影響;之後,將分別針對低雜訊放大器、混頻器及壓控振盪器,就傳統的低電壓架構進行回顧;同時,也將展示我們目前的研究成果。
《圖一 2004年國際半導體技術路徑圖對CMOS製程使用電壓之預測[1]》 |
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低電壓對CMOS電晶體影響:
轉導(transconductance)及操作頻率
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