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CMOS的好處何在?

上網時間: 2005年08月16日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:CMOS  微波科技及技術研討會  MTTS  Techniques Symposium  GaAs 

微波科技及技術研討會(MTTS)上,我參加了一場有關砷化鎵和CMOS用於RF電路設計的座談會。依我看來,GaAs陣營略佔優勢。但當我在網路上發表此一觀點的文章時,CMOS的支持者卻非常不高興,他們認為我錯誤地描述了RF CMOS的情況,並且質問我為何如此偏袒那些傳統的‘老’技術。

Stephan Ohr

因此,我又重新採訪了許多認同CMOS技術的人士,完成另一篇平衡報導。但老實說,在RF領域,我還是沒有完全被CMOS技術所說服。

沒錯,CMOS電晶體很便宜,使其適於系統單晶片的整合,並可用於構建射頻元件,這些觀點都被座談會上的來賓所認同;但對於將CMOS技術用來設計RF功率放大器(PA),與會者卻未必贊成。

CMOS放大器可能會非常地龐大,為了發送一個2GHz RF的載波,你需要一些設計,使其能夠驅動一乾淨的正弦波到天線。能夠雙向傳導電流的多源GaAs異質結雙極型電晶體,能夠相當有效地完成這一任務,其大量生產的成本不到70美分。所以,如果CMOS成本更高、上市時間更長、可擴充性不佳,而且從未達到超過55%的效率,那麼為何還要拼命掙扎於採用CMOS技術呢?

如果CMOS真的能夠取代以前的雙極電路功能,而我們卻偏偏不願接受這個事實,那真的是愚蠢無比。但關鍵在於,要瞭解將CMOS技術應用到類比設計中,到底有什麼好處。記得,在今年度的國際固態電路會議上,許多場研討會中都提到,重點在於過採樣 (oversample),這裡可以舉出兩個例子,而這兩個例子都根本改變了我們設計的方式。

一個是delta-sigma轉換,其中過採樣有效地修正了測量交流電訊號振幅對時間變化的機制。平常,如果你進行奈奎斯特採樣 (兩倍於所要捕獲訊號的最大頻率),你需要解決最大與最小訊號振幅之間的巨大差距。

用256倍過採樣,一次取樣與下一個振幅之間對時間軸的差異會變得非常小。事實上,它小得足夠在一個時間間隔內被捕獲一位元。將此觀念延伸到磁帶(或其他儲存設備),或透過開關電容播放(充電和放電交替),串列資料串流能以24位元解讀交流電訊號。這種元件如今廣泛用於公路過磅站的音頻訊號記錄及播放,如果德州儀器認同,還可用於精密測量(參照直流電壓設計)。這種情況下用CMOS實現很容易。

另外一個CMOS將雙極技術擠出市場的例子是磁碟機讀取通道。較高儲存容量的關鍵是提升資料傳輸率。但位元域間隔如此密集,以至於區分一位元訊號的上升沿與另一個訊號的下降沿變得幾乎不可能。因此,採樣技術從雙極輸入電路測量振幅的類比峰值檢測機制,轉移到捕獲大量訊號轉換的數位過採樣機制,並依賴DSP來估計實際的資料串流。

當Marvell Semiconductor公司開始談論CMOS讀取通道時曾遭到質疑,因此最初該公司只是保守地揭露部分技術細節。但當它成為領先的高性能2.5英吋硬碟機讀取通道供應商時,Marvell變得暢所欲言。它公佈了採用8階Butterworth濾波器,部分原因是消除CMOS開關噪音,但表示該設計將再進行擴充。

也許這個教訓對在MTTS上聲稱用0.13微米CMOS技術製造出RF PA的Axiom Microdevices公司及其他有類似專案的公司而言,只有當事實真正能被認可時,反對者才會閉口。

作者:Stephan Ohr 是EETimes Network的技術編輯




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