Реализация на безжична система с помощта на RF усилвател на мощност
Понастоящем 8Vpp и импулсно широчинни модулационни RF драйвери за високо напрежение / висока мощност могат да бъдат реализирани на базата на 1.2V 65nm CMOS технология. В рамките на работния честотен диапазон от 0.9 до 3.6 GHz, чипът може да осигури максимално люлеене на изхода от 8.04 Vpp към 50Ω товар при 9 V работно напрежение. Това позволява на CMOS драйверите да свързват директно и да задвижват силови транзистори като LDMOS и GaN. Максималното съпротивление при включване на този драйвер е 4.6Ω. Диапазонът на контрол на работния цикъл, измерен при 2.4 GHz, е 30.7% до 71.5%. Използвайки ново MOS устройство за удължаване на изтичането на тънък оксиден слой, драйверът може да постигне надеждна работа с високо напрежение и това ново устройство не изисква допълнителни разходи, когато е внедрено от CMOS технология.
Съвременните безжични ръчни комуникационни радиостанции (включително усилватели на мощност на радиочестотни (RF) мощности (PA)) са внедрени в дълбоки субмикронни CMOS. Въпреки това, в безжичните инфраструктурни системи, поради необходимостта от по-големи нива на изходна мощност, е необходимо да се постигне RF PA чрез силициеви LDMOS или хибридни технологии (като GaA и по-модерни GaN). За следващото поколение реконфигурируеми инфраструктурни системи С други думи, режимът на превключване PA (SMPA) изглежда осигурява необходимата гъвкавост и висока производителност за многолентови многорежимни предаватели. За да се свържат обаче мощните транзистори, използвани в SMPA на базовата станция, към всички цифрови CMOS модули на предавателя, е необходим широколентов RF CMOS драйвер, способен да генерира люлеене с високо напрежение (HV). Това не само може да постигне по-добра мощност на транзистора с висока мощност, но също така може директно да използва цифрова обработка на сигнала, за да контролира необходимата SMPA входна импулсна форма, като по този начин подобрява общата производителност на системата.
Предизвикателство за дизайн
Входният капацитет на LDMOS или GaN SMPA обикновено е няколко пикофарада и трябва да се задвижва от импулсен сигнал с амплитуда по-висока от 5Vpp. Следователно SMPA CMOS драйверът трябва да осигурява както високо напрежение, така и RF мощност на ниво ват. За съжаление дълбокият подмикрон CMOS поставя много предизвикателства пред реализацията на усилватели и драйвери с високо напрежение и висока мощност, особено изключително ниското максимално работно напрежение (т.е. ниско напрежение при повреда, причинено от проблеми с надеждността) и пасивни пасивни системи с големи загуби. Устройства (например за преобразуване на импеданс).
Съществуващи решения
Няма много методи за внедряване на схеми за високо напрежение. Могат да се използват технически решения (като многооксиден оксид), които могат да реализират транзистори с толеранс на високо напрежение, но цената е, че производственият процес е скъп и трябва да се добавят допълнителни маски и стъпки за обработка към основния CMOS процес, така че това решението не е идеално. В допълнение, за да се увеличи надеждно толеранса на високо напрежение, може да се използва схема на веригата, използваща само стандартни базови транзистори (използващи устройства с тънък / дебел оксид). Във втория метод подреждането на устройства или серийните катоди са най-често срещаните примери. Сложността и производителността на RF обаче имат големи ограничения, особено когато броят на последователно свързани катодни (или подредени) устройства нараства до 2 или повече. Друг начин за внедряване на схеми за високо напрежение е използването на транзистори с разширен полеви ефект (EDMOS) в основната CMOS технология, както е описано в тази статия.
Ново решение
Устройството за удължаване на канализацията е базирано на интелигентна технология на окабеляване, което се възползва от реализирането на много фини размери в зоните ACTIVE (силиций), STI (оксид) и GATE (полисилиций) и използването на изходни линии без допълнителни разходи Дълбоко подмикрон CMOS технологията реализира два транзистора за толеранс на високо напрежение, PMOS и NMOS. Въпреки че радиочестотните характеристики на тези EDMOS устройства всъщност са по-ниски в сравнение със стандартните транзистори, използващи този процес, те все още могат да бъдат използвани в цялата схема на високо напрежение поради елиминирането на важни механизми на загуби, свързани с други HV еквивалентни вериги (като серийни катоди ) За постигане на по-висока цялостна производителност.
Следователно топологията на драйвера за CMOS с високо напрежение, описана в тази статия, използва EDMOS устройства, за да се избегне подреждането на устройства. RF CMOS драйверът приема EDMOS устройства с тънък оксиден слой и се произвежда чрез 65nm базов CMOS процес с ниска готовност и не се изискват допълнителни стъпки или процеси на маска. За PMOS и NMOS, fT, измерен на тези устройства, надвишава съответно 30GHz и 50GHz, а напрежението им на пробив е ограничено до 12V. Високоскоростните CMOS драйвери са постигнали безпрецедентно люлеене на изхода от 8Vpp до 3.6GHz. Такъв SMPA, базиран на широка лента, осигурява шофиране.
Фигура 1 е схематична диаграма на структурата на драйвера, описана тук. Изходният етап включва EDMOS-базиран инвертор. EDMOS устройствата могат да бъдат директно задвижвани от нисковолтови високоскоростни стандартни транзистори, което опростява интеграцията на изходния етап и други цифрови и аналогови CMOS схеми на един чип. Всеки EDMOS транзистор се задвижва от конусен буфер (буфер А и В на фигура 1), реализиран от 3 инверторни етапа на CMOS. Двата буфера имат различни нива на постоянен ток, за да гарантират, че всеки CMOS инвертор може да работи стабилно при напрежение 1.2V (ограничено от технологията, т.е. VDD1-VSS1 = VDD0-VSS0 = 1.2V). За да се използват различни захранващи напрежения и да се позволи една и съща работа на променлив ток, двата буфера имат абсолютно еднаква структура и са вградени в отделен слой Deep N-Well (DNW). Изходното люлеене на драйвера се определя от VDD1-VSS0 и всяка стойност, която не надвишава максималното напрежение на пробив на EDMOS устройството, може да бъде избрана по желание, докато работата на вътрешния драйвер остава непроменена. Веригата за превключване на нивото на DC може да отдели входния сигнал на всеки буфер.
Фигура 1. Схематична диаграма на RF CMOS задвижващата верига и съответните форми на вълната на напрежението.
Друга функция на CMOS драйвера е да контролира широчината на импулса на изходната квадратна вълна, която се реализира чрез модулация на широчината на импулса (PWM) чрез технология за променливо отклонение на портата. PWM контролът помага за постигане на функции за фина настройка и настройка, като по този начин подобрява производителността на усъвършенстваните SMPA устройства. Нивото на отклонение на първия инвертор (M3) на буферите A и B може да се движи нагоре / надолу RF синусоидален входен сигнал по отношение на прага на превключване на самия инвертор. Промяната на напрежението на отклонението ще промени ширината на изходния импулс на инвертора M3. След това ШИМ сигналът ще бъде предаден през другите два инвертора M2 и M1 и комбиниран в изходния етап (EDMOS) на RF драйвера.
Нашата друг продукт:
