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CMOS应用于模拟设计的好处何在?

导读: 在微波科技及技术研讨会(MTTS)上,我参加了一场有关砷化镓和CMOS用于RF电路设计的座谈会。依我看来,GaAs阵营略占优势。但当我在网络上发表此一观点的文章时,CMOS的支持者却非常不高兴,他们认为我错误地描述了RF CMOS的情况....

  在微波科技及技术研讨会(MTTS)上,我参加了一场有关砷化镓和CMOS用于RF电路设计的座谈会。依我看来,GaAs阵营略占优势。但当我在网络上发表此一观点的文章时,CMOS的支持者却非常不高兴,他们认为我错误地描述了RF CMOS的情况,并且质问我为何如此偏袒那些传统的“老”技术。

  因此,我又重新采访了许多认同CMOS技术的人士,完成另一篇平衡报导。但老实说,在RF领域,我还是没有完全被CMOS技术所说服。没错,CMOS晶体管很便宜,使其适于系统级芯片的集成,并可用于构建射频组件,这些观点都被座谈会上的来宾所认同;但对于将CMOS技术用来设计RF功率放大器(PA),与会者却未必赞成。

  CMOS放大器可能会非常地庞大,为了发送一个2GHz RF的载波,你需要一些设计,使其能够驱动一纯净的正弦波到天线。能够双向传导电流的多源GaAs异质结双极型晶体管,能够相当有效地完成这一任务,其大量生产的成本不到70美分。所以,如果CMOS成本更高、上市时间更长、可扩充性不佳,而且从未达到超过55%的效率,那么为何还要拼命挣扎于采用CMOS技术呢?

  如果CMOS真的能够取代以前的双极电路功能,而我们却偏偏不愿接受这个事实,那真的是愚蠢无比。但关键在于,要了解将CMOS技术应用到模拟设计中,到底有什么好处。记得,在今年度的国际固态电路会议上,许多场研讨会中都提到,重点在于过采样(oversample),这里可以举出两个例子,而这两个例子都根本改变了我们设计的方式。

  一个是delta-sigma转换,其中过采样有效地修正了测量交流电信号振幅对时间变化的机制。平常,如果你进行奈奎斯特采样(两倍于所要捕获信号的最大频率),你需要解决最大与最小信号振幅之间的巨大差距。

  用256倍过采样,一次取样与下一个振幅之间对时间轴的差异会变得非常小。事实上,它小得足够在一个时间间隔内被捕获一位。将此观念延伸到磁带(或其它储存设备),或透过开关电容播放(充电和放电交替),串行资料串流能以24位解读交流电讯号。这种组件如今广泛用于公路过磅站的音频讯号记录及播放,如果德州仪器认同,还可用于精密测量(参照直流电压设计)。这种情况下用CMOS实现很容易。

  另外一个CMOS将双极技术挤出市场的例子是磁盘驱动器读取信道。较高储存容量的关键是提升数据传输率。但位域间隔如此密集,以至于区分一位讯号的上升沿与另一个讯号的下降沿变得几乎不可能。因此,采样技术从双极输入电路测量振幅的模拟峰值检测机制,转移到捕获大量信号转换的数字过采样机制,并依赖DSP来估计实际的资料串流。

  当Marvell Semiconductor公司开始谈论CMOS读取信道时曾遭到质疑,因此最初该公司只是保守地揭露部分技术细节。但当它成为领先的高性能2.5英寸硬盘读取信道供货商时,Marvell变得畅所欲言。它公布了采用8阶Butterworth滤波器,部分原因是消除CMOS开关噪音,但表示该设计将再进行扩充。

  也许这个教训对在MTTS上声称用0.13微米CMOS技术制造出RF PA的Axiom Microdevices公司及其它有类似项目的公司而言,只有当事实真正能被认可时,反对者才会闭口。

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