РФ КМОП
 | Эта статья может неверно цитировать или искажать многие источники. Пожалуйста, посетите страницу очистки для получения дополнительной информации. ( июль 2022 г. ) |
RF CMOS — это (ИС) металл-оксид-полупроводник (МОП технология интегральных схем ), которая объединяет радиочастотную (РЧ), аналоговую и цифровую электронику на смешанных сигналов ВЧ-схеме КМОП (комплементарная МОП- схема ) . [1] [2] Он широко используется в современных беспроводных телекоммуникациях , таких как сотовые сети , Bluetooth , Wi-Fi , GPS-приемники , радиовещание , автомобильные системы связи , а также радиоприемопередатчики во всех современных мобильных телефонах и беспроводных сетевых устройствах. Технология RF CMOS была впервые разработана пакистанским инженером Асадом Али Абиди из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в конце 1980-х - начале 1990-х годов и помогла совершить революцию в беспроводной связи с внедрением цифровой обработки сигналов в беспроводной связи. Разработка и проектирование RF-CMOS-устройств стало возможным благодаря модели радиочастотного шума полевого транзистора Ван дер Зиля , которая была опубликована в начале 1960-х годов и оставалась в значительной степени забытой до 1990-х годов. [3] [4] [5] [6]
История [ править ]
Пакистанский инженер Асад Али Абиди , работая в Bell Labs , а затем в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1980–1990-х годах, стал пионером радиоисследований в области технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) и внес плодотворный вклад в радиоархитектуру на основе комплементарных МОП (КМОП) переключаемых конденсаторов. (СК) технология. [7] В начале 1980-х годов, работая в Bell, он работал над разработкой технологии субмикронных МОП-транзисторов (МОП-полевых транзисторов) СБИС (очень крупномасштабная интеграция ) и продемонстрировал потенциал субмикронных НМОП интегральных схем (ИС). ) технологии в высокоскоростных цепях связи . Работа Абиди изначально была встречена со скептицизмом со стороны сторонников GaAs и транзисторов с биполярным переходом , доминирующих технологий для высокоскоростных схем связи в то время. В 1985 году он поступил на работу в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (UCLA), где в конце 1980-х — начале 1990-х годов стал пионером технологии RF CMOS. Его работа изменила способ радиочастотных схем проектирования : от дискретных биполярных транзисторов к интегральным схемам КМОП . [8]
Абиди исследовал аналоговые КМОП-схемы для обработки сигналов и связи в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в конце 1980-х - начале 1990-х годов. [8] Абиди вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Дж. Чангом и Майклом Гайтаном продемонстрировали первый радиочастотный КМОП- усилитель в 1993 году. [9] [10] В 1995 году Абиди использовал технологию КМОП с переключаемыми конденсаторами, чтобы продемонстрировать первые трансиверы прямого преобразования для цифровой связи . [7] В конце 1990-х годов технология RF CMOS получила широкое распространение в беспроводных сетях , когда мобильные телефоны начали широко использоваться. [8] Это изменило способ проектирования радиочастотных схем, что привело к замене дискретных биполярных транзисторов интегральными схемами КМОП в радиоприемопередатчиках . [8]
наблюдался быстрый рост телекоммуникационной отрасли К концу 20-го века , в первую очередь из-за внедрения цифровой обработки сигналов в беспроводной связи , что было вызвано развитием недорогой технологии очень крупномасштабной интеграции (СБИС) RF CMOS. . [11] Это позволило создать сложные, недорогие и портативные терминалы для конечных пользователей и привело к появлению небольших, недорогих, маломощных и портативных устройств для широкого спектра систем беспроводной связи. Это позволило осуществлять связь «в любое время и в любом месте» и помогло совершить революцию в области беспроводной связи , приведшую к быстрому росту беспроводной индустрии. [12]
В начале 2000-х годов были продемонстрированы RF-КМОП-чипы с глубокими субмикронными более 100 ГГц . МОП-транзисторами, способными работать в диапазоне частот [13] По состоянию на 2008 год [update]Радиоприемопередатчики во всех беспроводных сетевых устройствах и современных мобильных телефонах серийно производятся как RF CMOS-устройства. [8]
Приложения [ править ]
Процессоры основной полосы частот [14] [15] и радиоприемопередатчики во всех современных беспроводных сетевых устройствах и мобильных телефонах массово производятся с использованием RF CMOS-устройств. [8] Схемы RF CMOS широко используются для передачи и приема беспроводных сигналов в различных приложениях, таких как спутниковые технологии (включая GPS и GPS-приемники ), Bluetooth , Wi-Fi , связь ближнего радиуса действия (NFC), мобильные сети (например, 3G и 4G ), наземное вещание и автомобильные радары , а также другие области применения. [16]
Примеры коммерческих чипов RF CMOS включают беспроводные телефоны Intel DECT и чипы 802.11 ( Wi-Fi ), созданные Atheros и другими компаниями. [17] Коммерческие продукты RF CMOS также используются в сетях Bluetooth и беспроводных локальных сетях (WLAN). [18] RF CMOS также используется в радиоприемопередатчиках для беспроводных стандартов, таких как GSM , Wi-Fi и Bluetooth, в трансиверах для мобильных сетей, таких как 3G, и в удаленных устройствах в беспроводных сенсорных сетях (WSN). [19]
Технология RF CMOS имеет решающее значение для современной беспроводной связи, включая беспроводные сети и мобильной связи устройства . Одной из компаний, которая коммерциализировала технологию RF CMOS, была Infineon . миллиарда единиц CMOS RF-переключателей Ежегодно продается более 1 совокупный объем продаж достигает 5 миллиардов единиц. , а по состоянию на 2018 год [update]. [20]
Практическая программно-определяемая радиосвязь (SDR) для коммерческого использования стала возможной благодаря RF CMOS, которая способна реализовать всю программно-определяемую радиосистему на одной микросхеме MOS IC. [21] [22] [23] RF CMOS начала использоваться для реализации SDR в 2000-х годах. [22]
Общие приложения [ править ]
RF CMOS широко используется в ряде распространенных приложений, включая следующие.
- Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) [21] [24] — сигма-дельта (ΣΔ) модуляция [21]
- Автомобильная электроника — передовые системы помощи водителю (ADAS), [25] [26] автомобильной безопасности приложения , эффективность вождения , система предупреждения о выходе из полосы движения (LDWS), обнаружение уязвимых участников дорожного движения (VRU), [26] помощь водителю , обнаружение пассажиров сзади (ROD), оповещение пассажиров сзади (ROA), [24] генератор сигналов [27]
- автомобиля Передняя часть — система предотвращения боковых столкновений , ассистент движения на узкой полосе, боковая система предотвращения столкновений , движения в пробке , ассистент [28] адаптивный круиз-контроль (АСС), [26] [24] [28] автономное экстренное торможение (AEB) [26] [28]
- Задняя часть автомобиля — обнаружение слепых зон (BSD), Rear Pre-Crash , [28] помощь при смене полосы движения (LCA) [26] [28]
- Cross-Traffic Assist Технология (CTA) — предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA), [26] [24] предупреждение о перекрестном движении спереди (FTCA) [24]
- Парковка — автоматическая парковка , автоматизированная система парковки (APS), автоматическая парковка , [26] Система помощи при парковке (PA), [24] датчик парковки ( ультразвуковой датчик ) [27]
- Технология дорожно-транспортных происшествий — система предотвращения столкновений (CAS), обнаружение столкновений , предупреждение о столкновении и поддержка торможения , система предотвращения столкновений [26]
- слепых зон автомобиля Технология — обнаружение слепых зон (BSD), мониторинг слепых зон (BSM), предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA) [26] [24]
- Автомобильные системы связи — связь между транспортными средствами (V2V) и связь между транспортными средствами (V2X). [23]
- Технология вещания — наземное вещание [16]
- Радиовещание — цифровое радио , HD Radio , Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Radio Mondiale (DRM) [23]
- Мобильные устройства
- Мобильные сети [16] [8] — Глобальная система мобильной связи (GSM), [19] [9] 3G , [16] [19] 4G , [16] 5G [25]
- Мобильные телефоны [8]
- Смартфоны — сотовые модемы ( модемы основной полосы ), радиочастотные трансиверы , чипы беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth, GPS). [29]
- Радиотехника [8] — радиочастотная (РЧ) технология, [25] радиоприемники , передатчики , [24] программно-определяемое радио (SDR), [21] [22] [23] широкополосный [22]
- Модулирующие процессоры [14] [15]
- Приложения миллиметрового диапазона (ммВт) [25]
- Радарная технология [26] — автомобильный радар, [16] [25] [23] радиолокационные приемопередатчики , радары визуализации , визуализация сверхвысокого разрешения (SR), радарный кокон с восприятием на 360° , [26] радар-кокон, радар с частотно-модулированной непрерывной волной (FMCW), [24] функции углового радара, радарный трекер [27]
- Трансиверы [9] — радиопередатчики , [8] [9] радиочастотные трансиверы , [29] [25] сотовые трансиверы [9]
- Датчики — радарные датчики , [26] беспроводная сенсорная сеть (WSN) [19]
- Система на кристалле (SoC) [9] [25]
- Телекоммуникации
- Улучшенная цифровая беспроводная связь (DECT) [17]
- Интернет вещей (IoT) — Узкополосный Интернет вещей , Cat-M1 [25]
- Спутниковая связь [25] [9] — Система глобального позиционирования (GPS), [16] GPS-приемники [9]
- Устройства ближнего действия [25] - Bluetooth , [16] [18] [19] Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), IEEE 802.15.4 , [25] ИЭЭЭ 802,11 , [17] Wi-Fi [16] [19] [25]
- Беспроводные сети — беспроводные сетевые устройства, [8] беспроводная локальная сеть (WLAN), [18] [9] глобальная сеть (WAN), [25] мобильные сети [16] [8]
- Беспроводная технология [8] [9] — беспроводная связь , [8] обратная связь , [25] связь ближнего поля (NFC) [16]
- Генератор, управляемый напряжением (ГУН) — с низким фазовым шумом ГУН [24]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Рисунок 1. Краткое описание технологии SiGe BiCMOS и RF CMOS» . Исследовательские ворота . Проверено 7 декабря 2019 г.
- ^ ВЧ КМОП усилители мощности: теория, проектирование и реализация . Международная серия по инженерным наукам и информатике. Том. 659. Springer Science+Business Media . 2002. дои : 10.1007/b117692 . ISBN 0-7923-7628-5 .
- ^ А. ван дер Зиль (1962). «Тепловой шум в полевых транзисторах». Труды ИРЭ . 50 (8): 1808–1812. дои : 10.1109/JRPROC.1962.288221 .
- ^ А. ван дер Зиль (1963). «Шум затвора в полевых транзисторах на умеренно высоких частотах». Труды IEEE . 51 (3): 461–467. дои : 10.1109/PROC.1963.1849 .
- ^ А. ван дер Зиль (1986). Шум в твердотельных устройствах и схемах . Уайли-Интерсайенс.
- ^ ТМ Ли (2007). «История и будущее RF CMOS: от оксюморона к мейнстриму» (PDF) . IEEE Международный. Конф. Компьютерный дизайн .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Олстот, Дэвид Дж. (2016). «Фильтры с переключаемыми конденсаторами» (PDF) . В Малоберти, Франко; Дэвис, Энтони К. (ред.). Краткая история схем и систем: от экологически чистых, мобильных, всеобъемлющих сетей к вычислениям больших данных . Общество схем и систем IEEE . стр. 105–110. ISBN 9788793609860 . Архивировано из оригинала (PDF) 30 сентября 2021 г. Проверено 7 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н О'Нил, А. (2008). «Асад Абиди получил признание за работу в области RF-CMOS». Информационный бюллетень Общества твердотельных схем IEEE . 13 (1): 57–58. дои : 10.1109/N-SSC.2008.4785694 . ISSN 1098-4232 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Абиди, Асад Али (апрель 2004 г.). «RF CMOS достигает совершеннолетия». Журнал IEEE твердотельных схем . 39 (4): 549–561. Бибкод : 2004IJSSC..39..549A . дои : 10.1109/JSSC.2004.825247 . ISSN 1558-173X . S2CID 23186298 .
- ^ Чанг, Дж.; Абиди, Асад Али; Гайтан, Майкл (май 1993 г.). «Большие подвесные катушки индуктивности на кремнии и их использование в 2-мкм КМОП ВЧ усилителе». Письма об электронных устройствах IEEE . 14 (5): 246–248. Бибкод : 1993IEDL...14..246C . дои : 10.1109/55.215182 . ISSN 1558-0563 . S2CID 27249864 .
- ^ Шривастава, Виранджай М.; Сингх, Ганшьям (2013). Технологии MOSFET для двухполюсного четырехпозиционного радиочастотного переключателя . Springer Science & Business Media . п. 1. ISBN 9783319011653 .
- ^ Данешрад, Бабал; Эльтавил, Ахмед М. (2002). «Интегральные технологии для беспроводной связи». Беспроводные мультимедийные сетевые технологии . Международная серия по инженерным наукам и информатике. 524 . Спрингер США: 227–244. дои : 10.1007/0-306-47330-5_13 . ISBN 0-7923-8633-7 .
- ^ Чен, Чи-Хунг; Дин, М. Джамал (2001). «Определение и моделирование шума RF КМОП» . Международный журнал высокоскоростной электроники и систем . 11 (4). Всемирное научное издательство : 1085–1157 (1085). дои : 10.1142/9789812777768_0004 . ISBN 9810249055 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чен, Вай-Кай (2018). Справочник по СБИС . ЦРК Пресс . стр. 60–2. ISBN 9781420005967 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Моргадо, Алонсо; Река, Росио-дель; Роза, Хосе М. де ла (2011). Нанометровые КМОП-сигма-дельта модуляторы для программно-определяемой радиосвязи . Springer Science & Business Media . п. 1. ISBN 9781461400370 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Вендрик, Гарри Дж. М. (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ к ASIC . Спрингер. п. 243. ИСБН 9783319475974 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Натавад, Л.; Заргари, М.; Самавати, Х.; Мехта, С.; Хейрхаки, А.; Чен, П.; Гонг, К.; Вакили-Амини, Б.; Хван, Дж.; Чен, М.; Терровит, М.; Качиньский, Б.; Лимотиракис, С.; Мак, М.; Ган, Х.; Ли, М.; Абдоллахи-Алибейк, Б.; Байтекин Б.; Онодера, К.; Мендис, С.; Чанг, А.; Джен, С.; Су, Д.; Вули, Б. «20.2: двухдиапазонная система на кристалле CMOS MIMO Radio для беспроводной локальной сети IEEE 802.11n» (PDF) . Веб-хостинг IEEE Entity . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 23 октября 2016 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Олштейн, Кэтрин (весна 2008 г.). «Абиди получает премию IEEE Pederson на ISSCC 2008» (PDF) . SSCC: Новости Общества твердотельных схем IEEE . 13 (2): 12. doi : 10.1109/HICSS.1997.665459 . S2CID 30558989 . Архивировано из оригинала (PDF) 7 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Оливейра, Жуан; Идет, Жоау (2012). Параметрическое усиление аналогового сигнала применительно к наноразмерным КМОП-технологиям . Springer Science & Business Media . п. 7. ISBN 9781461416708 .
- ^ «Infineon достигла важной вехи в области массовых КМОП-радиочастотных коммутаторов» . ЭЭ Таймс . 20 ноября 2018 года . Проверено 26 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Моргадо, Алонсо; Река, Росио-дель; Роза, Хосе М. де ла (2011). Нанометровые КМОП-сигма-дельта-модуляторы для программно-определяемой радиосвязи . Springer Science & Business Media . ISBN 9781461400370 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Линартс, Домин (май 2010 г.). Методы проектирования широкополосных радиочастотных КМОП-схем (PDF) . Программа выдающихся лекторов Общества твердотельных схем IEEE (SSCS DLP). НХП Полупроводники . Проверено 10 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и «Технология программно-определяемой радиосвязи» . НХП Полупроводники . Проверено 11 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж «Полностью интегрированный радиолокационный приемопередатчик TEF810X 77 ГГц» . НХП Полупроводники . Проверено 16 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н «РФ КМОП» . ГлобалФаундрис . 20 октября 2016 г. Проверено 7 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л «Радарные приемопередатчики» . НХП Полупроводники . Проверено 16 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с «TEF810X: Автомобильный радиолокационный приемопередатчик 77 ГГц» (PDF) . НХП Полупроводники . Проверено 20 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и «TEF810X: автомобильный радарный приемопередатчик от 76 до 81 ГГц» (PDF) . НХП Полупроводники . Проверено 20 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ким, Уюн (2015). «Разработка КМОП-усилителя мощности для сотовых приложений: двухрежимный четырехдиапазонный усилитель мощности EDGE/GSM с КМОП 0,18 мкм» . Ин Ван, Хуа; Сенгупта, Кошик (ред.). Генерация радиочастотной и миллиметровой энергии в кремнии . Академическая пресса . стр. 89–90. ISBN 978-0-12-409522-9 .