Реалізація бездротової системи за допомогою драйвера підсилювача потужності
В даний час на основі технології CMOS 8 В 1.2 нм можуть бути реалізовані високочастотні / потужні RF-модулятори 65Vpp та широтно-імпульсної модуляції. У робочому діапазоні частот від 0.9 до 3.6 ГГц мікросхема може забезпечити максимальний вихідний хит 8.04 Вт на час до навантаження 50 Ом при робочій напрузі 9 В. Це дозволяє драйверам CMOS безпосередньо підключати та керувати силовими транзисторами, такими як LDMOS та GaN. Максимальний опір даного драйвера становить 4.6 Ом. Діапазон контролю робочого циклу, виміряний на частоті 2.4 ГГц, становить від 30.7% до 71.5%. Застосовуючи новий тонкооксидний MOS-пристрій для розширення зливного стоку, драйвер може досягти надійної роботи високовольтних станцій, і цей новий пристрій не потребує додаткових витрат при реалізації за допомогою технології CMOS.
Сучасні бездротові портативні радіостанції зв'язку (включаючи радіочастотні (РЧ) підсилювачі потужності (ПА)) реалізовані в глибоких субмікронних КМОП. Однак у бездротових інфраструктурних системах через потребу в більших рівнях вихідної потужності необхідно досягти РЧ-частоти за допомогою кремнієвих LDMOS або гібридних технологій (таких як GaA та більш досконалі GaN). Для наступного покоління реконфігурованих інфраструктурних систем Іншими словами, режим комутації PA (SMPA), схоже, забезпечує необхідну гнучкість і високу продуктивність для багатосмугових багаторежимних передавачів. Однак для того, щоб підключити потужні транзистори, що використовуються в SMPA базової станції, до всіх цифрових модулів CMOS передавача, необхідний широкосмуговий RF CMOS-драйвер, здатний генерувати коливання високої напруги (HV). Це не тільки дозволяє досягти кращих потужних транзисторних характеристик, але також може безпосередньо використовувати цифрову обробку сигналу для управління необхідною формою сигналу вхідного імпульсу SMPA, тим самим покращуючи загальну продуктивність системи.
Виклик дизайну
Вхідна ємність LDMOS або GaN SMPA, як правило, становить кілька пікофарадів і повинна керуватися імпульсним сигналом з амплітудою вище 5 Впп. Отже, драйвер SMPA CMOS повинен забезпечувати високочастотну та високочастотну ВЧ потужність. На жаль, глибокий субмікронний CMOS ставить багато проблем для реалізації високовольтних та потужних підсилювачів та драйверів, особливо надзвичайно низької максимальної робочої напруги (тобто низької напруги пробою, спричиненої проблемами надійності) та пасивних пасивних систем з великими втратами. Пристрої (наприклад, для перетворення імпедансу).
Існуючі рішення
Методів реалізації високовольтних схем не так багато. Можуть бути використані технічні рішення (наприклад, багатозатворний оксид), які можуть реалізувати транзистори з високим напругою, але вартість полягає в тому, що виробничий процес є дорогим, а додаткові маски та етапи обробки повинні бути додані до базового КМОП-процесу, тому це рішення не є ідеальним. Крім того, для надійного підвищення допуску високої напруги може бути використана схема схеми, що використовує лише стандартні базові транзистори (з використанням тонких / товстих оксидних пристроїв). У другому способі найпоширенішими прикладами є укладання пристроїв або серійні катоди. Однак складність і продуктивність ВЧ мають великі обмеження, особливо коли кількість послідовно підключених катодних (або складених) пристроїв збільшується до 2 і більше. Іншим способом реалізації високовольтних схем є використання польових транзисторів з розширеним стоком (EDMOS) у базовій технології CMOS, як описано в цій статті.
Нове рішення
Пристрій розширення стоку засноване на інтелектуальній технології проводки, що забезпечує вигідні розміри в ACTIVE (кремній), STI (оксидний) і GATE (полікремнієвий) регіони, а також використання базових ліній без додаткових витрат. Технологія CMOS реалізує два високовольтних транзистори допуску, PMOS і NMOS. Хоча ВЧ-ефекти цих пристроїв EDMOS насправді нижчі порівняно зі стандартними транзисторами, що використовують цей процес, вони все ще можуть бути використані у всій високовольтній схемі завдяки усуненню важливих механізмів втрат, пов'язаних з іншими схемами еквівалентних ВН (таких як послідовні катоди ) Для досягнення вищих загальних показників.
Тому топологія високовольтного драйвера CMOS, описана в цій статті, використовує пристрої EDMOS, щоб уникнути складання пристроїв. Драйвер RF CMOS приймає тонкооксидні EDMOS-пристрої і виготовляється за допомогою базового CMOS-процесу з низькою енергією в режимі очікування 65 нм, і ніяких додаткових етапів маски та процесів не потрібно. Для PMOS та NMOS fT, виміряний на цих пристроях, перевищує 30 ГГц та 50 ГГц відповідно, а напруга їх пробою обмежена 12 В. Високошвидкісні драйвери CMOS безпрецедентно досягли коливання на виході 8Vpp до 3.6 ГГц. Такий широкий діапазон SMPA на основі розриву забезпечує керування.
Фіг.1 являє собою принципову схему структури драйвера, описаного тут. Вихідний каскад включає інвертор на основі EDMOS. Пристрої EDMOS можуть безпосередньо керуватися низьковольтними високошвидкісними стандартними транзисторами, що спрощує інтеграцію вихідного каскаду та інших цифрових та аналогових схем CMOS на одному мікросхемі. Кожен транзистор EDMOS приводиться в дію конічним буфером (буфери A і B на рис. 1), реалізованим на 3 каскадах інвертора CMOS. Два буфери мають різні рівні постійного струму, щоб гарантувати, що кожен інвертор CMOS може стабільно працювати при напрузі 1.2 В (обмежена технологією, тобто VDD1-VSS1 = VDD0-VSS0 = 1.2 В). Для того, щоб використовувати різні напруги джерела живлення і дозволяти однакову роботу змінного струму, два буфери мають абсолютно однакову структуру і вбудовані в окремий шар глибокої свердловини (DNW). Вихідні коливання драйвера визначаються VDD1-VSS0, і будь-яке значення, яке не перевищує максимальну напругу пробою пристрою EDMOS, можна вибрати за бажанням, тоді як робота внутрішнього драйвера залишається незмінною. Схема зміщення рівня постійного струму може відокремлювати вхідний сигнал кожного буфера.
Рисунок 1. Принципова схема схеми приводного КМОП-приводу та відповідних сигналів напруги.
Ще однією функцією драйвера CMOS є контроль ширини імпульсу вихідної квадратної хвилі, що реалізується за допомогою модуляції ширини імпульсу (ШІМ) за допомогою технології змінного зміщення затвора. ШІМ-контроль допомагає досягти функцій тонкої настройки та настройки, тим самим підвищуючи продуктивність вдосконалених пристроїв SMPA. Рівень зсуву першого інвертора (M3) буферів A і B може переміщатися вгору / вниз по ВЧ-синусоїдальному вхідному сигналу з посиланням на поріг комутації самого інвертора. Зміна напруги зміщення змінить ширину вихідного імпульсу інвертора M3. Потім ШІМ-сигнал буде передаватися через інші два інвертори M2 і M1 і об'єднуватися на вихідному каскаді (EDMOS) RF-драйвера.
Наш інший продукт:
