CMOS de radiofrecuencia

Tecnología de circuitos integrados que integra radiofrecuencia, electrónica analógica y digital.

Imagen de un Broadcom BCM2050KMLG, un chip RF CMOS utilizado como transceptor WiFi 802.11g . ^[1] Observe las estructuras en forma de espiral y con forma de octágono, que pueden actuar como inductores, ^[2] transformadores y baluns . ^{[3] [4] [5]}

Imagen de un transceptor WiFi 802.11g Marvell 88W8010. Tiene estructuras en forma de espiral, cuadradas y octogonales que también se pueden usar como inductores. ^[6]

RF CMOS es una tecnología de circuito integrado (CI) de semiconductor de óxido de metal (MOS) que integra radiofrecuencia (RF), electrónica analógica y digital en un chip de circuito de RF CMOS (MOS complementario) de señal mixta . ^{[7] [8]} Se usa ampliamente en las telecomunicaciones inalámbricas modernas , como redes celulares , Bluetooth , Wi-Fi , receptores GPS , radiodifusión , sistemas de comunicación vehicular y transceptores de radio en todos los teléfonos móviles modernos y dispositivos de redes inalámbricas . La tecnología RF CMOS fue iniciada por el ingeniero paquistaní Asad Ali Abidi en UCLA a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, y ayudó a generar 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 de RF FET de van der Ziel , que se publicó a principios de la década de 1960 y permaneció en gran parte olvidado hasta la década de 1990. ^{[9] [10] [11] [12]}

Historia

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

El ingeniero paquistaní Asad Ali Abidi , mientras trabajaba en Bell Labs y luego en UCLA durante los años 1980-1990, fue pionero en la investigación de radio en tecnología de semiconductores de óxido de metal (MOS) e hizo contribuciones seminales 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 ) MOSFET (transistor de efecto de campo MOS) submicrónico , y demostró el potencial de la tecnología de circuito integrado (CI) NMOS submicrónico en circuitos de comunicación de alta velocidad . El trabajo de Abidi fue recibido inicialmente con escepticismo por los defensores de GaAs y los transistores de unión bipolar , las tecnologías dominantes para circuitos de comunicación de alta velocidad en ese momento. En 1985 se incorporó a la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), donde fue pionero en la tecnología RF CMOS a finales de los años 1980 y principios de los años 1990. Su trabajo cambió la forma en que se diseñarían los circuitos de RF , alejándose de los transistores bipolares discretos y acercándose a los circuitos integrados CMOS . ^[14]

Abidi estaba investigando circuitos CMOS analógicos para procesamiento de señales y comunicaciones en UCLA desde finales de los años 1980 hasta principios de los años 1990. ^[14] Abidi, junto con sus colegas de UCLA J. Chang y Michael Gaitan, demostraron el primer amplificador RF CMOS en 1993. ^{[15] [16] En 1995, Abidi utilizó la tecnología de condensador conmutado CMOS para demostrar los primeros} transceptores de conversión directa para comunicaciones digitales . ^[13] A finales de los años 1990, la tecnología RF CMOS fue ampliamente adoptada en redes inalámbricas , a medida que los teléfonos móviles comenzaron a entrar en uso generalizado. ^[14] Esto cambió la forma en que se diseñaban los circuitos RF, lo que llevó al reemplazo de transistores bipolares discretos con circuitos integrados CMOS en transceptores de radio . ^[14]

A finales del siglo XX, la industria de las telecomunicaciones experimentó un rápido crecimiento , debido principalmente a la introducción del procesamiento de señales digitales en las comunicaciones inalámbricas , impulsado por el desarrollo de la tecnología RF CMOS de integración a muy gran escala (VLSI) y de bajo coste. ^{[17] Esto hizo posible la creación de terminales} de usuario final sofisticadas, de bajo coste y portátiles , y dio lugar a unidades pequeñas, de bajo coste, de bajo consumo y portátiles para una amplia gama de sistemas de comunicación inalámbrica. Esto hizo posible la comunicación "en cualquier momento y en cualquier lugar" y ayudó a generar 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 RF con MOSFET de submicrones profundos capaces de operar en un rango de frecuencia de más de 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 CMOS RF. ^{[14] [actualizar]}

Aplicaciones

El ESP32 es un ejemplo de un chip que combina RF CMOS con lógica digital, que en este caso son uno o dos núcleos de procesador que están ocultos.

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 los receptores GPS y GPS ), Bluetooth , Wi-Fi , comunicación de campo cercano (NFC), redes móviles (como 3G y 4G ), transmisión terrestre y aplicaciones de radar automotriz , entre otros usos. ^[22]

Entre los ejemplos de chips RF CMOS comerciales se incluyen el teléfono inalámbrico DECT de Intel y los chips 802.11 ( Wi-Fi ) creados por Atheros y otras empresas. ^[23] Los productos RF CMOS comerciales también se utilizan para redes Bluetooth y LAN inalámbricas (WLAN). ^[24] Los RF CMOS también se utilizan en los 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 crucial 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 a granel venden más de mil  millones de unidades al año, alcanzando un total acumulado de 5  mil millones de unidades, a partir de 2018. ^[actualizar][ ^26]

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

Aplicaciones comunes

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

• Convertidor analógico a digital (ADC) ^{[27] [30]} — modulación sigma-delta (ΣΔ) ^[27]
• Electrónica automotriz : sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), ^{[31] [32]} aplicaciones de seguridad automotriz , eficiencia de conducción , sistema de advertencia de cambio de carril (LDWS), detección de usuarios vulnerables de la vía (VRU), ^[32] asistencia al conductor , detección de ocupantes traseros (ROD), alerta de ocupantes traseros (ROA), ^[30] generador de formas de onda ^[33]
  • Sistema de prevención de colisiones frontales y laterales del automóvil , asistente de trayectoria estrecha, sistema de precolisión lateral , asistente de atascos , ^[34] control de crucero adaptativo (ACC), ^{[32] [30] [34]} frenado de emergencia autónomo (AEB) ^{[32] [34]}
  • Detección de punto ciego en la parte trasera del vehículo (BSD), asistencia de precolisión trasera ^[34] , asistencia de cambio de carril (LCA) ^{[32] [34]}
  • Tecnología de asistencia de tráfico cruzado (CTA): alerta de tráfico cruzado trasero (RCTA), ^{[32] [30]} alerta de tráfico cruzado delantero (FTCA) ^[30]
  • Estacionamiento — estacionamiento automatizado , sistema de estacionamiento automatizado (APS), estacionamiento automático , ^[32] asistente de estacionamiento (PA), ^[30] sensor de estacionamiento ( sensor ultrasónico ) ^[33]
  • Tecnología de colisión de tráfico : sistema de prevención de colisiones (CAS), detección de colisiones , advertencia de colisión y asistencia de frenado , sistema de prevención de mitigación de colisiones ^[32]
  • Tecnología de puntos ciegos del vehículo : detección de puntos ciegos (BSD), monitoreo de puntos ciegos (BSM), alerta de tráfico cruzado trasero (RCTA) ^{[32] [30]}
  • Sistemas de comunicación vehicular : comunicación de vehículo a vehículo (V2V) y comunicación de vehículo a todo (V2X) ^[29]
• Tecnología de transmisión : transmisión terrestre ^[22]
  • Radiodifusión : radio digital , HD Radio , Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Radio Mondiale (DRM) ^[29]
• Dispositivos móviles
  • Redes móviles ^{[22] [14]} — Sistema global para comunicaciones móviles (GSM), ^{[25] [15]} 3G , ^{[22] [25]} 4G , ^[22] 5G ^[31]
  • Teléfonos móviles ^[14]
  • Teléfonos inteligentes : módems celulares ( banda base ), transceptores de RF , chips de comunicación inalámbrica (Wi-Fi, Bluetooth, GPS) ^[35]
• Tecnología de radio ^[14] — tecnología de radiofrecuencia (RF), ^[31] receptores de radio , transmisores , ^[30] radio definida por software (SDR), ^{[27] [28] [29]} banda ancha ^[28]
  • Procesadores de banda base ^{[20] [21]}
  • Aplicaciones de ondas milimétricas (mmW) ^[31]
  • Tecnología de radar ^[32] — radar automotriz , ^{[22] [31] [29]} transceptores de radar , radar de imágenes , imágenes de súper resolución (SR), radar de capullo con percepción de 360° , ^[32] radar de capullo, radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW), ^[30] funciones de radar de esquina, rastreador de radar ^[33]
  • Transceptores ^[15] — transceptores de radio , ^{[14] [15]} transceptores de RF , ^{[35] [31]} transceptores celulares ^[15]
• Sensores : sensores de radar , ^[32] red de sensores inalámbricos (WSN) ^[25]
• Sistema en un chip (SoC) ^{[15] [31]}
• Telecomunicaciones
  • Telecomunicaciones inalámbricas mejoradas digitales (DECT) ^[23]
  • Internet de las cosas (IoT) — IoT de banda estrecha , Cat-M1 ^[31]
  • Comunicación por satélite ^{[31] [15]} — Sistema de posicionamiento global (GPS), ^[22] Receptores GPS ^[15]
  • Dispositivos de corto alcance ^[31] — Bluetooth , ^{[22] [24] [25]} Bluetooth Low Energy (BLE), IEEE 802.15.4 , ^[31] IEEE 802.11 , ^[23] Wi-Fi ^{[22] [25] [31]}
  • Redes inalámbricas : dispositivos de redes inalámbricas , ^[14] red de área local inalámbrica (WLAN), ^{[24] [15]} red de área amplia (WAN), ^[31] redes móviles ^{[22] [14]}
  • Tecnología inalámbrica ^{[14] [15]} — telecomunicaciones inalámbricas , ^[14] backhaul , ^[31] comunicación de campo cercano (NFC) ^[22]
• Oscilador controlado por voltaje (VCO): VCO de bajo ruido de fase ^[30]

Véase también

• Telefonía digital
• Historia de las telecomunicaciones
• LDMOS
• Circuito integrado de señal mixta
• Circuito integrado MOS
• MOSFET de potencia
• Ingeniería de radiofrecuencia
• Módulo RF
• Amplificador de potencia RF
• RFIC
• Fabricación de dispositivos semiconductores

Referencias

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