Ключевые выводы
- Непрерывное масштабирование технологии позволяет использовать передовые нанометровые КМОП-технологии для приложений радиочастотного и миллиметрового диапазона с частотой до 100 ГГц, что позволяет обеспечить надежность системы на кристалле.
- Такие технологии, как размещение транзисторов и транзисторов LVT с перевернутым колодцем, обеспечивают работу при низком напряжении и повышают производительность в радиочастотных КМОП-схемах.
- Изменение топологии схем и внедрение методов производства электроэнергии на основе трансформаторов решают проблемы низковольтных радиочастотных цепей, обеспечение высокопроизводительной работы при более низких напряжениях питания.
В связи с тенденциями в производительности RF-CMOS многие блоки схем, такие как этот RF-смеситель, вызывают дальнейшую миниатюризацию и работают на более высоких частотах.
Технология радиочастот (РЧ) КМОП произвела революцию в области беспроводной беспроводной связи в странах РФ и цифровые схемы на одном кристалле. В последние годы новые тенденции в производительности RF-CMOS при проектировании и производстве привели к значительному повышению производительности, что позволяет производить более производительные и экономичные беспроводные устройства. Мы рассмотрим снижение производительности RF-CMOS и обсудим факторы, способствующие ее росту.
|
Тенденции производительности RF-CMOS |
Описание |
|
Сокращение технологических узлов |
Более высокая скорость устройства, улучшенная линейность и сниженное энергопотребление в схемах RF-CMOS. |
|
Улучшенное моделирование устройства |
Точные методы управления устройством позволяют описывать работу устройств RF-CMOS на высоких частотах, на основе нелинейных эффектов, паразитных компонентов и изменений процесса. |
|
Интеграция RF-интерфейса |
Интеграция входных радиочастотных модулей (RF FEM) с использованием КМОПиспользование позволяет использовать компоненты меньшего размера. |
|
Установка корпуса транзистора |
Регулирует пороговое напряжение (VT) n-МОП-транзистора, изменение напряжения смещения, сохраняя при этом характеристики усиления, линейности и шума. |
|
Транзисторы LVT с перевернутым колодцем |
Транзисторы с низким напряжением VT (LVT) с перевернутым колодцем позволяют регулировать напряжение VT через корпус. Благодаря более высокому коэффициенту усиления корпуса они хорошо подходят для низковольтных интегральных схем КМОП. |
|
Топологии радиочастотных цепей |
Геометрическое масштабирование в нанометровом КМОП обеспечивает высокую производительность, но за счет снижения напряжения пробоя транзистора и максимального напряжения питания. Новые производительности RF-CMOS направлены на работу с более низким напряжением за счет использования топологических схем. |
Общие изменения производительности RF-CMOS
Непрерывное масштабирование технологических достижений успеха и массового использования интегральных схем (ИС) КМОП, которые повышают производительность транзисторов на частотах РЧ. В результате передовые нанометровые технологии КМОП теперь подходят для различных приложений до 100 ГГц, включая 5G, автомобильные радары и визуализацию. При снижении напряжения составными полупроводниками или гетеропереходными биполярными транзисторами (HBT), КМОП открывает более широкие возможности для развития, впоследствии внедряя сложные системы на кристалле (SoC). Ниже приведены некоторые общие технологические достижения, движение которых меняется.
- Уменьшение технологических узлов: одним из основных факторов, способствующих повышению производительности технологии RF-CMOS, является непрерывное масштабирование технологических узлов. Поскольку полупроводниковая промышленность переходит на более мелкие технологические элементы, размеры транзисторов уменьшаются, что приводит к более высокой скорости работы устройств, долговечности работы и снижению энергопотребления. Эта тенденция производительности RF-CMOS позволяет схемам RF-CMOS работать на более высоких частотах, что позволяет реализовать передовые системы беспроводной связи.
- Улучшенное моделирование устройств и проектирование схем: Точные методы моделирования устройств и проектирование схем имеют решающее значение для оптимизации производительности схем RF-CMOS. Исследователи и отраслевые эксперты достигли значительного прогресса в разработке моделей, которые фиксируют поведение устройств RF-CMOS на высоких частотах, нелинейных эффектах, паразитных компонентах и вариациях процессов.
- Интеграция модулей RF Front-End: Интеграция модулей RF Front-End (RF FEM) с поддержкой CMOS стала уникальной тенденцией последних лет. RF FEM, в состав которых входят усилители звука, малошумящие усилители, фильтры и коммутаторы, имеют решающее значение для передачи и приема сигнала в беспроводных устройствах.
Конкретные изменения производительности RF-CMOS в дизайне
Масштабирование технологии CMOS также привело к постоянному снижению напряжения питания, что сделало возможным использование CMOS в таких приложениях, как беспроводные сенсорные сети (WSN) и Интернет-вещи (IoT). Однако напряжение питания ниже 1. Возникают проблемы при проектировании схем, особенно в проводных радиочастотах/мм-волн. Преодоление этих ограничений напряжения требует использования нестандартных топологий и специальных методов, которые будут рассмотрены ниже.
Установка корпуса транзистора
Недавняя тенденция производительности RF-CMOS включает использование переносного корпуса для регулирования порогового напряжения (V T ) n-MOS-транзистора. Это оборудование включает изменение V T на основе напряжения (V BS ) между корпусом и экспериментом на основе хорошо известных уравнений:
Благодаря манипуляциям транзистора V BS может работать при пониженном напряжении смещения, сохраняя при этом средние характеристики усиления, линейности и шума, что обеспечивает его эффективность в работе на радиочастотах.
Кроме того, в платформах FD-SOI CMOS широко используются методы смещения тела. Это связано с более широким диапазоном платформы V T по сравнению с объемными технологиями и отсутствием токов утечки.
Транзисторы LVT с перевернутым колодцем
Транзисторы снижают качество VT (LVT) с перевернутым колодцем и выбирают альтернативный подход. Эти транзисторы используют корпус n-well и корпус p-well для устройств n-MOS и p-MOS соответственно. В этом слое BOX действует как второй оксид затвора, корпус действует как клемма затвора, что позволяет регулировать VT через напряжение корпуса.
Коэффициент усиления корпуса, который представляет собой чувствительность V T к напряжению корпуса, примерно в четыре раза выше в устройствах с перевернутыми карманами по сравнению с традиционной объемной зависимостью, что делает их еще более подходящими для низковольтных КМОП-интегральных схем (ИС).
Топологии радиочастотных цепей для работ при низкой температуре
Еще одной отличительной тенденцией производительности RF-CMOS является геометрическое масштабирование, позволяющее достичь нанометровой высокой производительности CMOS с последовательными переходами и сохранением динамики, достигающей показателей 200 ГГц или выше. Однако это улучшение за счет значительного снижения напряжения пробоя транзистора (BV) и максимального напряжения питания по сравнению с эквивалентными технологиями HBT BiCMOS.
Возникают новые изменения производительности RF-CMOS в топологиях RF/mm-wave, которые требуют необходимости в работе при более низких напряжениях. Эти факторы включают в себя: снижение порогового напряжения (VT), увеличение крутизны (г· м ) за счет положительной обратной связи, использование только одного транзистора между напряжением питания (V DD ) и землей, а также некоторые методы преобразования напряжения на основе трансформатора.
Изменение стандартных топологий для того, чтобы между VDD и землей был только один транзистор, является еще одной эффективной стратегией для низковольтных цепей RF/мм-волн. Классическая топология каскода n-MOS, обычно используемая в высокочастотных усилителях, не может обеспечивать напряжение питания ниже 1 В. Другие недавно использованные альтернативные альтернативы включают топологию нейтрализованного общего источника (CS), топологию свернутого каскода и реактивную резонансную связь с использованием либо емкостной, либо трансформаторной связи.
Включение программного обеспечения Cadence AWR в вашу игру проектирования RF-CMOS может еще больше улучшить производительность RF-CMOS. С Cadence AWR вы можете получить доступ к передовым инструментам проектирования и моделирования, которые помогут вам лучше настроить схемы RF-CMOS. Используйте возможности точного моделирования программного обеспечения устройства для захвата высокочастотного поведения, включая нелинейные эффекты, паразитные компоненты и изменения процесса, гарантируя оптимальную производительность схемы.
