射频集成电路的发展与展望.ppt

无线移动通信终端用射频集成电路的发展与展望吴群 哈尔滨工业大学电子与通信工程系Email qwu 摘要 近十年来 射频无线移动通信技术的发展显得尤为迅猛 其中起决定作用之一的技术就是RFIC技术 随着第三代移动通信体制的开始 对新一代无线通信射频集成电路 RFIC 的性能 材料和工艺等都提出了新的技术要求 本文总结了无线通信移动终端RFIC的发展历程和现状 对关键技术进行了探讨 特别介绍了RFMEMS技术现状 最后展望了未来的发展前景 目录 第一部分RFIC发展与展望第二部分RFMEMS技术RFMEMS介绍MEMS有源器件MEMS无源器件 发展射频集成电路的重要性 21世纪是信息技术高度发展的时代 以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础 集成电路是微电子的核心和主体 是电子信息产业的基础 无线移动通信发展对RFIC的要求 射频移动通信技术的总趋势是 高速化 大带宽 第一代和第二代手机使用5V电源电压 而第三代则使用3V至2V或甚至更低的电源电压 必须能实现长时间通话和待机 因此 低成本 低功耗 重量轻和小型化是未来RFIC发展的技术关键 从技术上讲 应实现高性能 高线性度 低噪声 高增益和高效率 从工艺实现上讲 可采用的有CMOS BiCMOS GaAsFET HBTandPHEMT 第三代移动通信终端RFIC Handsetsofthe3GerawillintegratemanyoftheRFfunctionsAsingle chipRFsubsystemshouldbeavailableinthenextfewyears moreversatileterminalsoftwaretosupportmultimediaapplicationssoftware radioconceptissuggestedinordertoavoidextensiveuseofparallelhardwareandenhanceflexibility softwareradioconcept radioparametersaredownloadedtotheterminalfromthewirelessnetwork RFIC器件材料 工艺技术 1 SiGe工艺极低的噪声性能高的截止频率高 低的生产成本 由于SiGeHBT的优异性能 SiGe器件有望取代GaAsRF器件 SiGe器件用于无线手机 使电源功率 性能 集成度和低成本溶于一体 2 CMOS工艺技术CMOS制造的RFIC易与数字电路集成 如果CMOS能提高到更高的频率 将会进一步降低制造成本 在IMT 2000无线系统中被大量采用 3 GaAs工艺技术GaAs性能上的优势 历史基础好 但制造成本高 主要是材料较贵 4 HBT器件GaAsHBT是一种改进的双极晶体管 只需单一的正电源就可工作 而GaAsMESFET和GaAsPHEMT则需双电源工作 3 RFIC技术的发展现状和展望 1 韩国SEC 三星公司 0 5umBiCMOSLG公司TEMICSiGeHBTETRI HHPRFICCMOS工艺 AdvancedSemiconductorBusiness SiGeHBT工艺 FuturecommunicationsintegratedcircuitInc SiGeHBT GaAsMESFET IntegrantTechnologiesInc CMOS BiCMOS工艺 POSTECH 2 RFMEMS RFICResearchinPOSTECH RFfront endcircuitslargesignalmodelsandnonlinearnoisemodelsforGaAsdevicesandSiMOSFET LNA mixeroscillator nonlinearnoiseanalysis Theonechiptransceiverresearchgoal GaAlAs GaAsHBTs linearoutputpowerHBT lownoiseHBTforLNA low1 f flicker noiseHBTforoscillatorsHighlylinearpoweramplifierforbasestation Feedforwardtechnique FeedbackPredistortiontechnique POSTECHPatent andLowFrequency2ndOrderIntermodulationFeed forwarding POSTECHPatent 常规1 85GHzPCSCDMA低噪声放大器 LNA 电路 Samsung0 5umSiBiCMOS工艺 传统LNA电路设计 改进的LNA电路设计 超宽动态范围CDMALNA线性改进技术 新的电路方案LNA测量结果 功率消耗降低50 噪声系数优于常规电路是目前性能最佳的LNA BluetoothRFIC设计 Samsung公司CMOS工艺 功放电路设计 A GainStage InputStage B VariableAtten C BalunD PowerStage OutputStage Lowpowerconsumptionisimportant BluetoothRFIC测试结果InputMatch 10dBOutputMatch 15dBGain 22 23dBP1dB 4dBm RF开关 InputMatch 43dB RFIC发展趋势 高度集成减小体积降低电源电压降低成本 RFIC发展策略建议 从RFIC芯片的发展历程来看 美国花费了近20年 现在几乎垄断了全世界的市场 而韩国花费了近10年的周期 搞出了具有自主知识产权的RFIC芯片 为缩短我国的开发历程 建议 加强院 校 所与企业合作 发挥双方各自的优势 联合攻关创建产 学 研相结合的创业投资及管理模式加快专业人才培养吸收国外先进技术 实现自主设计 结论 微电子产业是一个战略性产业 如果没有自己的微电子产业 就会失去战略主动地位 集成电路与一个国家的安全和经济发展密切相关 因此 在我国加快射频集成电路的研究和开发成为刻不容缓的任务 2 RFMEMS技术 MEMS技术目标 信息获取 传感器 信息处理和信息执行机构 执行器 集成为一体化 实现真正的机电一体化 是微电子技术的有一场革命 硅基微电子机械系统 硅具有较好的机械性能材料强度和硬度性能热导和热膨胀性能硅对许多效应敏感 适合制造各种传感器 MEMS构造技术 硅基微电子机械系统 基于硅微电子加工技术非硅基微电子机械系统 与硅微电子加工技术不同的各种构造工艺MEMS构造技术表面微机械加工技术体微机械加工技术 表面微机械加工技术 把MEMS的机械部分 运动元件或传感器等 制作淀积在硅晶体表面薄膜上 使其局部与硅体部分分离 呈现可运动的机械 硅晶体表面薄膜 多晶硅 二氧化硅 氮化硅等 体微机械加工技术 体微机械加工 机械运动元件制作在硅内体硅腐蚀的各向同性方法 在硅平面上腐蚀出梯形或锥形等立体结构结构大小和形状通过光刻技术控制 非硅基MEMS加工技术 LIGP技术 L