射頻集成電路的發(fā)展與展望

1、無線移動通信終端用射頻集成電路的發(fā)展與展望吳 群,哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與通信工程系 Email:,摘 要,近十年來，射頻無線移動通信技術(shù)的發(fā)展顯得尤為迅猛。其中起決定作用之一的技術(shù)就是RFIC技術(shù)。隨著第三代移動通信體制的開始，對新一代無線通信射頻集成電路（RFIC）的性能、材料和工藝等都提出了新的技術(shù)要求。本文總結(jié)了無線通信移動終端RFIC的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討,特別介紹了RF MEMS技術(shù)現(xiàn)狀。最后展望了未來的發(fā)展前景。,目 錄,第一部分 RFIC發(fā)展與展望 第二部分 RF MEMS技術(shù) RF MEMS 介紹 MEMS有源器件 MEMS無源器件,發(fā)展射頻集成電路的重要性,21

2、世紀(jì)是信息技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代，以微電子為基礎(chǔ)的電子技術(shù)是推動信息技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。 集成電路是微電子的核心和主體，是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。,無線移動通信發(fā)展對RFIC的要求,射頻移動通信技術(shù)的總趨勢是： 高速化、大帶寬。 第一代和第二代手機(jī)使用5V電源電壓，而第三代則使用3V 至 2V或甚至更低的電源電壓。必須能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間通話和待機(jī)，因此，低成本、低功耗、重量輕和小型化是未來RFIC發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵。 從技術(shù)上講，應(yīng)實(shí)現(xiàn)高性能高線性度、低噪聲、高增益和高效率。 從工藝實(shí)現(xiàn)上講，可采用的有 CMOS,BiCMOS,GaAsFET,HBT and PHEMT,第三代移動通信終端RFIC:,Hands

3、ets of the 3G era will integrate many of the RF functions A single-chip RF subsystem should be available in the next few years. more versatile terminal software to support multimedia applications software-radio concept is suggested in order to avoid extensive use of parallel hardware and enhance fle

4、xibility(software radio concept: radio parameters are downloaded to the terminal from the wireless network),RFIC器件材料、工藝技術(shù),1. SiGe工藝 極低的噪聲性能 高的截止頻率高，低的生產(chǎn)成本。 由于SiGe HBT的優(yōu)異性能，SiGe器件有望取代GaAs RF器件。SiGe器件用于無線手機(jī)，使電源功率、性能、集成度和低成本溶于一體。 2.CMOS工藝技術(shù) CMOS 制造的 RFIC易與數(shù)字電路集成，如果CMOS能提高到更高的頻率，將會進(jìn)一步降低制造成本，在IMT-2000無線系

5、統(tǒng)中被大量采用。 3.GaAs工藝技術(shù) GaAs性能上的優(yōu)勢，歷史基礎(chǔ)好，但制造成本高（主要是材料較貴）。 4.HBT器件 GaAs HBT是一種改進(jìn)的雙極晶體管，只需單一的正電源就可工作； 而GaAs MESFET和GaAs PHEMT則需雙電源工作。,3RFIC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望,（1） 韓國 SEC（三星公司） 0.5 um BiCMOS LG 公司 TEMIC SiGe HBT ETRI（HHP RFIC CMOS工藝） Advanced Semiconductor Business（SiGe HBT 工藝）、 Future communications integrated cir

6、cuit Inc. （SiGe HBT/GaAs MESFET）、 Integrant Technologies Inc.(CMOS、BiCMOS工藝) POSTECH （2）RF MEMS,RFIC Research in POSTECH,RF front-end circuits large signal models and nonlinear noise models for GaAs devices and Si MOSFET. LNA, mixer oscillator, nonlinear noise analysis. The one chip transceiver rese

7、arch goal. GaAlAs/GaAs HBTs. linear output power HBT, low noise HBT for LNA , low 1/f (flicker) noise HBT for oscillators Highly linear power amplifier for base station. Feedforward technique , Feedback Predistortion technique (POSTECH Patent) and Low Frequency 2nd Order Intermodulation Feed-forward

8、ing (POSTECH Patent).,常規(guī)1.85GHz PCS CDMA低噪聲放大器（LNA） 電路Samsung 0.5um Si BiCMOS 工藝,傳統(tǒng)LNA電路設(shè)計(jì),改進(jìn)的LNA電路設(shè)計(jì)超寬動態(tài)范圍CDMA LNA線性改進(jìn)技術(shù),新的電路方案LNA測量結(jié)果,功率消耗降低50% 噪聲系數(shù)優(yōu)于常規(guī)電路 是目前性能最佳的LNA,Bluetooth RFIC設(shè)計(jì),Samsung公司 CMOS工藝,功放電路設(shè)計(jì),A : Gain Stage (Input Stage) B : Variable Atten. C : Balun D : Power Stage (Output Stage)

9、Low power consumption is important,Bluetooth RFIC測試結(jié)果 Input Match : -10dBOutput Match : -15dBGain : 2223dBP1dB : 4dBm,RF開關(guān),Input Match : 43dB,RFIC發(fā)展趨勢,高度集成 減小體積 降低電源電壓 降低成本,RFIC發(fā)展策略建議,從RFIC芯片的發(fā)展歷程來看，美國花費(fèi)了近20年，現(xiàn)在幾乎壟斷了全世界的市場。而韓國花費(fèi)了近10年的周期，搞出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的RFIC芯片。為縮短我國的開發(fā)歷程，建議： 加強(qiáng)院、校、所與企業(yè)合作，發(fā)揮雙方各自的優(yōu)勢，聯(lián)合攻關(guān) 創(chuàng)

10、建產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的創(chuàng)業(yè)投資及管理模式 加快專業(yè)人才培養(yǎng) 吸收國外先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì),結(jié)論,微電子產(chǎn)業(yè)是一個(gè)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，如果沒有自己的微電子產(chǎn)業(yè)，就會失去戰(zhàn)略主動地位。集成電路與一個(gè)國家的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。 因此，在我國加快射頻集成電路的研究和開發(fā)成為刻不容緩的任務(wù)。,（2） RF MEMS技術(shù),MEMS技術(shù)目標(biāo)： 信息獲取（傳感器）、信息處理和信息執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）集成為一體化，實(shí)現(xiàn)真正的機(jī)電一體化，是微電子技術(shù)的有一場革命。,硅基微電子機(jī)械系統(tǒng),硅具有較好的機(jī)械性能 材料強(qiáng)度和硬度性能 熱導(dǎo)和熱膨脹性能 硅對許多效應(yīng)敏感適合制造各種傳感器,MEMS構(gòu)造技術(shù),硅基微電子機(jī)械系統(tǒng) 基于硅微電子加工技術(shù) 非硅基微電子機(jī)械系統(tǒng) 與硅微電子加工技術(shù)不同的各種構(gòu)造工藝 MEMS構(gòu)造技術(shù) 表面微機(jī)械加工技術(shù) 體微機(jī)械加工技術(shù),表面微機(jī)械加工技術(shù),把MEMS的機(jī)械部分（運(yùn)動元件或傳感器等）制作淀積在硅晶體表面薄膜上，使其局部與硅體部分分離，呈現(xiàn)可運(yùn)動的機(jī)械。 硅晶體表面薄膜： 多晶硅、二氧化硅、氮化硅等,體微機(jī)械加工技術(shù),體微機(jī)械加工 機(jī)械運(yùn)動元件制作在硅內(nèi) 體硅腐蝕的各向同性方法 在硅平面上腐蝕出梯形或錐形等立體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)大小和形狀通過光刻技術(shù)控制。,非硅基MEMS加工技術(shù),LIGP技術(shù)