标签：射频集成 RFIC
文章首要介绍了当时射频集成电路研讨中的半导体技能和CAD技能，并比较和评论了硅器材和砷化镓器材、射频集成电路CAD和传统电路CAD的各自特色。
近年来，无线通讯商场的蓬勃开展，特别是移动电话、无线因特网接入事务的鼓起使人们对无线通讯技能提出了更高的要求。体积小、重量轻、低功耗和低本钱是无线通讯终端开展的方向，射频集成电路技能(RFIC)在其间扮演着要害人物。RFIC的呈现和开展对半导体器材、射频电路剖析办法，甚至接收机体系结构都提出了新的要求。
半导体器材技能
在RF领域中, 功用、工艺的要求要比数字集成电路自身杂乱得多。其间，功耗、速度、成品率是最首要的参数。一起，RF IC还要考虑到噪声(宽带和窄带)、线性度、增益和成效。这样, 应用于RF IC中的优化器材一直在不断完善和开展。不同的RF功用部分将在不同的半导体器材工艺上完成。现在，RFIC中运用的半导体工艺首要有Si、SiGe、 GaAs和InP。
● 硅器材：硅集成电路计有硅双极晶体管(Si-Bipolar Transistor)、硅-互补式金氧半导体(Si-CMOS)、硅双极互补式金氧半导体(Bi-CMOS)或硅锗异质接面双极晶体管(SiGe HBT)。
现在通讯的频率大略在2 GHz以下，除功率放大器外，硅集成电路在射频/中频模块较占优势，硅工艺因具有许多的产能，能够由射频/中频/基频组成单芯片混合形式集成电路 (single chip mixed mode IC)，而且能够单电源操作，在价格、积体化程度上远超越砷化镓器材，砷化镓与硅集成电路，由于资料特性的不同，规划的办法也大不相同，硅资料由于没有半绝缘基板(Semi-insulation substrate)，等于在一个高损耗的基板上做电路规划，再加上器材自身的增益较低，若要抵达与砷化镓适当的高频电性，硅RFIC全系于晶体管细小化 (如次微米RF CMOS)或资料结构的改进(如SiGe异质接面晶体管)，来进步器材的特征频率fT。也有必要凭借沟槽阻隔(trench isolation)等工艺，进步电路间的阻隔度与Q值，工艺繁复、光罩数许多，不良率与本钱也大幅进步，高频模型也由于杂散效应显着，不易把握。现在硅工艺已可担任超越5 GHz以上的RFIC，但对具低噪声放大器、高功率放大器与开关器等射频前端仍有缺乏，故硅工艺的器材，将被定坐落中频模块或低层(low tier)的射频模块。
需求特别指出的是，在无线收发器中，数字信号处理部分运用规范Si-CMOS工艺，一般占到芯片面积的75%以上,集成度及功耗等目标的要求使得他不行能用CMOS以外的其他工艺完成,所以只要完成CMOS集成射频前端,才干完成单片集成的收发器并终究完成单片集成的移动通讯产品。现在跟着CMOS 工艺的开展,它的单位增益截止频率现已挨近GaAs水平,一起呈现了一些选用CMOS工艺完成的射频前端的单元电路及收发器。这也使得选用CMOS工艺完成移动通讯产品的单芯片集成成为可能。此外，CMOS工艺与其它工艺比较，集成度更高，本钱低，功耗低，使得对它成为RFIC开展的干流方向。
● 砷化镓器材：砷化镓器材在高频、高功率、高功率、低噪声指数的电气特性均远超越硅器材，空乏型砷化镓场效晶体管(MESFET)或高电子迁移率晶体管 (HEMT/PHEMT)，在3 V电压操作下能够有80 %的功率添加功率(PAE: power added efficiency)，非常适用于高层(high tier)的无线通讯中长距离、长通讯时间的需求，但是二者皆需求负电源，将添加产品运用的本钱，HEMT器材繁复的长晶与闸级宽度的操控，也影响工艺之一致性及易产性。增进型(enhancement mode) E-mode MESFET/ HEMT，由于无需负电源，一起可维持其功率放大器之优秀特性，惟其输出功率将被约束。异质双极晶体管(HBT)是别的一无需负电源的砷化镓器材，其功率密度(power density)、电流推进才干(current drive capability)与线性度(linearity)均超越FET，合适规划高功率、高功率、高线性度的微波放大器，HBT为最佳器材的挑选。而HBT 器材在相位噪声，高gm、高功率密度、溃散电压与线性度上占优势，别的它能够单电源操作，因此简化电路规划及次体系完成的难度，非常合适于射频及中频收发模块的研发，特别是微波信号源与高线性放大器等电路。
电路CAD技能
对集成电路规划来说，规划办法和高水平的核算机辅助规划东西是成功的要害。关于一般的VLSI，有包含从归纳、模仿、地图规划、验证、测验生成等在内的一系列东西来支撑整个规划进程。但对RFIC，现在尚不具有一整套完善的CAD东西，首要的前端规划东西是电路级的模仿或仿真。
一般的电路模仿运用的是以SPICE为代表的模仿技能，它支撑多种仿真。但由于RFIC的特色，用这类电路模仿技能存在许多困难。
首要，RFIC的规划目标大多是电路处于稳态时的目标，如功率增益、交调与畸变等，用SPICE的时域模仿有必要通过一个瞬态进程才干抵达稳态，对有较长瞬态进程的电路，要消耗许多的核算。
其次RFIC一般存在两个或多个频率或改变速度相差悬殊的信号。典型的状况是混频器，载频与信号频率往往相差几个数量级。其它如PLL的捕捉进程，振荡器的起振进程等，用SPICE来模仿这些状况功率都很低，因模仿所需时间取决于最慢重量，而时间步长取决于最快重量。
别的RFIC中存在互连、封装等散布的寄生元件，SPICE也无法处理。这些元件精确的特性要由电磁场剖析给出，一般适宜在频域中描绘，不能直接用于时域中的剖析。
最终，噪声是决议IC体系功用，如信噪比，误比特率的一个重要因素，但SPICE只能对线性放大器、且噪声源为平稳随机进程的景象作噪声剖析，而对 RFIC体系中的非线性电路，如混频器、振荡器，因噪声遭到大信号的调制，计算特性不再是平稳的，且混频噪声与振荡器的相位噪声特性不同，不能用 SPICE中线性电路的噪声剖析办法。
●RF电路仿真技能
由于上述原因，以SPICE为代表的传统电路模仿无法满意RFIC剖析的需求。为此，在曩昔十几年中开展了专门针对射频与微波通讯电路的模仿、仿真技能。
时域办法：时域仿真一般是在假定电路的稳态相应是周期的前提下求解电路时域微分方程组，即v(0)=v(T),其间，v是节点电压向量，T是周期，v(0)是节点电压零时间的初始向量，v(T)是T时间的节点电压向量，然后找到使方程有周期解的初始状况v(0)。关于鼓励信号是周期信号的电路，周期T是已知量，但关于振荡电路，它的周期一般是不知道的，所以除了确认v(0)外，还要确认周期T。
