การใช้ระบบไร้สายโดยใช้ไดรเวอร์เพาเวอร์แอมป์ RF
ในปัจจุบัน 8Vpp และพัลส์ความกว้างมอดูเลต RF แรงดันไฟฟ้าสูง / ไดรเวอร์พลังงานสูงสามารถรับรู้บนพื้นฐานของเทคโนโลยี CMOS 1.2V 65 นาโนเมตร ภายในช่วงความถี่การทำงาน 0.9 ถึง 3.6GHz ชิปสามารถให้เอาต์พุตสวิงสูงสุด 8.04Vpp ไปยังโหลด50Ωที่แรงดันไฟฟ้า 9V ซึ่งช่วยให้ไดรเวอร์ CMOS สามารถเชื่อมต่อโดยตรงและขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์กำลังเช่น LDMOS และ GaN ความต้านทานสูงสุดของไดรเวอร์นี้คือ4.6Ω ช่วงการควบคุมรอบการทำงานที่วัดได้ที่ 2.4GHz คือ 30.7% ถึง 71.5% ด้วยการใช้อุปกรณ์ MOS ส่วนขยายท่อระบายน้ำแบบบางออกไซด์ใหม่ผู้ขับขี่สามารถทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงที่เชื่อถือได้และอุปกรณ์ใหม่นี้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเมื่อใช้งานโดยเทคโนโลยี CMOS
วิทยุสื่อสารแบบมือถือไร้สายสมัยใหม่ (รวมถึงเพาเวอร์แอมพลิฟายเออร์ (PA) ความถี่วิทยุ (RF)) ทั้งหมดถูกนำไปใช้ใน CMOS ซับไมครอนแบบลึก อย่างไรก็ตามในระบบโครงสร้างพื้นฐานไร้สายเนื่องจากต้องการระดับกำลังขับที่มากขึ้นจึงจำเป็นต้องบรรลุ RF PA ผ่านซิลิคอน LDMOS หรือเทคโนโลยีไฮบริด (เช่น GaA และ GaN ขั้นสูงกว่า) สำหรับระบบโครงสร้างพื้นฐานที่กำหนดค่าใหม่ได้รุ่นต่อไปกล่าวอีกนัยหนึ่งโหมดสวิตช์ PA (SMPA) ดูเหมือนว่าจะให้ความยืดหยุ่นที่จำเป็นและประสิทธิภาพสูงสำหรับเครื่องส่งสัญญาณแบบหลายแบนด์ อย่างไรก็ตามในการเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์กำลังสูงที่ใช้ใน SMPA ของสถานีฐานกับโมดูล CMOS ดิจิทัลทั้งหมดของเครื่องส่งจำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์ RF CMOS แบบบรอดแบนด์ที่สามารถสร้างการแกว่งแรงดันไฟฟ้าสูง (HV) ได้ สิ่งนี้ไม่เพียง แต่สามารถให้ประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์กำลังสูงที่ดีขึ้น แต่ยังสามารถใช้การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลโดยตรงเพื่อควบคุมรูปคลื่นพัลส์อินพุต SMPA ที่ต้องการซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
ความท้าทายในการออกแบบ
ความจุอินพุตของ LDMOS หรือ GaN SMPA มักเป็น picofarads หลายตัวและต้องขับเคลื่อนด้วยสัญญาณพัลส์ที่มีแอมพลิจูดสูงกว่า 5Vpp ดังนั้นไดรเวอร์ SMPA CMOS จึงต้องให้กำลัง RF ทั้งแรงดันไฟฟ้าสูงและระดับวัตต์ น่าเสียดายที่ CMOS ย่อยไมครอนแบบลึกก่อให้เกิดความท้าทายมากมายในการทำให้เกิดแอมพลิฟายเออร์และไดรเวอร์แรงดันสูงและกำลังสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ต่ำมาก (เช่นแรงดันไฟฟ้าพังทลายต่ำที่เกิดจากปัญหาความน่าเชื่อถือ) และพาสซีฟแบบพาสซีฟที่มีการสูญเสียจำนวนมาก อุปกรณ์ (ตัวอย่างเช่นการแปลงอิมพีแดนซ์)
โซลูชันที่มีอยู่
วิธีการใช้วงจรไฟฟ้าแรงสูงมีไม่มาก โซลูชันทางเทคนิค (เช่นมัลติเกตออกไซด์) ที่สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ทนแรงดันไฟฟ้าสูงได้ แต่ต้นทุนคือกระบวนการผลิตมีราคาแพงและต้องเพิ่มมาสก์และขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติมในกระบวนการ CMOS พื้นฐานดังนั้นสิ่งนี้ วิธีแก้ปัญหาไม่เหมาะ นอกจากนี้เพื่อเพิ่มความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสูงได้อย่างน่าเชื่อถือสามารถใช้โครงร่างวงจรที่ใช้ทรานซิสเตอร์สายฐานมาตรฐานเท่านั้น (โดยใช้อุปกรณ์ออกไซด์บาง / หนา) ในวิธีที่สองการซ้อนอุปกรณ์หรือแคโทดแบบอนุกรมเป็นตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุด อย่างไรก็ตามความซับซ้อนและประสิทธิภาพของ RF มีข้อ จำกัด อย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำนวนอุปกรณ์แคโทดที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม (หรือซ้อนกัน) เพิ่มขึ้นเป็น 2 หรือมากกว่า อีกวิธีหนึ่งในการใช้วงจรไฟฟ้าแรงสูงคือการใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามแบบขยายท่อระบายน้ำ (EDMOS) ในเทคโนโลยี CMOS พื้นฐานตามที่อธิบายไว้ในบทความนี้
โซลูชันใหม่
อุปกรณ์ขยายท่อระบายน้ำใช้เทคโนโลยีการเดินสายไฟอัจฉริยะซึ่งได้รับประโยชน์จากการรับรู้ขนาดที่ละเอียดมากในบริเวณ ACTIVE (ซิลิกอน), STI (ออกไซด์) และ GATE (โพลีซิลิคอน) และการใช้เบสไลน์โดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม เทคโนโลยี CMOS ตระหนักถึงทรานซิสเตอร์ที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสองตัวคือ PMOS และ NMOS แม้ว่าประสิทธิภาพ RF ของอุปกรณ์ EDMOS เหล่านี้จะต่ำกว่าจริงเมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์มาตรฐานที่ใช้กระบวนการนี้ แต่ก็ยังสามารถใช้ในวงจรไฟฟ้าแรงสูงได้ทั้งหมดเนื่องจากการกำจัดกลไกการสูญเสียที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับวงจรเทียบเท่า HV อื่น ๆ (เช่นแคโทดแบบอนุกรม ) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพโดยรวมที่สูงขึ้น
ดังนั้นโทโพโลยีไดรเวอร์ CMOS แรงดันสูงที่อธิบายไว้ในบทความนี้จึงใช้อุปกรณ์ EDMOS เพื่อหลีกเลี่ยงการซ้อนอุปกรณ์ ไดรเวอร์ RF CMOS ใช้อุปกรณ์ EDMOS แบบชั้นออกไซด์บาง ๆ และผลิตผ่านกระบวนการ CMOS พื้นฐานพลังงานสแตนด์บายต่ำ 65 นาโนเมตรและไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนหรือกระบวนการมาสก์เพิ่มเติม สำหรับ PMOS และ NMOS ค่า fT ที่วัดได้บนอุปกรณ์เหล่านี้จะเกิน 30GHz และ 50GHz ตามลำดับและแรงดันไฟฟ้าจะ จำกัด ไว้ที่ 12V ไดรเวอร์ CMOS ความเร็วสูงมีการแกว่งเอาต์พุต 8Vpp สูงถึง 3.6GHz อย่างไม่เคยมีมาก่อน SMPA ตามช่องว่างวงกว้างดังกล่าวให้การขับขี่
รูปที่ 1 คือแผนผังของโครงสร้างของไดรเวอร์ที่อธิบายไว้ในที่นี้ ขั้นตอนการส่งออกประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ที่ใช้ EDMOS อุปกรณ์ EDMOS สามารถขับเคลื่อนโดยตรงด้วยทรานซิสเตอร์มาตรฐานความเร็วสูงแรงดันต่ำซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการรวมขั้นตอนเอาต์พุตและวงจร CMOS แบบดิจิตอลและอนาล็อกอื่น ๆ บนชิปตัวเดียว ทรานซิสเตอร์ EDMOS แต่ละตัวขับเคลื่อนด้วยบัฟเฟอร์แบบเรียว (บัฟเฟอร์ A และ B ในรูปที่ 1) ที่ใช้โดยอินเวอร์เตอร์ 3 CMOS อินเวอร์เตอร์ บัฟเฟอร์ทั้งสองมีระดับ DC ที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าอินเวอร์เตอร์ CMOS แต่ละตัวสามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่แรงดันไฟฟ้า 1.2V (ถูก จำกัด ด้วยเทคโนโลยีนั่นคือ VDD1-VSS1 = VDD0-VSS0 = 1.2V) ในการใช้แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกันและอนุญาตให้ใช้งาน AC เดียวกันบัฟเฟอร์ทั้งสองมีโครงสร้างที่เหมือนกันทุกประการและสร้างขึ้นในเลเยอร์ Deep N-Well (DNW) ที่แยกจากกัน การแกว่งเอาต์พุตของไดรเวอร์ถูกกำหนดโดย VDD1-VSS0 และสามารถเลือกค่าใด ๆ ที่ไม่เกินแรงดันไฟฟ้าสลายสูงสุดของอุปกรณ์ EDMOS ได้ตามต้องการในขณะที่การทำงานของไดรเวอร์ภายในยังคงไม่เปลี่ยนแปลง วงจรปรับระดับ DC สามารถแยกสัญญาณอินพุตของแต่ละบัฟเฟอร์ได้
รูปที่ 1. แผนผังของวงจรไดรฟ์ RF CMOS และรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน
ฟังก์ชั่นอื่นของไดรเวอร์ CMOS คือการควบคุมความกว้างพัลส์ของคลื่นสี่เหลี่ยมเอาท์พุทซึ่งรับรู้โดยการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ผ่านเทคโนโลยีเกตไบแอสตัวแปร การควบคุม PWM ช่วยในการปรับแต่งและปรับฟังก์ชั่นการปรับแต่งซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ SMPA ขั้นสูง ระดับอคติของอินเวอร์เตอร์ตัวแรก (M3) ของบัฟเฟอร์ A และ B สามารถเลื่อนขึ้น / ลงสัญญาณอินพุตไซน์ RF โดยอ้างอิงกับเกณฑ์การสลับของอินเวอร์เตอร์เอง การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไบอัสจะเปลี่ยนความกว้างพัลส์เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ M3 จากนั้นสัญญาณ PWM จะถูกส่งผ่านอินเวอร์เตอร์ M2 และ M1 อีกสองตัวและรวมกันในขั้นตอนเอาต์พุต (EDMOS) ของไดรเวอร์ RF
สินค้าอื่น ๆ ของเรา:
