28nm CMOS技術(shù)有什么優(yōu)勢？如何幫助5G的發(fā)展

　　當(dāng)今的半導(dǎo)體世界是一個以“尺寸論英雄”的時代——先進制造工藝在數(shù)年之間迅速從16nm、10nm到7nm，今天5nm制造工藝呼之欲出——媒體報道稱iPhone 12將使用5nm。而同樣是最近，全球半導(dǎo)體芯片代工絕對的標(biāo)桿企業(yè)臺積電更宣稱2nm工藝將在2024年投產(chǎn)。在摩爾定律被業(yè)界質(zhì)疑將窮途末路的時候，低位納米時代卻依然發(fā)揮著神奇的魔力。但在另外一個領(lǐng)域，這種工藝的競爭似乎是另外一番景象——在模擬半導(dǎo)體制造技術(shù)上，顯然是在另外一個競爭的維度，大部分新品鮮少提及工藝，而公開提及領(lǐng)先工藝的，28nm工藝大概是業(yè)界當(dāng)前的一個關(guān)鍵節(jié)點，特別是在射頻技術(shù)領(lǐng)域，又特別是模擬技術(shù)領(lǐng)頭羊ADI公司。該公司在前不久宣布再次推出基于其28nm CMOS的新型AD9081/2 MxFE 平臺，在該公司的新產(chǎn)品公告中指出該平臺允許制造商在與單頻段無線電相同的占板面積上安裝多頻段無線電，使當(dāng)今4G LTE 基站的通話容量提高3 倍。事實上，ADI早在兩年前就宣布推出自動駕駛領(lǐng)域的技術(shù)平臺Drive360，強調(diào)了首家以先進的28nm CMOS工藝為基礎(chǔ)提供汽車RADAR技術(shù)的公司。而在同年5月推出28納米高速CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9208，瞄準(zhǔn)下一波寬帶軟件定義系統(tǒng)，并同期推出瞄準(zhǔn)4G/5G多頻段無線通信基站和2 GHz E-band微波點對點回傳平臺千兆赫茲帶寬應(yīng)用的需求28納米高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器系列 AD9172。

　　助推5G應(yīng)用，28nm CMOS工藝領(lǐng)銜射頻創(chuàng)新

　　毫無疑問，射頻及微波應(yīng)用當(dāng)前最熱門的是5G。5G對帶寬、低功耗、小尺寸近乎苛刻的要求對傳統(tǒng)的前端解決方案提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與以前的小基站只支持一個頻段不同的是，在幾乎同樣的尺寸下現(xiàn)在的基站設(shè)備需要支持三到四個頻段。5G宏基站則采用大規(guī)模MIMO，天線密度從之前的4G時代主流的4T4R/8T8R躍升至32T32R/64T64R。事實上，ADI推出的多款28nm 創(chuàng)新器件就是瞄準(zhǔn)該類應(yīng)用的迫切需求。例如上文所述，AD9081/2 MxFE平臺就允許制造商在與單頻段無線電相同的占板面積上安裝多頻段無線電，使當(dāng)今4G LTE 基站的通話容量提高3倍，并憑借1.2 GHz 通道帶寬，新型MxFE 平臺還支持無線運營商為其蜂窩塔增加更多天線，以滿足新興mmWave 5G 的更高無線電密度和數(shù)據(jù)速率要求。AD9081/2 MxFE 器件分別集成了8個和6個RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了業(yè)界最寬的瞬時信號帶寬（高達2.4 GHz），減少了頻率轉(zhuǎn)換級的數(shù)量和放寬濾波器要求，從而簡化硬件設(shè)計并通過減少芯片數(shù)量來解決無線設(shè)備設(shè)計人員面臨的空間限制問題，使得印刷電路板面積縮小60%。此外，MxFE平臺能處理更多的RF頻段，并在片內(nèi)嵌入了DSP功能，從而使用戶能夠配置可編程濾波器和數(shù)字上、下變頻模塊，以滿足特定無線電信號帶寬要求。與在FPGA 上執(zhí)行RF 變頻和濾波的架構(gòu)相比，它能節(jié)省10倍的功耗，同時釋放寶貴的處理器資源，或允許設(shè)計人員使用更具成本效益的 FPGA。 5G 毫米波無線電名義上必須處理1 GHz或可能更高的帶寬，具體取決于頻譜的實際分配方式。雖然28 GHz下的1 GHz帶寬相對較低（3.5%），但假設(shè)是3 GHz中頻下的1 GHz帶寬，那么設(shè)計起來就更具有挑戰(zhàn)性，并且需要某種先進技術(shù)來實現(xiàn)高性能設(shè)計。下圖展示了一個基于組件的高性能位到毫米波無線電的方框圖示例，構(gòu)成ADI公司的寬RF和混合信號產(chǎn)品系列。