射頻集成電路的發(fā)展與展望

1、5/4/20221RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件無線移動通信終端用射頻集成電無線移動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Email:5/4/20222RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件摘摘 要要 近十年來，射頻無線移動通信技術的發(fā)展顯得尤為迅猛。其中起決定作用之一的技術就是RFIC技術。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要求。本文總結了無線通信移動終端RFIC的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，對關鍵技術進行了探討,特別介紹了RF MEMS技術現(xiàn)狀。最后展望了未來的發(fā)展前景。5/4/20223RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望

2、編輯課件目目 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技術技術 RF MEMS 介紹 MEMS有源器件 MEMS無源器件5/4/20224RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件發(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世紀是信息技術高度發(fā)展的時代，以微電子為基礎的電子技術是推動信息技術發(fā)展的物質(zhì)基礎。 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。 5/4/20225RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件無線移動通信發(fā)展對無線移動通信發(fā)展對RFIC的要求的要求 射頻移動通信技術的總趨勢是：射頻移動通信技術的總趨勢是：高速化、大帶寬。

3、第一代和第二代手機使用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。必須能實現(xiàn)長時間通話和待機，因此，低成本、低功耗、重量輕和小型化是未來RFIC發(fā)展的技術關鍵。 從技術上講，應實現(xiàn)高性能高線性度、低噪聲、高增益和高效率。 從工藝實現(xiàn)上講，可采用的有 CMOS,BiCMOS,GaAsFET,HBT and PHEMT5/4/20226RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件第三代移動通信終端第三代移動通信終端RFIC:Handsets of the 3G era will integrate many of the RF functionsA single-chip RF sub

4、system 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 flexibility(software radio concept: radio parameters are downloaded to the terminal

5、 from the wireless network)5/4/20227RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件RFIC器件材料、工藝技術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器件用于無線手機，使電源功率、性能、集成度和低成本溶于一體。2.CMOS工藝技術工藝技術 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，將會進一步降低制造成本，在IMT-2000無線系統(tǒng)中被大量采用。3.GaAs工藝技術工藝技術 GaAs性能上的優(yōu)勢，歷史基礎好，但制造成本高（主要是

6、材料較貴）。4.HBT器件器件 GaAs HBT是一種改進的雙極晶體管，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。5/4/20228RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件3RFIC技術的發(fā)展現(xiàn)狀和展望技術的發(fā)展現(xiàn)狀和展望 （1） 韓國韓國SEC（三星公司）（三星公司） 0.5 um BiCMOSLG 公司公司 TEMIC SiGe HBTETRI（HHP RFIC CMOS工藝）工藝）Advanced Semiconductor Business（SiGe HBT 工藝）、工藝）、Future communications integrated c

7、ircuit Inc. （SiGe HBT/GaAs MESFET）、）、Integrant Technologies Inc.(CMOS、BiCMOS工藝工藝)POSTECH （2）RF MEMS5/4/20229RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件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.

8、 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 station. Feedforward technique , Feedback Predistortion technique (POSTECH Patent) and Low Frequency 2nd Orde

9、r Intermodulation Feed-forwarding (POSTECH Patent). 5/4/202210RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件常規(guī)1.85GHz PCS CDMA低噪聲放大器（LNA） 電路Samsung 0.5um Si BiCMOS 工藝5/4/202211RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件傳統(tǒng)LNA電路設計5/4/202212RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件改進的LNA電路設計超寬動態(tài)范圍CDMA LNA線性改進技術5/4/202213RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件新的電路方案LNA測量結果 功率消耗降低50% 噪聲系數(shù)優(yōu)于常規(guī)電路 是目前性

10、能最佳的LNA5/4/202214RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件Bluetooth RFIC設計 Samsung公司 CMOS工藝PLLCtrlGFBiasRSSIRef. ClockHop controlTX DataBB Out 1BB Out 2RSSI OutCKVddPALNARFS/WBPFVCOLPFLPFLimiterLimiter+45Power Control-455/4/202215RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件功放電路設計VDDVDDIN-IN-OUTOUTCont+Cont+Cont-Cont-VDDVDDVDD-VDD-A : Gain Stage (I

11、nput Stage) B : Variable Atten.C : Balun D : Power Stage (Output Stage)Low power consumption is important5/4/202216RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件Bluetooth RFIC測試結果 Input Match : -10dBOutput Match : -15dBGain : 2223dBP1dB : 4dBm5/4/202217RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件RF開關ANTANTLNALNAPAPAVcon+Vcon+Vcon-Vcon-Vcon+Vcon+Vcon-Vc

12、on-Input Match : -13dBOutput Match : 43dB5/4/202218RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件RFIC發(fā)展趨勢 高度集成 減小體積 降低電源電壓 降低成本 5/4/202219RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件RFIC發(fā)展策略建議從RFIC芯片的發(fā)展歷程來看，美國花費了近20年，現(xiàn)在幾乎壟斷了全世界的市場。而韓國花費了近10年的周期，搞出了具有自主知識產(chǎn)權的RFIC芯片。為縮短我國的開發(fā)歷程，建議： 加強院、校、所與企業(yè)合作，發(fā)揮雙方各自的優(yōu)勢，聯(lián)合攻關 創(chuàng)建產(chǎn)、學、研相結合的創(chuàng)業(yè)投資及管理模式 加快專業(yè)人才培養(yǎng) 吸收國外先進技術，實現(xiàn)自主設計5/

13、4/202220RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件結論 微電子產(chǎn)業(yè)是一個戰(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。集成電路與一個國家的安全和經(jīng)濟發(fā)展密切相關。 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。5/4/202221RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件（2） RF MEMS技術 MEMS技術目標：信息獲?。▊鞲衅鳎⑿畔⑻幚砗托畔?zhí)行機構（執(zhí)行器）集成為一體化，實現(xiàn)真正的機電一體化，是微電子技術的有一場革命。5/4/202222RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件硅基微電子機械系統(tǒng) 硅具有較好的機械性能硅具有較好的機械性能 材料強度和硬度性能 熱導和

14、熱膨脹性能 硅對許多效應敏感硅對許多效應敏感適合制造各種傳感器 5/4/202223RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件MEMS構造技術 硅基微電子機械系統(tǒng) 基于硅微電子加工技術 非硅基微電子機械系統(tǒng) 與硅微電子加工技術不同的各種構造工藝 MEMS構造技術表面微機械加工技術體微機械加工技術5/4/202224RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件表面微機械加工技術 把MEMS的機械部分（運動元件或傳感器等）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)可運動的機械。 硅晶體表面薄膜：多晶硅、二氧化硅、氮化硅等5/4/202225RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件體微機械加工技術 體微機械加工機械運動元件制作在硅內(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構 結構大小和形狀通過光刻技術控制。5/4/202226RFIC發(fā)展與展望發(fā)展與展望編輯課件非硅基MEMS加工技術 LIGP技術（Litho