无线通信集成电路的应用与发展

１ 集成电路技术的发展
1.1 GaAs（砷化镓）集成电路 GaAs 集 成 电 路 的 技 术 有 HBT、MESFET、HEMT。 GaAs 器件的载流子速度很快，可以调节能级，所以其本身 速度也快，适合高频器件的使用。但其却拥有成本较高、机 械性能差、热导率较低和易碎的缺点。虽然 GaAs MESFET 及异质结器件有上述缺点，但其市场占有率却不低，在功放 及前端射频（RF）开关上的应用程度很高。 1.2 CMOS 及 BiCMOS CMOS（互补金属氧化物半导体）技术是到目前最重要 的集成电路技术，正因为其在数字电路方面设计开发成本低 和应用方便的特点为其加速发展奠定了条件。除了极高速的 数字集成电路，CMOS 的应用范围几乎涵盖了所有的数字电 路领域。CMOS 技术的发展速度及其产品的大量生产都使其 成本相对其他产品低很多，使 CMOS 在模拟电路设计中也争 得了一席之地。 CMOS 工艺的发展一直呈高速态势，当今商用的沟道
2016 年第 24 期
信息与电脑 China Computer&Communication
网络与通信技术
无线通信集成电路的应用与发展
王春阳
（山东山大华特信息科技有限公司，山东 济南 250014）
摘 要： 介绍了无线通信技术中集成电路的应用现状及发展前景，回顾并总结了现有集成电路的特点及其在无线通 信技术中的应用状况，并对未来无线通信集成电路的应用前景作了分析。 关键词：无线通信；集成电路技术；移动通信 中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）24-187-02
一直以来，无线接收机的原理都是借助 GaAs 电路实现 低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）及射频开关三 个功能。硅基底模拟电路被用到基带、中频（IF），有时也 会用到射频混频部分。在上述过程中，IF 及 RF 的频带选择 电路应用的均为分离器件，理由是芯片上很难形成高 Q 值的 滤波器。传统的电路实现方式多采用片外可调 LC 谐振电路 使 VCO 实现频率调节。片外器特有的高 Q 值能够有效保障 VCO 的低相位噪声。
随着通信技术在 21 世纪飞速发展，人们对通信系统及 终端都提出了更高的要求。当前形势下，通信系统要在保障 网络的运行速度及容量的前提下，向通信设备功耗低、体积 小、便于集成的方向发展是当下通信领域的主要研究方向。 因此，将半导体元件作为基本组成的集成电路被大力用于通 信领域，且起到了很好的效果。本文首先对集成电路技术的 发展做了详细的介绍，阐述了集成电路技术在无线通信系统 中的应用现状，最后对无线通信集成电路的未来进行了分析。 长 度 也 从 1983 年 时 的 2.0μm 缩 短 到 现 在 的 0.123μm。 晶 体管尺寸的不断变小也给 RF 及数字电路的功能有了更大的 创新空间并一直在发展。射频电路中，沟道宽度的变小促使 晶体管的工作频率也在逐渐升高，这也使收发信机中的模拟 CMOS 电路部分能够前移至射频载波频率部分。CMOS 工艺 在射频 CMOS 电路设计方面有它的不足，电路性能（如线性 度、增益、噪声水平等）都还有很大的进步空间。 BiCMOS（即晶体管和 CMOS 集成在一块芯片上）技术 是对 CMOS 技术和 npn 双极性晶体管工艺的综合运用，以期 npn 晶体管既可以应用于 RF，又可以在这一块晶片上同时用 于数字电路的 pMOS 和 nMOS 晶体管。 当前社会在集成电路方面的研究目的主要是提高功率效 率及降低电路成本。而研究方式是想方设法提高廉价硅器件 （CMOS 和 BiCMOS）的集成度。 硅基底器件有一定的成本优势，具体表现如下： （1）CMOS 和 BiCMOS 的产品成品率较高； （2）CMOS 的大批量生产有一定的规模效益，对降低 成本很有利； （3）COMS 模拟电路方便与数字基带处理集成电路一 起集成在一块基片上，这有利于提升单片电路的系统级。 1.3 SiGe HBT（锗化硅异质结晶体管） 晶体外延技术促进了 SiGe 异质节硅晶体管结构向 SiGe HBT 的发展。其进化方式是在 npn 基极加锗，使晶体管的截 止频率大于 200GHz。SiGe 技术能与 CMOS 工艺完全兼容， 全球各个硅工厂都想掌握该技术，由此该技术在 RF 集成工 艺技术中有重要的地位。
２ 集成电路技术在无线通信系统中的应用
无线通信具备灵活方便、及时性强的优点，因此拥有广 阔的发展前景。20 世纪 80 年代末，第二代移动通信系统投 入商用领域，30 年来发展迅速。手机及其他无线通信设备逐 渐成为大众生活的日常用品。无线通信设备一直向扩大容量、 提高速度、外形小型化、损耗低四个方向发展。手机的芯片 大小从最初的 8 000cm 缩小至 30cm 以下，集成电路的发展 为这一成果奠定了良好的基础。 射频和基带这两个单元是无线通信设备的核心部件，两 者的基本组成元素是集成电路。射频单元多以半导体器件组 成，基带单元多以 CMOS 集成电路组成。无线通信基站中许 多设备都由于集成电路的作用，信号交换具有速度快、效率 高的特点。此外，集成电路在无线通信方面的发展程度越来 越高，无线通信设备的信息传输功能也越来越广泛，在传统 的语音传输基础上，增加了手机阅读器、GPS 定位系统、手 机上网、视频等许多功能。无线通信依托于集成电路，拥有 了小、灵、快的特点，用户的业务体验提升，日常生活更加 方便。
作者简介：王春阳（1983-），男，山东济南人，本科，工程师。研究方向：通信。
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1.4 RFIC 的工艺选择
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2016 年第 24 期
迅速发展，也极大地促进了集成电路技术的更新。当前形势 下，通信是由电通信逐渐向光通信迈进，通信元器件的大小 也逐步从微米量级向纳米量级跨越。我们有理由相信，集成 电路技术也能成功地从电集成向光集成转变。 无线通信中无线设备的芯片一直沿袭的是向小型化发展 的趋势，除此之外，未来研究方向正在向多业务、多功能、 多工作模式和多工作频段的集成电路模块发展。而且，无线 通信设备之间的信息传播途径及方法以及能够处理并有效管 理无线信号的智能天线技术和软件无线电技术等多种新兴领 域都在发展，这都为无线通信中集成电路的发展提供了广阔