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改进混合信号电路的RF性能(06-100)

—— 改进混合信号电路的RF性能
作者:时间:2008-04-02来源:电子产品世界

  卫星通信也许是最有挑战性的高可靠性的应用。不仅仅用在卫星中的元件必须经受宽范围的温度和辐射考验,而且所有的元件必须有高水平性能和可靠性。现在,空间应用完全进入商业领域,所以,卫星市场所用的器件和元件的价格及尺寸大小也是关键因素。也许最关心的是功率。用UltraCMOS工艺(在蓝宝石衬底上的绝缘体硅工艺)制造器件比用GaAs和体CMOS相比,卫星系统设计人员实现了无比的灵活性,改善了性能和功耗。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/81100.htm

  在空间应用中有几种关键(模拟或和数字)器件,包括PLL(锁相环频率合成器)、IF集成子系统和前置定标电路。用UltraCMOS制造这些器件,能设计更轻小,性能更高及低成本的卫星系统,使发射成本更低。

  开发CMOS的潜能

  CMOS的低功率和容易集成的优点是人所共知的。CMOS的先进版本UltraCMOS,是50~100nm硅片直接沉积在红宝石衬底上的完全耗尽型CMOS工艺。采用近似完全绝缘体蓝宝石,UltraCMOS晶片具有标准CMOS工艺特性,低缺陷密度,简单、高产量结构。能绝缘隔离晶体管,与其他工艺相比UltraCMOS改善了功率处理。CMOS工艺具有固有的CMOS逻辑电平,特别适合于集成设计。

  事实上,UltraCMOS工艺为和混合信号设计提供截然不同的优越性和新方法。对于卫星应用,有几个可关注的特性。此工艺提供低电容特性,使得在低功率下达到高速。与其他工艺相比,它的完全沉积工艺改善了线性度、速度和低电压性能。UltraCMOS器件具有抗辐射性能,提供2kv HBMESD保护。因为它对大晶片以标准CMOS工艺进行处理,所以,具有成本低的优点。UltraCMOS工艺早在开发初期就用于空间应用。而且能继续改善下一代系统所需的复杂设计。

  PLL优越性

  卫星信号链路中的关键器件是PLL。通常,这种器件接收非常小的信号(范围-30dBm)并提供控制LO(本振)的复杂数字波形。因为,它是一个混合信号器件,所以,性能指标改进1dB(如相位噪声)会决定性地影响PLL性能。

  过去用外部分立元件制造具有良好相位噪声性能的抗辐射PLL。这是一种大的耗电电路,限制了PLL数量,使其可能应用在卫星中。随着单芯片PLL的出现,促使设计人员扩展此应用在先进的卫星系统中,只要相应噪声性能满足系统要求和可靠性能标准就行。

  UltraCMOS PLL与分立方案相比,具有单芯片尺寸,功率优越,有较好的相位噪声性能。所实现的UltraCMOS PLL达到业内领先的相位噪声性能指标,是首款可用的抗辐射单芯片PLL。最近推出的PE97632,改善了噪声性能,在1Hz相位噪声达到-216dBc/Hz(相当于在10KHz偏移和2GHz中心频率下的-103dBC/Hz)。随着小小的3dB改进,卫星设计人员可以双倍有效负载值。

  PLL的异常相位噪声是UltraCMOS技术对混合信号应用固有的适用性所致。例如,一个先进的单芯片PLL包含5000~10000 数字逻辑门和关键性的模拟元件(包括电荷泵,参考缓冲器和输入放大器)。为了实现一个集成PLL,在单项技术中必须设计出每个功能都是最佳化的产品,使其相位噪声对信号链路的贡献最小。

  在实现集成时,CMOS是通常的选择。然而,在应用时,CMOS总不能满足性能要求。因为有隔离的蓝宝石衬底,所以UltraCMOS技术具有固有的抗辐射和高温特性。UltraCMOS工艺完全是空间品质,提供抗事件闭锁(SEL)性(优越的抗事件干扰小于10-9每位日误差),允许100克拉总辐射剂量。

  为响应UltraCMOS器件引起的显著性能改善,卫星设计人员现正在重新设计卫星结构。例如,具有良好相位噪声性能的集成单片PLL,使卫星设计人员把它们包含在更多的设计中。因此,现在一些最新的卫星中每颗包含上百个UltraCMOS PLL。现在每个通信信道可以经济地装备自己本身的PLL,所以,每个信道可以分离地调节。这类改进可以影响卫星通信市场,使卫星性能用于更多服务(如广播TV和点到点通信)。


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关键词: 混合信号 RF

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