成果展示
微電子所CMOS超寬帶射頻前端關鍵芯片研制取得突破性進展
超寬帶 (UWB)是應用于無線個域網(WPAN)的短距離、高速率無線通信技術,其傳輸速率可以達到480Mbps甚至更高,主要用于無線USB、數字家庭等消費類電子領域,擁有巨大的市場前景。2004年,美國聯邦通信委員會(FCC)將3.1-10.6GHz頻段劃歸為UWB的民用頻段,此后無論是學術界還是工業界都對UWB技術投入了大量的研究力量。
我國在UWB領域也投入了一定的研究,先后得到了國家863、國家自然科學基金等項目的支持。然而國內的研究多集中在系統驗證、電磁兼容分析等方面,針對UWB芯片尤其是射頻芯片的研究尚屬空白。微電子所作為中國無線個域網標準組(C-WPAN)的成員單位,為中國UWB標準的制定提供了頻譜規劃和物理信道劃分方面的建議,并及時掌握了目前我國UWB頻譜的規劃現狀。目前,信息與工業化部已經在其網站上對我國UWB的預開放頻段進行公示,公示頻段包含了低頻段的4.2-4.8GHz,和高頻段的6-9GHz,UWB在中國的頻譜開放和市場開發已經為期不遠。
在中國科學院青年創新基金和微電子所所長基金的支持下,我所微波器件與集成電路研究室(四室)張海英研究員領導的課題組,針對中國UWB將開放的高頻段6-9GHz開展了射頻集成電路設計研究,采用0.18um RFCMOS工藝一次流片即測試成功了以下幾款關鍵核心電路:1、3.9-4.9GHz鎖相環式頻率綜合器芯片:該頻率綜合器中的VCO振蕩頻率可以覆蓋3.9-4.9GHz,可以在該范圍內實現頻率的精確鎖定,相位噪聲小于-95dBc/Hz@1MHz offset,參考雜散小于-40dBc;2、6.5-7.2GHz 壓控振蕩器芯片:該VCO的頻率調諧范圍達到700MHz,相位噪聲小于-90dBc/Hz@1MHz offset;3、6-9GHz低噪聲放大器芯片:該LNA在6-9GHz的范圍內增益大于18dB,S11、S22均小于-10dB;4、6-9GHz下變頻器芯片:該電路可以將6-9GHz的超寬帶射頻信號下變頻至模擬基帶信號,變頻增益大于5dB。
目前基于CMOS工藝的射頻集成電路產品多集中在4GHz以下頻段,主要包括了2G、3G的移動通信、GPS等系統,而C-X波段的基于CMOS工藝的射頻芯片尚處于研究開發階段,本次流片成功的6-9GHz核心射頻芯片不僅為我所在UWB領域搶占國內市場搶占了先機,而且為基于CMOS工藝的C-X波段射頻集成電路開發進行了有效的探索性研究。
6-9GHz超寬帶頻率綜合器芯片照片
3.9-4.9GHz鎖相環式頻率綜合器測試頻譜圖