
既然如此,为什么还有人认为性能是在单独芯片上采用专用RF工艺的理由呢?原因是多方面的。
工艺和性能 一个合理的原因是频率。“管理需求促使超宽带射频链路向更高波段发展。这种压力要求我们设计的产品在10 GHz 的频率上运行”, Alereon工程与运营副总裁David Shoemaker说,“在该频率下,CMOS的 快速运行特性非常合适。但是,这些频率即使没有大的波动也会对CMOS造成严重问题。例如, VCO(压控振荡器) 容易变得不稳定,并伴有增益平坦度的问题。”分析这些问题后,Alereon 选择了以SiGe 工艺实施RF 前端,这样可以迁移到CMOS。“我们可以选择迁移电路,但目前这种做法不会大量节约成本。”Shoemaker 说道。
除了增益外,
架构师们采用CMOS工艺实施 RF还需要考虑线性度问题。
无线电对非线性的敏感度取决于应用和调制方案。“标准对于能否以特定的技术制造无线电有很大影响,”Staccato公司的Aiello表示,“例如,我们使用QPSK (正交相位偏移键控)而不是64-QAM (正交调幅),从而可降低对RF 部分线性度
的要求。”
另一个采用数字CMOS 的大问题是模型。 数字CMOS器件通常采用高频数字模型,而更少或不涉及小信号模型。 “对于早期的RF 用户,不论是否采用CMOS工艺,模型总是个问题,”Cypress Semiconductor的首席系统架构师Dave Wright说,“我们应用于无线USB 产品的BiCMOS 工艺,最初也是为高速通信电路设计,而不是专为RF设计的。 它有很好的特性,但我们采用了多个运行点而不是一个运行点。”
晶体管模型并不是唯一的问题。噪声模型,特别是通过电源及衬底传播噪声的性能良好的模型非常关键。运行电压较低的任何RF 设计通常会产生噪音。而在诸如具有片上功率放大器的收发器这样的系统中,及出现多个互不相关RF 信号的多天线设计中,情况也是如此。即使模型本身很完善,你会对工艺工程师致力实现大型数字设计的良好成品率牵肠挂肚。他们没有必要注意小信号RF模型参数,而是将他们的工艺集中关注于门电路和SRAM 单元。因此,采用数字CMOS的设计团队,有责任实现自己的模型组并与代工厂建立紧密的关系来校准其模型。
模型的不确定性增加了难于量化的设计风险。 尽管存在这样的困难,设计师们必须在决策中考虑这些风险。 如果不能接受设计存在一种或三种貌似有理的风险,那么有两种选择:一是依赖成功的设计团队和成熟的RF 工艺,二是依赖数字校准RF 电路来补偿模型或变化量的不确定性。 “基本上对于缺少信心的模型我们都会进行补偿。”Analog Devices的Grant说。ADI 设计师为了在工作温度范围内稳定CMOS信号路径,有时在简单的偏置发生器中使用20个或30个额外晶体管,这并不是什么稀罕事。 Analog Devices有时在精密的RF 电路 (图1)旁边增加低压差稳压器来控制CMOS 芯片中的电压变量。 设计师有时也会采用数字技术: 使用 ADC 来快速测量电路的运行点及计算补偿参数,同时加载DAC 来调整偏压电流或补偿电流 (图 2)。 有些设计师甚至开玩笑地说他们正转向一种将 DAC 输出附加在每个RF 晶体管引脚上的设计风格。
“毫无疑问实现无线电的可升级性是一种数字密集型工艺,”TI的 Krenik说,“例如,线性度问题就是一个基本的挑战。传统的设计要求极高线性度的高压前端。但采用现今的工艺已经可以忽略这个问题。现在,我们使用精密的数字控制偏置电流与其它参数,从而实现性能较差电路的线性化。”

但这种级别的控制本身又会引发单芯片/双芯片的争论。“功耗是最重要的参数之一,” NextWave Wireless的产品研发部高级副总裁Adam Gould说,“通常,人们认为较老的工艺所消耗的功耗更多。但是在CMOS中,功耗可实现线性度。例如,WiMax中功耗预算最大的问题之一就是实现功率放大器足够的线性度。如今,优化的RF 工艺可以更好地降低功耗。”
所以选择单芯片还是多芯片不可一概而论。某些市场不提供任何实际的选择方案:市场期望单芯片方式,成本限制需要单芯片方式。这些市场中典型的应用恐怕要说基带数字CMOS
SoC 集成无线电。而在其它市场中,设计团队 也可以采取多芯片封装,这主要取决于性能和功耗要求、无线电架构的选择、稳定模型的可用性及团队的经验。“如今在宽带CDMA 中既可以看到数字CMOS ,也可以看到SiGe RF,” IBM的O’Connell说。对于一些其它领域,特别是10GHz 和10GHz以上的频率范围,目前还不存在适合接收器的RF 工艺。“WiMax、5GHz 网络及雷达目前仍然是SiGe应用场合,”O’Connell 继续说道。但要注意,SiGe 或GaAs等特殊工艺所需的频率大大低于功率放大器和天线开关的频率,从而需要比接收器更高的功耗。