作者：來(lái)大偉
  
　　僅僅在幾年之前，很少有人相信用CMOS構(gòu)建的接收器可以達(dá)到60GHz的工作頻率；也沒(méi)人想到，臺(tái)灣地區(qū)的晶圓代工廠可以在單塊CMOS芯片上提供完整的WLAN解決方案；更沒(méi)有人想到，德州儀器(TI)能夠用90納米CMOS工藝制造出集成基帶和射頻的器件，從而給對(duì)價(jià)格非常敏感的手持設(shè)備市場(chǎng)帶來(lái)巨大震撼。 　　

　　在2005年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)的無(wú)線射頻分會(huì)場(chǎng)上，CMOS器件給與會(huì)的3,500名工程師留下了非常深刻的印象。

　　當(dāng)加州大學(xué)洛杉磯分校的教授Behzad Razavi走上主席臺(tái)展示基于0.13微米CMOS工藝、用于短距離無(wú)線通信的直接變頻接收器時(shí)，很多與會(huì)者都震驚了。為了避免使用螺旋電感，Razavi創(chuàng)建了3條馬蹄鐵形的微帶線，以充當(dāng)片上電感。 　　

　　其結(jié)果是在60GHz的頻率上，傳輸每比特?cái)?shù)據(jù)的功耗很低，Razavi表示。而且，人們可以利用這個(gè)免授權(quán)的頻段以Gbps級(jí)速率發(fā)送數(shù)據(jù)，這有可能是無(wú)線局域網(wǎng)的未來(lái)。

　　斯坦福大學(xué)教授Simon Wong在他的講話中表示了對(duì)Razavi的敬意�！拔�、六年前，人們認(rèn)為60GHz的CMOS器件是不可能的。我不想輕視研究人員在其他技術(shù)方面的努力，但是在近期，業(yè)界應(yīng)該關(guān)注CMOS到底能做什么�！彼f(shuō)。

　　由于802.11規(guī)范相對(duì)較窄的帶寬需求，WLAN芯片特別適合采用CMOS實(shí)現(xiàn)。作為無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域的兩個(gè)重量級(jí)廠商，Atheros通訊公司發(fā)布了802.11g單芯片解決方案，而Broadcom公司推出了用CMOS實(shí)現(xiàn)的全集成802.11b芯片，并已經(jīng)投入商業(yè)生產(chǎn)。SST通訊公司也使用CMOS開(kāi)發(fā)出支持.11a、.11b和.11g多種標(biāo)準(zhǔn)的直接變頻收發(fā)機(jī)，與此同時(shí)，NEC公司打造出一款用于手機(jī)的WLAN收發(fā)機(jī)，并強(qiáng)調(diào)其低功耗屬性。

　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　圖1：8個(gè)BAW諧振器(中間)在BiCMOS電路
　　　　　　　　　　　　　　　　之間創(chuàng)建了一個(gè)濾波器。左邊是下變頻器，
　　　　　　　　　　　　　　　　右邊是LNA。

　　在GSM/GPRS領(lǐng)域，Berkana無(wú)線公司加入許多其他公司的行列，創(chuàng)建了支持所有4個(gè)GSM頻段的單芯片CMOS收發(fā)機(jī)。TI印度班加羅爾分公司的工程師正在使用CMOS開(kāi)發(fā)全球定位系統(tǒng)(GPS)收發(fā)機(jī)，而來(lái)自達(dá)拉斯的另一個(gè)TI團(tuán)隊(duì)則展示了一款GSM/EDGE收發(fā)機(jī)。

　　此外，兩個(gè)歐洲研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人表示，他們正在考慮如何在CMOS上實(shí)現(xiàn)濾波器和其他關(guān)鍵的射頻電路。盡管這可能會(huì)增加成本，并給封裝帶來(lái)挑戰(zhàn)，但他們承諾能為W-CDMA手機(jī)提供更好的濾波器性能和更低的功耗。

　　Pascal Ancey正帶領(lǐng)著25到30名研究人員開(kāi)展一個(gè)代號(hào)為Martina的小型項(xiàng)目。這些人員分別來(lái)自意法半導(dǎo)體(ST)、瑞士科學(xué)和工程材料研究中心(CSEM)、法國(guó)電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CEA-Leti)以及諸如瑞士Unaxis公司和英國(guó)Trikon技術(shù)公司等材料沉積設(shè)備供應(yīng)商。

　　Ancey本身是ST的一位經(jīng)理。他透露，Martina計(jì)劃的最終目標(biāo)是研制位于CMOS或BiCMOS射頻電路前端的RF通道選擇濾波器。使用原子級(jí)別精度的濺鍍?cè)O(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控手段，Martina項(xiàng)目創(chuàng)建出一種新型的薄膜體聲波諧振器(FBAR)，該諧振器采用鋁或鉬作為上電極，鉑作為下電極，中間以氮化鋁薄膜作為介質(zhì)。ST無(wú)線研究經(jīng)理Enrico Perea指出，該FBAR是使用氮化鋁等材料構(gòu)建的，與CMOS工藝流程完全兼容。當(dāng)施加電壓后，通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜的厚度和材料成份，可以控制電磁波的諧振頻率。8個(gè)體聲波(BAW)諧振器是這個(gè)射頻前端濾波器的核心部分。

　　安捷倫科技在FBAR濾波器和諧振器領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，該公司宣稱其FBAR產(chǎn)品和目前廣泛使用的聲表面波(SAW)器件相比，具有更小的尺寸和更低的插入損耗。安捷倫和英飛凌的FBAR濾波器和雙工器已經(jīng)被應(yīng)用在CDMA手機(jī)上。

　　斯坦福大學(xué)的Wong指出，到底把FBAR集成到片上，還是使用分立的SAW或FBAR濾波器，最終將由手機(jī)的制造成本決定。

　　Martina項(xiàng)目似乎在成本問(wèn)題上面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。除BiCMOS工藝本身需要的約30層掩模外，在這次會(huì)議上發(fā)布的片上FBAR還需要10個(gè)額外的掩模層。不過(guò)，Ancey表示，所幸的是FBAR掩模對(duì)精度要求不太苛刻，只需要1微米的線寬，而且Martina項(xiàng)目的研究人員也在攻克封裝挑戰(zhàn)。

　　Ancey還補(bǔ)充道，這次展示的FBAR是與CMOS器件構(gòu)建在相同的裸片上，但不是在CMOS晶體管上。該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是直接在CMOS結(jié)構(gòu)上構(gòu)建FBAR，以減少裸片面積。

　　與此同時(shí)，比利時(shí)校際微電子中心(IMEC)的研究人員正設(shè)法在CMOS晶體管之上創(chuàng)建高質(zhì)量的無(wú)源器件。

　　IMEC微系統(tǒng)元件和封裝部的高級(jí)副總裁Robert Mertens透露，該項(xiàng)目已經(jīng)完成了一個(gè)壓控振蕩器 (VCO)的原型。該VCO采用了一個(gè)構(gòu)建于CMOS之上的電感，其Q值不久后預(yù)計(jì)將接近40，這至少是封裝好的CMOS電感的兩倍。Q值是電感存儲(chǔ)的能量與損失的能量之比，Q值越高，VCO就可以實(shí)現(xiàn)更低的功耗。“如