Realisering av trådløst system ved bruk av RF-effektforsterkerdriver
For øyeblikket kan 8Vpp og pulsbreddemodulering RF høyspennings- / høyeffektdrivere realiseres på grunnlag av 1.2V 65nm CMOS-teknologi. Innenfor driftsfrekvensområdet fra 0.9 til 3.6 GHz kan brikken gi en maksimal utgangssving på 8.04 Vpp til en 50Ω belastning ved en 9 V driftsspenning. Dette gjør det mulig for CMOS-drivere å koble direkte til og drive strømtransistorer som LDMOS og GaN. Maksimal motstand mot denne driveren er 4.6Ω. Driftssykluskontrollområdet målt ved 2.4 GHz er 30.7% til 71.5%. Ved å bruke en ny tynn oksydlagsavløps-MOS-enhet, kan sjåføren oppnå pålitelig høyspentdrift, og denne nye enheten krever ikke ekstra kostnader når den implementeres av CMOS-teknologi.
Moderne trådløse håndholdte kommunikasjonsradioer (inkludert radiofrekvens (RF) effektforsterkere (PA)) er alle implementert i dyp submikron CMOS. Imidlertid er det i trådløse infrastruktursystemer på grunn av behovet for større utgangseffektnivåer nødvendig å oppnå RF PA gjennom silisium LDMOS eller hybridteknologier (for eksempel GaA og mer avansert GaN). For neste generasjon rekonfigurerbare infrastruktursystemer. Med andre ord ser brytermodus PA (SMPA) ut til å gi den nødvendige fleksibiliteten og høy ytelse for flerbånds multimodus sendere. For å koble høyeffekttransistorene som brukes i SMPA til basestasjonen til alle digitale CMOS-modulene til senderen, kreves det imidlertid en bredbånds RF CMOS-driver som er i stand til å generere en høyspennings (HV) sving. Dette kan ikke bare oppnå bedre høyeffekts transistorytelse, men kan også direkte bruke digital signalbehandling for å kontrollere den nødvendige SMPA-inngangspulsbølgeformen, og dermed forbedre systemets totale ytelse.
Designutfordring
Inngangskapasitansen til LDMOS eller GaN SMPA er vanligvis flere picofarader og må drives av et pulssignal med en amplitude høyere enn 5Vpp. Derfor må SMPA CMOS-driveren sørge for både høyspenning og wattnivå RF-effekt. Dessverre utgjør dyp sub-micron CMOS mange utfordringer for realiseringen av høyspennings- og høyeffektforsterkere og drivere, spesielt den ekstremt lave maksimale driftsspenningen (dvs. lav nedbrytningsspenning forårsaket av pålitelighetsproblemer) og passive passiver med store tap. Enheter (for eksempel for impedanstransformasjon).
Eksisterende løsninger
Det er ikke mange metoder for å implementere høyspenningskretser. Tekniske løsninger (for eksempel multi-gate oksid) som kan realisere høyspenningstoleransetransistorer kan brukes, men kostnaden er at produksjonsprosessen er dyr, og ytterligere masker og prosesseringstrinn må legges til baseline CMOS prosessen, så løsningen er ikke ideell. I tillegg, for å øke høyspenningstoleransen pålitelig, kan et kretsskjema som bare bruker standard baselinjetransistorer (ved bruk av tynne / tykke oksydanordninger) brukes. I den andre metoden er enhetsstabling eller seriekatoder de vanligste eksemplene. Kompleksiteten og ytelsen til RF har imidlertid store begrensninger, spesielt når antallet seriekoblede katodeenheter (eller stablede) enheter øker til 2 eller mer. En annen måte å implementere høyspenningskretser på er å bruke dreneringsforlengede felteffekttransistorer (EDMOS) i baseline CMOS-teknologi som beskrevet i denne artikkelen.
Ny løsning
Avløpsutvidelsesenheten er basert på intelligent ledningsteknologi, som drar nytte av realiseringen av veldig fine dimensjoner i regionene ACTIVE (silisium), STI (oksid) og GATE (polysilisium), og bruk av grunnlinjer uten ekstra kostnader Dyp sub-micron CMOS-teknologi realiserer to høyspenningstoleransetransistorer, PMOS og NMOS. Selv om RF-ytelsen til disse EDMOS-enhetene faktisk er lavere sammenlignet med standardtransistorer som bruker denne prosessen, kan de fortsatt brukes i hele høyspenningskretsen på grunn av eliminering av viktige tapsmekanismer assosiert med andre HV-ekvivalente kretser (for eksempel seriekatoder ) For å oppnå høyere total ytelse.
Derfor bruker høyspent CMOS-driver-topologien beskrevet i denne artikkelen EDMOS-enheter for å unngå stabling av enheter. RF CMOS-driveren vedtar tynne oksidlag EDMOS-enheter og er produsert gjennom en 65nm lav standby-kraft baseline CMOS-prosess, og ingen ekstra masketrinn eller prosesser er nødvendige. For PMOS og NMOS overstiger fT målt på disse enhetene henholdsvis 30 GHz og 50 GHz, og spenningen deres er begrenset til 12 V. Høyhastighets CMOS-drivere har uten sidestykke oppnådd en utgangssving på 8Vpp opp til 3.6 GHz. Et så bredt gap-basert SMPA gir kjøring.
Figur 1 er et skjematisk diagram av strukturen til driveren beskrevet heri. Utgangstrinnet inkluderer en EDMOS-basert inverter. EDMOS-enheter kan drives direkte av lavspente høyhastighets standardtransistorer, noe som forenkler integrasjonen av utgangstrinnet og andre digitale og analoge CMOS-kretser på en enkelt brikke. Hver EDMOS-transistor drives av en konisk buffer (buffer A og B i figur 1) implementert av 3 CMOS-inverterstrinn. De to bufferne har forskjellige DC-nivåer for å sikre at hver CMOS-inverter kan operere stabilt med en spenning på 1.2V (begrenset av teknologi, det vil si VDD1-VSS1 = VDD0-VSS0 = 1.2V). For å kunne bruke forskjellige strømforsyningsspenninger og tillate samme vekselstrømsdrift, har de to bufferne nøyaktig samme struktur og er bygget inn i et eget Deep N-Well (DNW) lag. Utgangssvingningen til sjåføren bestemmes av VDD1-VSS0, og enhver verdi som ikke overstiger den maksimale sammenbruddsspenningen til EDMOS-enheten kan velges etter ønske, mens driften av den interne driveren forblir uendret. DC-nivåskiftkretsen kan skille inngangssignalet til hver buffer.
Figur 1. Skjematisk diagram over RF CMOS-drivkrets og tilhørende spenningsbølgeformer.
En annen funksjon av CMOS-driveren er å kontrollere pulsbredden til den utgående firkantbølgen, som realiseres ved pulsbreddemodulering (PWM) gjennom variabel gate-forspenningsteknologi. PWM-kontroll hjelper til med å oppnå finjustering og tuning av funksjoner, og forbedrer dermed ytelsen til avanserte SMPA-enheter. Forspenningsnivået til den første inverteren (M3) til bufferne A og B kan bevege seg opp / ned RF sinusformet inngangssignal med referanse til svitsjeterskelen til selve inverteren. Endringen av forspenningen vil endre utgangspulsbredden til omformeren M3. Deretter vil PWM-signalet overføres gjennom de to andre omformerne M2 og M1 og kombineres i utgangstrinnet (EDMOS) til RF-driveren.
Vår andre produkt:
