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射頻CMOS積體電路的發展趨勢
將CMOS射頻電路整合至SoC中,早就已經是國外晶片大廠的研發目標了。

【作者: 丹尼爾】   2006年04月01日 星期六

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其一是,對一顆晶圓而言,最大的頻率偏移可高達±20%。所以,必須要有額外的數位校正電路來補償這些差距。因此,設計成本會增加。


其二是,洩漏(leakage)電流。這不只包括常見的「次臨界通道洩漏問題(sub-threshold channel leakage)」(溫度變化是其主因),在先進的製程中,還要考慮到邏輯閘的洩漏和二極體的洩漏問題。目前避免此一問題的方法是採用PSP模型。


對設計射頻積體電路而言,建模(modelling)是一道很重要的步驟。射頻建模是有別於類比建模和數位建模的,而且,射頻與類比建模要比數位建模複雜許多。要盡量接近「臨界值」,如此才是設計射頻電路成功的關鍵,而建模就是為了模擬「臨界值」。通常,這正是數位邏輯電路設計者經常忽略的地方。此外,也要對「閃爍雜訊(flicker noise)」和「白雜訊(white noise)」建模。


射頻積體電路的佈線應該要一般化,避免特殊化。例如:「防護圈(guard ring)」的位置、電子井的離子散播等。這些因素會改變通道的移動性、鄰近的電晶體之結構,進而影響射頻積體電路的效能。多層的銅互連架構可以產生高Q的電感和電容,所以,銅互連已經成為一種正規的方法。目前有超過200種方法,可以使用兩個金屬層來實現一個電容。不過,當頻率超過10GHz後,銅互連架構中的電感將成為重要的變數,因此,還必須對傳輸線建模。此外,對不同尺寸大小的裝置而言,還需要將電磁干擾、尺寸縮放,以及溫度係數納入建模工具之中。這些模擬工具必須要能包納更大的變化範圍,而且要在設計初期就能提供精確的統計數據,而不是要等到試產以後。


除上述者外,常見的CMOS射頻電路之設計問題還包含:當供電壓很小,電晶體的輸出阻抗變小、邏輯閘的洩漏電流增加時的射頻電路之設計。


CMOS射頻電路最後能否整合至SoC中?是全球電子業界一直都在關心的話題。目前它愈來愈有可能實現了。例如:在TI的GSM手機的單晶片裡面,就整合了許多個低電壓的射頻電路,它們與基頻和控制電路一起包含在同一顆晶片裡面。雖然有上述的技術困難,但是將CMOS射頻電路整合至SoC中,早就已經是國外晶片大廠的研發目標了。


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