Mas de cinco antenas en el diseños de un smartphone. integración de CMOS, el SOI de un solo chip CMOS diseño RFFE se ha reducido un 83%

Uno de los muchos problemas que complican el diseño RFFE en smartphones es el número de antenas. Como se muestra en la figura 2, los teléfonos inteligentes tienen ahora al menos cinco antennas.2 Además de la antena principal, hay dos antenas de diversidad, 2.4 y 5 GHz antenas Wi-Fi, y una antena LTE. El número de antenas existentes y el factor delgado y delgados de forma de los teléfonos restringir la aplicación de la más alta MIMO orden. Una mayor integración en todos los aspectos de terminales ha permitido la incorporación de funciones dentro del factor de forma restringida. El RFFE está preparado para contribuir a este aumento de la integración auricular.

Figura 2. Al menos cinco antenas están hacinados en 4G LTE típica de hoy de teléfonos inteligentes.
(Fuente:. Chipworks, "Motorola ATRIX HD 4G LTE", © 2012)

Linealidad y otros factores

De acuerdo con el límite de Shannon, que identifica la velocidad de transferencia de información teórica máxima del canal, la capacidad de linealidad impacto requisitos de banda ancha. Los componentes que son más altamente lineal lograr mayores velocidades de datos en el canal de comunicación. La tercera orden de punto de intercepción de entrada (IIP3) especificado por el organismo de normalización 3GPP y utilizado por la industria determina el grado de linealidad requerida para evitar la interferencia con otros dispositivos de la red.Como se muestra en la Tabla 1, cada generación sucesiva de red celular, de 2G, 3G a, a 4G ha exigido cada vez mayor linealidad.

Tabla 1. El aumento de requisitos de linealidad de las redes de la bodega.
(Fuente: Mobile Intel Corporation, "Desafíos para radios debido a los requisitos de agregación Carrier", de Larry Schumacher, 6 de noviembre de 2012).

Cuando las arquitecturas multi-banda de las redes WCDMA / GSM han sido diseñados para sustituir a las redes 2G, que requieren hasta nueve caminos del interruptor. Para evitar problemas de interferencia, el organismo de normalización 3GPP elevó los requisitos IIP3 a +65 dBm. Redes LTE se incrementaron los requisitos de rendimiento de 72 dBm y la complejidad de la función de cambio de equipo de usuario (UE) aún más. De hecho, el número de bandas de RF y rutas de conmutación en aplicaciones inalámbricas móviles sigue aumentando, con más de 30 rutas de conmutación presentes en el RFFE de un teléfono avanzado LTE. Para apoyar el uso del teléfono para voz y datos, con dos vías de transmisión que operan al mismo tiempo, los proveedores de servicios celulares esperan que los conmutadores de antena pueden tener que cumplir con un nivel mínimo de +90 dBm IIP3.

La linealidad es quizás el más importante y el factor más difícil en los RFFEs utilizados para redes avanzadas, pero existen otros temas y métricas de rendimiento. El creciente número de rutas de señales conduce a la necesidad de una mayor en el chip de aislamiento para evitar el acoplamiento y la unión de las señales que pueden afectar al rendimiento de un multi-banda RFFE. Por ejemplo, los PCS1900 de transmisión se solapa con la banda DCS1800 reciben banda en un teléfono celular multi-banda moderna. Sin aislamiento de 35 dB o mejor, no deseados dentro de la banda de señales que pasan por los filtros desensibilizar el receptor y dar lugar a la interrupción de llamadas. Llamadas caídas y disminución de las velocidades de datos son algunos de los problemas creados a partir de cuestiones armónicas y de intermodulación.

El despliegue mundial de LTE en una multitud de bandas de frecuencia dispersos de 699 MHz a 2690 MHz ha magnificado el problema de RF-interferencia en redes celulares. Para agravar el problema es la co-existencia y operación simultánea de múltiples radios en smartphones, incluyendo Bluetooth ®, Wi-Fi, GPS y tecnologías, así como las frecuencias celulares.

Tecnología de última generación para permitir una mayor linealidad

La avanzada tecnología SOI-UltraCMOS con una muy aislantes sustrato inicialmente resuelto WCDMA / GSM problemas RFFE cuando se subió al alto volumen de producción en 2007. Desde entonces, una serie de procesos y los avances a nivel de dispositivos han permitido sistemáticamente una mejora de rendimiento del 20% año a año (interanual). La mejora se mide por un factor de mérito (FOM) para la métrica de la tecnología de proceso calculado a partir del producto de la resistencia en el estado de la capacitancia y de el estado de apagado, o "RonCoff." Proceso o avances a nivel de dispositivos que reducen este número mejorar el rendimiento del producto final.

La primera mejora fue a nivel de dispositivo. La adición de una técnica de interpretación armónica - HaRP linealidad de Peregrine-mejoras para el diseño de dispositivos RFFE mejora la linealidad de un SOI de RF en el interruptor de zafiro en 10 dB en promedio. La mejora se debió a los esfuerzos combinados de los modeladores de procesos, ingenieros y diseñadores, quienes determinaron que las no linealidades se estaban produciendo e inventó la tecnología para resolver el problema de la no linealidad. La Figura 3 muestra la línea de base y los niveles de rendimiento mejorado con la nueva invención.

Figura 3. Con y sin mejoras a nivel de dispositivos tecnológicos arpa de Peregrine en el interruptor PE4263 SP6T, demostrar su capacidad para alcanzar los requisitos de la fase de armónicos tercero mejoraron a 05:01 VSWR. Condiciones: 3fo, Tx1, 33,5 dBm, 2.6V, 915 MHz.

La siguiente mejora importante se produjo en el proceso de fabricación-la aplicación de una técnica de unión para unir una oblea de silicio para el substrato de zafiro. Con este enfoque, un-crecido epitaxialmente capa delgada de silicio está unido a la parte superior del sustrato de zafiro para evitar la introducción de defectos. La interfaz vinculada es una capa de adhesión y no una verdadera conexión molecular.

Utilizando la tecnología de servidumbre en el proceso de obleas, la RonCoff cayó por debajo de la de GaAs, lo que permite el mejor rendimiento global de RF y robustez, así como el tamaño y RFFEs más bajo de consumo de energía. El proceso de servidumbre logra un aumento de rendimiento de hasta un 30%.

Los más recientes resultados de mejora de proceso de uso de la tecnología unido con una contracción de la tecnología de 0,35 a 0,25 micras. Como se muestra en la Figura 4, esta combinación ha producido la mayor mejora en RonCoff para un período de 12 meses. En lugar del 20% de reducción histórica interanual, un 36% de disminución interanual resultó - dentro de los 12 meses del anuncio. Con la tecnología de proceso de RFFE de hoy en 0,25 m, hay un largo camino para llegar a la transformación de vanguardia tecnología digital a 32 nm o incluso 22 nm.

La Figura 4. La mejora progresiva de RonCoff en SOI CMOS con una muy aislantes tecnología de proceso, denominado Escalón sustrato se mantiene hasta el presente.

Además de la mejora de la linealidad, la capacidad intrínseca de la tecnología UltraCMOS es su capacidad para lograr un alto rendimiento de descarga electrostática (ESD), también. La tecnología tiene 4 kV Modelo del cuerpo humano (HBM) capacidad ESD, una magnitud mayor que la de GaAs, que elimina la protección ESD adicional que requieren diseños de GaAs.

Además, CMOS permite la integración de RF, circuitos analógicos, pasivo y digital en un solo dado. Este nivel de integración con el conmutador de RF significa que un solo IC flip-chip puede proporcionar la solución de conmutación RF. Esta solución monolítica simplifica el inventario y de reunión, y aumenta los rendimientos. La huella de un solo chip progresivamente más pequeñas se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Con la integración de CMOS, el SOI de un solo chip CMOS diseño RFFE se ha reducido un 83% en seis años.

Una actualización de rendimiento

La actualización reciente anuncio de que ya punta rendimiento SOI CMOS ha demostrado una notable mejora en la linealidad y la FOM RonCoff. Como se muestra en la Figura 6, el IIP3 de la última plataforma tecnológica de Peregrine Semiconductor UltraCMOS (STEP) supera 77dBm.Con una demanda insaciable de la industria de la comunicación para mejorar la linealidad, este nivel de rendimiento permite seguir avanzando en un área crítica.

La Figura 6. El cumplimiento de los requisitos cada vez mayores de linealidad de 2G, 3G y redes 4G con tecnología SOI / CMOS.

La FOM RonCoff del último paso mejora la tecnología Paso8-significativamente la linealidad, la pérdida de inserción y la capacidad de aislamiento de los productos RFIC. Un interruptor de RF y un interruptor de antena de ajuste proporcionan ejemplos de estas capacidades.

El conmutador RF SP16T diseñado y fabricado en el nuevo proceso de toma casi el 40% menos de espacio en comparación con su predecesor, que ya tenía una presencia líder en la industria.Con su diseño-en la capacidad de evitar desajuste antena, el interruptor altamente integrado de antena tuning SP4T tiene sobre la resistencia de 1,5 ohmios y la pérdida de inserción (IL), el rendimiento de 0,15 dB igualado a 900 MHz. Este desempeño IL es una mejora del 66% con respecto a la oferta anterior.

4G LTE y más allá

Con 4G LTE y avanzando, los avances en dispositivos de comunicación inalámbrica y su infraestructura de apoyo continúan exigiendo mayores niveles de integración, el aislamiento y la linealidad de la RFFE. SOS con altamente escalable circuitos CMOS ha demostrado su capacidad de cumplir con estos requisitos de alta linealidad y baja pérdida de inserción en un solo IC, monolíticamente integrada. Esta tecnología está preparada para ofrecer un rendimiento aún mayor con la adición de más capacidades digitales, incluyendo la auto-calibración, compensación de temperatura, capacidad de ajuste y otras inteligencia de RF.

Nota: El nombre y el logotipo de Peregrine Semiconductor y UltraCMOS son marcas registradas de Peregrine Semiconductor Corporation en los EE.UU. y otros países. Todas las demás marcas comerciales mencionadas en este documento son propiedad de sus respectivos dueños.

Referencias:

1. Cisco Visual Networking Index Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2012 - 2017, © 2013, p. 5.

2. Chipworks, "Motorola ATRIX HD 4G LTE", © 2012.

3. Mobile Intel Corporation, "Desafíos para radios debido a los requisitos de agregación Carrier", de Larry Schumacher, 6 de noviembre del 2012.