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软件有助于RFIC与摩尔定律并驾齐驱

上网日期: 2006年05月18日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:摩尔定律? 手机? CPU? 软件?

作者:Cedric Paillard

最近,当人们考虑针对RF的技术演进问题时,出现了一个共同关心的问题,那就是RF技术能否跟上摩尔定律所规定的演进步伐(按照比例缩小的步伐)吗?

从物理学的观点看,问题会变得越来越复杂,我们已经看到了新的架构,而为了解决这些问题业界已投入巨资。由于各种经济原因,只有专注的大公司或最具有创新能力的小公司才可能成为解决方案提供商,从而在市场中生存下来。

如果摩尔定律不适用,那么,问题就变成对于采用RF工艺技术的IC不按照比例缩小的情况,应该采用何种替代定律?手机RF部件如何才能持续降低成本?将来是否由滤波器或功率放大器(PA)最终设定价格?

在实现用于移动手机的下一代无线IC中,可以预见到的一个趋势是需要从研究、开发和生产三个方面来协调新的系统架构。这包括RF电路设计、IC工艺技术、滤波器技术、天线、波导结构、电光元件以及软件(无论你是否相信)。毫无疑问,未来的无线收发器要采用CMOS工艺技术,把PA和LNA功能交由SiGe和GaAs工艺技术来实现(但是要等多长时间?)。

核心问题之一就是预期的前进速度是否能够满足未来几年的电气和成本要求(我们从2000年的0.25um RF CMOS走到了2006年的90nm标准CMOS)?在CMOS工艺尺寸缩小的过程中,主要关心的是工艺成熟度和可靠性是否足以支持CMOS工艺尺寸按照基本速率缩小?

因为许多RF元件的性能依赖于有源器件的性能,在过去几年中,通过设计由软件控制的有源器件,人们付出了巨大努力来提高生产率。对于蜂窝手机RFIC尤其如此,甚至对于非硅基器件,如PA和LNA。

由于下一代无线电系统要支持较高的数据率和较大的功耗约束,大量的器件广泛采用数字软件处理来预先调理空中收发通道中的信号。利用这种技术,PA的效率和手机的通话时间将大为提高。直接的影响包括收发器设计中的PA电路约束和数字世界中为了支持这种改善而奉献的巨大处理能力。

在接收侧也类似,尽管CMOS器件具有非常低的噪声图,LNA却通常受限于来自逻辑或其它片上模拟电路的电磁干扰耦合。因此,目前许多片上收发器集成了除PA和LNA之外的所有有源RF功能。将来,在接收路径中将采用数字信号处理对此进行补偿。这种方法不必解决来自逻辑电路的干扰耦合问题,但是,借助于仔细的频率规划,这种方法有助于将若干无线电频段集成到手机中。

RF带通滤波器和复用器的物理尺寸通常都反比于中心频率。这意味着要采用新的滤波器技术来减少尺寸。虽然最具有发展潜力的技术的一种就是薄膜大尺寸声表面波谐振(FBAR)滤波器,但是,新的滤波器架构采用软件增强的调谐滤波器和带通滤波器,以提供更佳的测试成本、新的测试方法和对不同协议的可配置性。

过去,PC和手机之间最大的区别在于PC持续不断地追逐提高性能(CPU时钟速度和计算吞吐量)。相比之下,手机规定了大多数收发功能(带宽、发射功率和接收噪声图)及手机功能(通话时间和频带数)。将来,我们可能希望看到越来越多的设计工程师有兴趣提高用于RF功能的CPU性能,以便支持处理多种RF协议。

在收发器中增加软件不仅仅能够提高性能和功能,而且能够改变架构,它还影响设计方法并极大地改变RFIC设计工程师对设计和架构的处理。我们已经看到收发器路径及合成器中的8位微处理器增加了时钟精度,补偿了量化和噪声误差,解决了支持多频段和多协议面临的调谐和可配置性问题。

需要注意的是,我并没有暗示软件是RFIC满足摩尔定律的解决方案,但是,如果你把这种趋势与去年看到的其它设计和工艺创新比较,有理由对此表示乐观。跟进摩尔定律规定的发展步伐并非易事,但是,RFIC设计工程师都对此抱很大的希望。5年前人们把90nm视为巨大的障碍,可是,现在65nm CMOS已经实实在在地呈现在人们面前。

关于作者:

Cedric Paillard是TECHinsights的Semiconductor Insights栏目副总裁,他拥有曼彻斯特大学科技学院的VLSI工程学士及硕士学位,同时还拥有Ecole Superieure de Technolgie Electrique大学的工程学位。

联系方式:cedricp@semiconductor.com。







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