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CMOS de RF

Imagen del chip Broadcom BCM2050KMLG, un chip CMOS de RF utilizado como transceptor WiFi 802.11g . [ 1 ] Nótese la presencia de estructuras octogonales y espirales, que pueden f...

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Imagen del chip Broadcom BCM2050KMLG, un chip CMOS de RF utilizado como transceptor WiFi 802.11g . [ 1 ] Nótese la presencia de estructuras octogonales y espirales, que pueden funcionar como inductores [ 2 ], transformadores y balunes . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Imagen del chip de un transceptor WiFi 802.11g Marvell 88W8010. Presenta estructuras octogonales, cuadradas y en espiral que también pueden utilizarse como inductores. [ 6 ]

RF CMOS es una tecnología de circuito integrado (CI) de metal-óxido-semiconductor (MOS) que integra electrónica de radiofrecuencia (RF), analógica y digital en un chip de circuito RF CMOS (MOS complementario) de señal mixta . [ 7 ] [ 8 ] Se utiliza ampliamente en las telecomunicaciones inalámbricas modernas , como redes celulares , Bluetooth , Wi-Fi , receptores GPS , radiodifusión , sistemas de comunicación vehicular y los transceptores de radio en todos los teléfonos móviles modernos y dispositivos de redes inalámbricas . La tecnología RF CMOS fue desarrollada por el ingeniero pakistaní Asad Ali Abidi en UCLA a finales de la década de 1980 y principios de la de 1990, y ayudó a impulsar la revolución inalámbrica con la introducción del procesamiento de señales digitales en las comunicaciones inalámbricas. El desarrollo y diseño de dispositivos RF CMOS fue posible gracias al modelo de ruido RF FET de van der Ziel , que se publicó a principios de la década de 1960 y permaneció en gran medida olvidado hasta la década de 1990. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Historia

Asad Ali Abidi desarrolló la tecnología RF CMOS en la UCLA desde finales de la década de 1980 hasta principios de la de 1990.

El ingeniero pakistaní Asad Ali Abidi , mientras trabajaba en Bell Labs y luego en UCLA durante las décadas de 1980 y 1990, fue pionero en la investigación de radio en tecnología de metal-óxido-semiconductor (MOS) y realizó contribuciones fundamentales a la arquitectura de radio basada en la tecnología de condensador conmutado (SC) MOS complementario (CMOS ). [ 13 ] A principios de la década de 1980, mientras trabajaba en Bell, trabajó en el desarrollo de la tecnología VLSI (integración a muy gran escala ) de MOSFET (transistor de efecto de campo MOS ) submicrométrico y demostró el potencial de la tecnología de circuito integrado (CI) NMOS submicrométrico en circuitos de comunicación de alta velocidad . El trabajo de Abidi fue recibido inicialmente con escepticismo por parte de los defensores de GaAs y transistores de unión bipolar , las tecnologías dominantes para circuitos de comunicación de alta velocidad en ese momento. En 1985 se unió a la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), donde fue pionero en la tecnología RF CMOS desde finales de la década de 1980 hasta principios de la de 1990. Su trabajo cambió la forma en que se diseñarían los circuitos de RF , pasando de los transistores bipolares discretos a los circuitos integrados CMOS . [ 14 ]

Abidi investigó circuitos CMOS analógicos para procesamiento de señales y comunicaciones en la UCLA desde finales de la década de 1980 hasta principios de la de 1990. [ 14 ] Abidi, junto con sus colegas de la UCLA J. Chang y Michael Gaitan, demostró el primer amplificador CMOS de RF en 1993. [ 15 ] [ 16 ] En 1995, Abidi utilizó tecnología de condensadores conmutados CMOS para demostrar los primeros transceptores de conversión directa para comunicaciones digitales . [ 13 ] A finales de la década de 1990, la tecnología CMOS de RF se adoptó ampliamente en redes inalámbricas , a medida que los teléfonos móviles comenzaron a usarse de forma generalizada. [ 14 ] Esto cambió la forma en que se diseñaban los circuitos de RF, lo que llevó al reemplazo de transistores bipolares discretos por circuitos integrados CMOS en los transceptores de radio . [ 14 ]

Hacia finales del siglo XX se produjo un rápido crecimiento de la industria de las telecomunicaciones , principalmente debido a la introducción del procesamiento digital de señales en las comunicaciones inalámbricas , impulsado por el desarrollo de la tecnología CMOS de RF de integración a muy gran escala (VLSI) de bajo costo. [ 17 ] Esto permitió la creación de terminales de usuario final sofisticados, de bajo costo y portátiles , y dio lugar a unidades pequeñas, de bajo costo, de bajo consumo y portátiles para una amplia gama de sistemas de comunicación inalámbrica. Esto posibilitó la comunicación "en cualquier momento y lugar" y contribuyó a la revolución inalámbrica , lo que condujo al rápido crecimiento de la industria inalámbrica. [ 18 ]

A principios de la década de 2000, se demostraron chips CMOS de RF con MOSFET de submicrones profundos capaces de un rango de frecuencia superior a 100 GHz . [ 19 ] A partir de 2008 Los transceptores de radio en todos los dispositivos de redes inalámbricas y teléfonos móviles modernos se producen en masa como dispositivos RF CMOS. [ 14 ]

Aplicaciones

El ESP32 es un ejemplo de un chip que combina CMOS de radiofrecuencia con lógica digital, que en este caso consiste en uno o dos núcleos de procesador que están ocultos bajo la capa de suministro de energía que cubre la mayor parte de la imagen.

Los procesadores de banda base [ 20 ] [ 21 ] y los transceptores de radio en todos los dispositivos de redes inalámbricas y teléfonos móviles modernos se producen en masa utilizando dispositivos RF CMOS. [ 14 ] Los circuitos RF CMOS se utilizan ampliamente para transmitir y recibir señales inalámbricas en una variedad de aplicaciones, como tecnología satelital (incluidos GPS y receptores GPS ), Bluetooth , Wi-Fi , comunicación de campo cercano (NFC), redes móviles (como 3G y 4G ), radiodifusión terrestre y aplicaciones de radar automotriz , entre otros usos. [ 22 ]

Ejemplos de chips CMOS de RF comerciales incluyen el teléfono inalámbrico DECT de Intel y los chips 802.11 ( Wi-Fi ) creados por Atheros y otras compañías. [ 23 ] Los productos CMOS de RF comerciales también se utilizan para Bluetooth y redes LAN inalámbricas (WLAN). [ 24 ] El CMOS de RF también se utiliza en transceptores de radio para estándares inalámbricos como GSM , Wi-Fi y Bluetooth, transceptores para redes móviles como 3G y unidades remotas en redes de sensores inalámbricos (WSN). [ 25 ]

La tecnología RF CMOS es fundamental para las comunicaciones inalámbricas modernas, incluidas las redes inalámbricas y los dispositivos de comunicación móvil . Una de las empresas que comercializó la tecnología RF CMOS fue Infineon . Sus conmutadores RF CMOS de gran tamaño venden más de mil  millones de unidades al año, alcanzando un total acumulado de 5  mil millones de unidades en 2018 .. [ 26 ]

La radio definida por software (SDR) práctica para uso comercial fue posible gracias a la tecnología RF CMOS, capaz de implementar un sistema completo de radio definida por software en un solo chip IC MOS. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] La tecnología RF CMOS comenzó a utilizarse para implementaciones de SDR durante la década de 2000. [ 28 ]

Aplicaciones comunes

La tecnología RF CMOS se utiliza ampliamente en una serie de aplicaciones comunes, entre las que se incluyen las siguientes.

Véase también

Referencias

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