射頻集成電路的發(fā)展與展望

1、12/17/20211RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/141無(wú)線移動(dòng)通信終端用射頻集成電無(wú)線移動(dòng)通信終端用射頻集成電路的發(fā)展與展望路的發(fā)展與展望吳吳 群群哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與通信工程系哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與通信工程系Email:12/17/20212RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/142摘摘 要要 近十年來(lái)，射頻無(wú)線移動(dòng)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(dòng)通信體制的開始，對(duì)新一代無(wú)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(wú)線通信移動(dòng)終端RFIC的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討,特別

2、介紹了RF MEMS技術(shù)現(xiàn)狀。最后展望了未來(lái)的發(fā)展前景。12/17/20213RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/143目目 錄錄 第一部分第一部分 RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望 第二部分第二部分 RF MEMS技術(shù)技術(shù) RF MEMS 介紹 MEMS有源器件 MEMS無(wú)源器件12/17/20214RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/144發(fā)展射頻集成電路的重要性發(fā)展射頻集成電路的重要性 21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(dòng)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)。 12/17/20215RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2

3、021/8/145無(wú)線移動(dòng)通信發(fā)展對(duì)無(wú)線移動(dòng)通信發(fā)展對(duì)RFIC的要求的要求 射頻移動(dòng)通信技術(shù)的總趨勢(shì)是：射頻移動(dòng)通信技術(shù)的總趨勢(shì)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(zhǎng)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(lái)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 PHEMT12/17/20216RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/146第三代移動(dòng)通信終端第三代移動(dòng)通信終端RFIC

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

5、flexibility(software radio concept: radio parameters are downloaded to the terminal from the wireless network)12/17/20217RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/147RFIC器件材料、工藝技術(shù)1. SiGe工藝工藝 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(wú)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)工藝技術(shù) CMOS 制造的 RFIC易與數(shù)字電路集成

6、，如果CMOS能提高到更高的頻率，將會(huì)進(jìn)一步降低制造成本，在IMT-2000無(wú)線系統(tǒng)中被大量采用。3.GaAs工藝技術(shù)工藝技術(shù) GaAs性能上的優(yōu)勢(shì)，歷史基礎(chǔ)好，但制造成本高（主要是材料較貴）。4.HBT器件器件 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。12/17/20218RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1483RFIC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望 （1） 韓國(guó)韓國(guó)SEC（三星公司）（三星公司） 0.5 um BiCMOSLG 公司公司 TEMIC SiGe HBTETRI（HHP

7、 RFIC CMOS工藝）工藝）Advanced Semiconductor Business（SiGe HBT 工藝）、工藝）、Future communications integrated circuit Inc. （SiGe HBT/GaAs MESFET）、）、Integrant Technologies Inc.(CMOS、BiCMOS工藝工藝)POSTECH （2）RF MEMS12/17/20219RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/149RFIC Research in POSTECH RF front-end circuits large signal models

8、and nonlinear noise models for GaAs devices and Si MOSFET. LNA, mixer oscillator, nonlinear noise analysis. The one chip transceiver research 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 st

9、ation. Feedforward technique , Feedback Predistortion technique (POSTECH Patent) and Low Frequency 2nd Order Intermodulation Feed-forwarding (POSTECH Patent). 12/17/202110RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1410常規(guī)1.85GHz PCS CDMA低噪聲放大器（LNA） 電路Samsung 0.5um Si BiCMOS 工藝12/17/202111RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1411傳統(tǒng)LNA電路設(shè)計(jì)

10、12/17/202112RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1412改進(jìn)的LNA電路設(shè)計(jì)超寬動(dòng)態(tài)范圍CDMA LNA線性改進(jìn)技術(shù)12/17/202113RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1413新的電路方案LNA測(cè)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LNA12/17/202114RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1414Bluetooth RFIC設(shè)計(jì) Samsung公司 CMOS工藝PLLCtrlGFBiasRSSIRef. ClockHop controlTX DataBB Out 1BB Out 2RSSI OutCKVddPALNAR

11、FS/WBPFVCOLPFLPFLimiterLimiter+45Power Control-4512/17/202115RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1415功放電路設(shè)計(jì)VDDVDDIN-IN-OUTOUTCont+Cont+Cont-Cont-VDDVDDVDD-VDD-A : Gain Stage (Input Stage) B : Variable Atten.C : Balun D : Power Stage (Output Stage)Low power consumption is important12/17/202116RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1

12、416Bluetooth RFIC測(cè)試結(jié)果 Input Match : -10dBOutput Match : -15dBGain : 2223dBP1dB : 4dBm12/17/202117RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1417RF開關(guān)ANTANTLNALNAPAPAVcon+Vcon+Vcon-Vcon-Vcon+Vcon+Vcon-Vcon-Input Match : -13dBOutput Match : 43dB12/17/202118RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1418RFIC發(fā)展趨勢(shì) 高度集成 減小體積 降低電源電壓 降低成本 12/17/202119

13、RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1419RFIC發(fā)展策略建議從RFIC芯片的發(fā)展歷程來(lái)看，美國(guó)花費(fèi)了近20年，現(xiàn)在幾乎壟斷了全世界的市場(chǎng)。而韓國(guó)花費(fèi)了近10年的周期，搞出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RFIC芯片。為縮短我國(guó)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(shì)，聯(lián)合攻關(guān) 創(chuàng)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)12/17/202120RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1420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(méi)有自己的微電子產(chǎn)業(yè)，就會(huì)失去戰(zhàn)略主動(dòng)地位。集成電路與一個(gè)國(guó)家的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。 因此，在

14、我國(guó)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)。12/17/202121RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1421（2） RF MEMS技術(shù) MEMS技術(shù)目標(biāo)：信息獲?。▊鞲衅鳎?、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(chǎng)革命。12/17/202122RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1422硅基微電子機(jī)械系統(tǒng) 硅具有較好的機(jī)械性能硅具有較好的機(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(duì)許多效應(yīng)敏感硅對(duì)許多效應(yīng)敏感適合制造各種傳感器 12/17/202123RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1423MEMS構(gòu)造技

15、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)12/17/202124RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1424表面微機(jī)械加工技術(shù) 把MEMS的機(jī)械部分（運(yùn)動(dòng)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(dòng)的機(jī)械。 硅晶體表面薄膜：多晶硅、二氧化硅、氮化硅等12/17/202125RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1425體微機(jī)械加工技術(shù) 體微機(jī)械加工機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(guò)光刻技術(shù)控制。12/17/202126RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望2021/8/1426非硅基MEMS加工技術(shù) LIGP技術(shù)（Lithographic Galvano Formung and Abformung ）12/17/202127RFIC