CMOS产品主导2.4GHz以下低功耗RFIC市场

发布于:2008/6/2 10:13:45 | 1288 次阅读

  RFIC以GaAs为主,以SiGe、BiCMOS和CMOS技术为辅。基于成本结构与功耗的双重考虑,目前在2.4GHz以下的RFIC几乎是CMOS工艺的天下,通过高端CMOS工艺,CMOS应用频率已可涵盖到5.8GHz,甚至更高。特别在短距离的ISM频带数据通信中,除了工业、科学和医学应用外,消费性电子应用也普遍利用这些频谱资源了。近年来,得益于无线产业上下游生产链的紧密配合,RF模块的设计也越来越简化,成本越见降低,终端使用者将更乐于享受无线生活带来的便利。

  笙科电子正是以CMOS技术设计2.4GHz RFIC的主要供货商。其专注以CMOS工艺设计RFIC,从组件布局设计、多晶硅闸极电阻降低,功耗化,独特的电路架构,均伴随着制程工艺逐渐缩小,CMOS RF的高频特性已经逐渐提升,目前,笙科电子正挑战以CMOS RF制程实现商用化5.8GHz无线射频IC。该公司根据各种不同无线应用给客户提供两大选择:2.4GHz与Sub 1GHz。

  笙科电子采用高整合概念设计RFIC,芯片内建VCO、PLL、LNA、PA、FIFO、RSSI、Auto Calibration等功能,使用者可自行选择熟悉的MCU通过SPI接口控制RFIC,笙科电子的RFIC对于MCU并没有挑剔性,RFIC与MCU之间均为数字接口,易于开发与除错,配合笙科电子提供的RF Library及开发套件,研发时不需要艰深的射频知识,生产时也不需要昂贵的射频仪器。RF模块仅需少量的外部组件(10~20颗R/L/C),完全不需要滤波器、balum等射频组件即可轻易地开发各式各样的无线应用。该方案为用户带来的方便之处体现在:

  1.支持低成本石英震荡器

  石英震荡器向来是RFIC的起震来源,多数RFIC仅能支持单一频率的石英震荡器,有时该石英震荡器并不普遍,需要特别订做,造成使用者的困扰。笙科电子设计的RFIC支持多种常见的石英震荡器,也支持与MCU共享一个石英震荡器,应用端RF模块的成本与设计可因此更为精简。

  2.高Q值电感降低设计难度

  在无线通讯电路中,电感应用于RFIC中的电路阻抗匹配及VCO的LC tank,设计电感的挑战在于以硅制程技术不易做到低损耗(high-Q)的电感,长期以来RFIC内建的电感Q值都不容易做高,主要受限于电感值是正比于绕线圈数,在珍贵的IC面积设计高Q值电感是极大的挑战,笙科电子长久与晶圆厂技术合作,积极开发高Q值的电感,除了利用传统的改善方法外,针对特殊的应用研发微机电型(MEMS)电感,利用MEMS技术制作出高Q值的电感。

  3.高灵敏度低噪放大器

  低噪放大器(LNA)是RFIC效能优劣的道关卡,LNA必须能从来自天线的众多信号中取出所要的频段;因此,LNA设计需符合低噪声、高线性特性,晶体管要获得低噪声,其输入阻抗就要尽可能降低,截止频率要尽可能拉高。笙科电子的LNA设计已经在高增益与低功率消耗取得平衡点,整体表现的接收敏感度可高达-110 dBm@433MHz、-100dBm@2.4GHz。在低电流与低电压环境下,大部分RF晶体管偏压在弱反转区域,对于RF电路操作在次临界区域,增益问题比噪声问题来的重要。电路如何在低电损耗下获得高增益是一件需要小心处理的事。

  此外,RFIC内建的VCO、PLL、频率综合器提供稳定的频率作为混波、解调/调变之用,笙科电子所设计的RFIC均可通过SPI接口程序化地控制载波频率与频道频率。

  4.方便使用者自行选择输出功率

  应用在RFIC产品的PA大多为Class A或Class AB mode操作,原因是为了取得优质的线性度、高效率的功率转换;笙科电子RFIC内建的PA也可通过SPI接口程序化地控制输出功率,使用者可以选择适当的功率输出,设计出低功耗的无线系统。

  基于RFIC的各种应用评估

  当使用者欲开发一个RF网络时,必须先考虑网络组态、传输距离、传输速率。以网络组态来说,要考虑实际应用面是一对一还是一对多,是专属协议还是标准协议。此时,若实际应用面为一对一百个节点以上,ZigBee这个标准协议会是个好选择,因为ZigBee网络可支持65,536个节点,低功耗通信、AES128加密机制是的优势。笙科电子开发中的ZigBee芯片也即将进入送样与量产阶段。另外,若实际应用面为一对一或一对数十节点时,专属协议(非标准协议)会是个好选择,因为选择非标准协议,可使用笙科电子RFIC内建的32bit ID和特殊的Data Whitening,达到一对多及加密的RF通信网路。当然,若是非标准协议的架构,使用者可以选择低成本MCU,目前,其系统成本也会比ZigBee低得多。这些变量都将是系统开发者评估时的要素。

  因此,根据不同的应用,设计者的系统成本从几美元到几十美元都有可能,例如无线铁卷门、无线门铃、无线天气站、无线餐饮服务系统、家庭保全、家用自动化、无线鼠标、无线键盘、无线电玩游戏杆、自动读表、无线玩具等等。特别在节能、自动化控制、车用电子、无线影音传输等应用,充满了高毛利的商业机会。笙科电子积极布局两岸三地的市场,使RFIC不再是西方大厂的独霸事业。

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