射频集成电路的发展与展望

1、12/17/20211RFIC发展与展望发展与展望2021/8/141无线移动通信终端用射频集成电无线移动通信终端用射频集成电路的发展与展望路的发展与展望吴吴 群群哈尔滨工业大学电子与通信工程系哈尔滨工业大学电子与通信工程系Email:12/17/20212RFIC发展与展望发展与展望2021/8/142摘摘 要要 近十年来，射频无线移动通信技术的发展显得尤为迅猛。其中起决定作用之一的技术就是RFIC技术。随着第三代移动通信体制的开始，对新一代无线通信射频集成电路（RFIC）的性能、材料和工艺等都提出了新的技术要求。本文总结了无线通信移动终端RFIC的发展历程和现状，对关键技术进行了探讨,特别

2、介绍了RF MEMS技术现状。最后展望了未来的发展前景。12/17/20213RFIC发展与展望发展与展望2021/8/143目目 录录 第一部分第一部分 RFIC发展与展望发展与展望 第二部分第二部分 RF MEMS技术技术 RF MEMS 介绍 MEMS有源器件 MEMS无源器件12/17/20214RFIC发展与展望发展与展望2021/8/144发展射频集成电路的重要性发展射频集成电路的重要性 21世纪是信息技术高度发展的时代，以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。 集成电路是微电子的核心和主体，是电子信息产业的基础。 12/17/20215RFIC发展与展望发展与展望2

3、021/8/145无线移动通信发展对无线移动通信发展对RFIC的要求的要求 射频移动通信技术的总趋势是：射频移动通信技术的总趋势是：高速化、大带宽。 第一代和第二代手机使用5V电源电压，而第三代则使用3V 至 2V或甚至更低的电源电压。必须能实现长时间通话和待机，因此，低成本、低功耗、重量轻和小型化是未来RFIC发展的技术关键。 从技术上讲，应实现高性能高线性度、低噪声、高增益和高效率。 从工艺实现上讲，可采用的有 CMOS,BiCMOS,GaAsFET,HBT and PHEMT12/17/20216RFIC发展与展望发展与展望2021/8/146第三代移动通信终端第三代移动通信终端RFIC

4、:Handsets of the 3G era will integrate many of the RF functionsA single-chip RF subsystem 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

5、flexibility(software radio concept: radio parameters are downloaded to the terminal from the wireless network)12/17/20217RFIC发展与展望发展与展望2021/8/147RFIC器件材料、工艺技术1. SiGe工艺工艺 极低的噪声性能 高的截止频率高，低的生产成本。 由于SiGe HBT的优异性能，SiGe器件有望取代GaAs RF器件。SiGe器件用于无线手机，使电源功率、性能、集成度和低成本溶于一体。2.CMOS工艺技术工艺技术 CMOS 制造的 RFIC易与数字电路集成

6、，如果CMOS能提高到更高的频率，将会进一步降低制造成本，在IMT-2000无线系统中被大量采用。3.GaAs工艺技术工艺技术 GaAs性能上的优势，历史基础好，但制造成本高（主要是材料较贵）。4.HBT器件器件 GaAs HBT是一种改进的双极晶体管，只需单一的正电源就可工作； 而GaAs MESFET和GaAs PHEMT则需双电源工作。12/17/20218RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1483RFIC技术的发展现状和展望技术的发展现状和展望 （1） 韩国韩国SEC（三星公司）（三星公司） 0.5 um BiCMOSLG 公司公司 TEMIC SiGe HBTETRI（HHP

7、 RFIC CMOS工艺）工艺）Advanced Semiconductor Business（SiGe HBT 工艺）、工艺）、Future communications integrated circuit Inc. （SiGe HBT/GaAs MESFET）、）、Integrant Technologies Inc.(CMOS、BiCMOS工艺工艺)POSTECH （2）RF MEMS12/17/20219RFIC发展与展望发展与展望2021/8/149RFIC Research in POSTECH RF front-end circuits large signal models

8、and nonlinear noise models for GaAs devices and Si MOSFET. LNA, mixer oscillator, nonlinear noise analysis. 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 st

9、ation. Feedforward technique , Feedback Predistortion technique (POSTECH Patent) and Low Frequency 2nd Order Intermodulation Feed-forwarding (POSTECH Patent). 12/17/202110RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1410常规1.85GHz PCS CDMA低噪声放大器（LNA） 电路Samsung 0.5um Si BiCMOS 工艺12/17/202111RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1411传统LNA电路设计

10、12/17/202112RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1412改进的LNA电路设计超宽动态范围CDMA LNA线性改进技术12/17/202113RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1413新的电路方案LNA测量结果 功率消耗降低50% 噪声系数优于常规电路 是目前性能最佳的LNA12/17/202114RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1414Bluetooth RFIC设计 Samsung公司 CMOS工艺PLLCtrlGFBiasRSSIRef. ClockHop controlTX DataBB Out 1BB Out 2RSSI OutCKVddPALNAR

11、FS/WBPFVCOLPFLPFLimiterLimiter+45Power Control-4512/17/202115RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1415功放电路设计VDDVDDIN-IN-OUTOUTCont+Cont+Cont-Cont-VDDVDDVDD-VDD-A : Gain Stage (Input Stage) B : Variable Atten.C : Balun D : Power Stage (Output Stage)Low power consumption is important12/17/202116RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1

12、416Bluetooth RFIC测试结果 Input Match : -10dBOutput Match : -15dBGain : 2223dBP1dB : 4dBm12/17/202117RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1417RF开关ANTANTLNALNAPAPAVcon+Vcon+Vcon-Vcon-Vcon+Vcon+Vcon-Vcon-Input Match : -13dBOutput Match : 43dB12/17/202118RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1418RFIC发展趋势 高度集成 减小体积 降低电源电压 降低成本 12/17/202119

13、RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1419RFIC发展策略建议从RFIC芯片的发展历程来看，美国花费了近20年，现在几乎垄断了全世界的市场。而韩国花费了近10年的周期，搞出了具有自主知识产权的RFIC芯片。为缩短我国的开发历程，建议： 加强院、校、所与企业合作，发挥双方各自的优势，联合攻关 创建产、学、研相结合的创业投资及管理模式 加快专业人才培养 吸收国外先进技术，实现自主设计12/17/202120RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1420结论 微电子产业是一个战略性产业，如果没有自己的微电子产业，就会失去战略主动地位。集成电路与一个国家的安全和经济发展密切相关。 因此，在

14、我国加快射频集成电路的研究和开发成为刻不容缓的任务。12/17/202121RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1421（2） RF MEMS技术 MEMS技术目标：信息获取（传感器）、信息处理和信息执行机构（执行器）集成为一体化，实现真正的机电一体化，是微电子技术的有一场革命。12/17/202122RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1422硅基微电子机械系统 硅具有较好的机械性能硅具有较好的机械性能 材料强度和硬度性能 热导和热膨胀性能 硅对许多效应敏感硅对许多效应敏感适合制造各种传感器 12/17/202123RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1423MEMS构造技

15、术 硅基微电子机械系统 基于硅微电子加工技术 非硅基微电子机械系统 与硅微电子加工技术不同的各种构造工艺 MEMS构造技术表面微机械加工技术体微机械加工技术12/17/202124RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1424表面微机械加工技术 把MEMS的机械部分（运动元件或传感器等）制作淀积在硅晶体表面薄膜上，使其局部与硅体部分分离，呈现可运动的机械。 硅晶体表面薄膜：多晶硅、二氧化硅、氮化硅等12/17/202125RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1425体微机械加工技术 体微机械加工机械运动元件制作在硅内 体硅腐蚀的各向同性方法在硅平面上腐蚀出梯形或锥形等立体结构 结构大小和形状通过光刻技术控制。12/17/202126RFIC发展与展望发展与展望2021/8/1426非硅基MEMS加工技术 LIGP技术（Lithographic Galvano Formung and Abformung ）12/17/202127RFIC