RFCMOS

Tecnología de circuito integrado que integra electrónica de radiofrecuencia, analógica y digital.

RF CMOS es una tecnología de circuito integrado (IC ) semiconductor de óxido metálico (MOS ) que integra electrónica de radiofrecuencia (RF), analógica y digital en un chip de circuito RF CMOS (MOS complementario) de señal mixta . ^{[1] [2]} Se utiliza 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 y dispositivos de redes inalámbricas modernos . La tecnología RF CMOS fue iniciada por el ingeniero paquistaní Asad Ali Abidi en la UCLA entre finales de los 80 y principios de los 90, 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 FET RF de van der Ziel , que se publicó a principios de los años 1960 y permaneció en gran medida olvidado hasta los años 1990. ^{[3] [4] [5] [6]}

Historia

Asad Ali Abidi desarrolló la tecnología RF CMOS en UCLA entre finales de los 80 y principios de los 90.

El ingeniero paquistaní 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 semiconductores de óxido metálico (MOS) e hizo contribuciones fundamentales a la arquitectura de radio basada en condensadores conmutados MOS (CMOS) complementarios. (SC) tecnología. ^[7] 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 los NMOS submicrónicos integrados . Tecnología de circuitos (IC) en circuitos de comunicación de alta velocidad . El trabajo de Abidi inicialmente fue recibido con escepticismo por parte de los defensores del GaAs y los transistores de unión bipolar , las tecnologías dominantes para los circuitos de comunicación de alta velocidad en ese momento. En 1985 se unió a la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), donde fue pionero en la tecnología RF CMOS desde finales de los 80 hasta principios de los 90. 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 . ^[8]

Abidi estaba investigando circuitos CMOS analógicos para procesamiento de señales y comunicaciones en UCLA desde finales de los 80 hasta principios de los 90. ^[8] Abidi, junto con sus colegas de UCLA J. Chang y Michael Gaitan, demostraron el primer amplificador CMOS de RF en 1993. ^{[9] [10]} En 1995, Abidi utilizó la tecnología de condensadores conmutados CMOS para demostrar los primeros transceptores de conversión directa para comunicaciones digitales . ^[7] A finales de la década de 1990, la tecnología RF CMOS fue ampliamente adoptada en las redes inalámbricas , a medida que los teléfonos móviles comenzaron a generalizarse. ^[8] Esto cambió la forma en que se diseñaron los circuitos de RF, lo que llevó a la sustitución de transistores bipolares discretos por circuitos integrados CMOS en transceptores de radio . ^[8]

Hubo un rápido crecimiento de la industria de las telecomunicaciones hacia finales del siglo XX, principalmente debido 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) de bajo costo. . ^[11] Permitió terminales de usuario final sofisticados, portátiles y de bajo costo , y dio origen a unidades pequeñas, de bajo costo, de bajo consumo y portátiles para una amplia gama de sistemas de comunicación inalámbrica. Esto permitió 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. ^[12]

A principios de la década de 2000, se demostraron chips RF CMOS con MOSFET submicrónicos profundos capaces de alcanzar un rango de frecuencia de más de 100 GHz . ^[13] 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. ^{[8] [actualizar]}

Aplicaciones

Los procesadores de banda base ^{[14] [15]} y los transceptores de radio de todos los dispositivos de redes inalámbricas y teléfonos móviles modernos se producen en masa utilizando dispositivos RF CMOS. ^[8] 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 ), transmisión terrestre y aplicaciones de radar automotriz , entre otros usos. ^[dieciséis]

Ejemplos de chips RF CMOS comerciales incluyen el teléfono inalámbrico DECT de Intel y los chips 802.11 ( Wi-Fi ) creados por Atheros y otras empresas. ^[17] Los productos comerciales RF CMOS también se utilizan para redes Bluetooth y LAN inalámbrica (WLAN). ^[18] RF CMOS 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). ^[19]

La tecnología RF CMOS es crucial para las comunicaciones inalámbricas modernas, incluidas las redes inalámbricas y los dispositivos de comunicación móviles . Una de las empresas que comercializó la tecnología RF CMOS fue Infineon . Sus conmutadores CMOS RF 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]. ^[20]

La práctica radio definida por software (SDR) para uso comercial fue habilitada por RF CMOS, que es capaz de implementar un sistema de radio definido por software completo en un solo chip MOS IC. ^{[21] [22] [23]} RF CMOS comenzó a usarse para implementaciones SDR durante la década de 2000. ^[22]

Aplicaciones comunes

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

• Convertidor analógico a digital (ADC) ^{[21] [24]} — modulación sigma-delta (ΣΔ) ^[21]
• Electrónica automotriz : sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), ^{[25] [26] aplicaciones} de seguridad automotriz , eficiencia de conducción , sistema de advertencia de cambio de carril (LDWS), detección de usuario vulnerable de la vía (VRU), ^[26] asistencia al conductor , detección de ocupantes traseros (ROD), alerta de ocupante trasero (ROA), ^[24] generador de formas de onda ^[27]
  • Parte delantera del automóvil : sistema para evitar colisiones laterales , asistente de camino estrecho, sistema de pre-choque lateral , asistente de atascos , ^[28] control de crucero adaptativo (ACC), ^{[26] [24] [28]} frenado autónomo de emergencia (AEB) ^{[ 26] [28]}
  • Parte trasera del automóvil: detección de punto ciego (BSD), colisión previa trasera , ^[28] asistencia para cambio de carril (LCA) ^{[26] [28]}
  • Tecnología de asistencia de tráfico cruzado (CTA): alerta de tráfico cruzado trasero (RCTA), ^{[26] [24]} alerta de tráfico cruzado delantero (FTCA) ^[24]
  • Estacionamiento : estacionamiento automatizado , sistema de estacionamiento automatizado (APS), estacionamiento automático , ^[26] Asistencia de estacionamiento (PA), ^[24] sensor de estacionamiento ( sensor ultrasónico ) ^[27]
  • Tecnología de colisión de tráfico : sistema para evitar colisiones (CAS), detección de colisiones , advertencia de colisión y soporte de frenado , sistema para evitar mitigación de colisiones ^[26]
  • Tecnología de punto ciego del vehículo : detección de punto ciego (BSD), monitoreo de punto ciego (BSM), alerta de tráfico cruzado trasero (RCTA) ^{[26] [24]}
  • Sistemas de comunicación vehicular : comunicación de vehículo a vehículo (V2V) y comunicación de vehículo a todo (V2X) ^[23]
• Tecnología de radiodifusión : radiodifusión terrestre ^[16]
  • Transmisión de radio : radio digital , HD Radio , transmisión de audio digital (DAB), Digital Radio Mondiale (DRM) ^[23]
• Dispositivos móviles
  • Redes móviles ^{[16] [8]} — Sistema Global de Comunicaciones Móviles (GSM), ^{[19] [9]} 3G , ^{[16] [19]} 4G , ^[16] 5G ^[25]
  • Teléfonos móviles ^[8]
  • Teléfonos inteligentes : módems celulares ( banda base ), transceptores de RF , chips de comunicación inalámbrica (Wi-Fi, Bluetooth, GPS) ^[29]
• Tecnología de radio ^[8] - tecnología de radiofrecuencia (RF), ^[25] receptores y transmisores de radio , ^[24] radio definida por software (SDR), ^{[21] [22] [23]} banda ancha ^[22]
  • Procesadores de banda base ^{[14] [15]}
  • Aplicaciones de ondas milimétricas (mmW) ^[25]
  • Tecnología de radar ^[26] - radar automotriz , ^{[16] [25] [23]} transceptores de radar , radar de imágenes , imágenes de superresolución (SR), capullo de radar con percepción de 360° , ^[26] radar capullo, onda continua de frecuencia modulada ( FMCW), radar, ^[24] funciones de radar de esquina, rastreador de radar ^[27]
  • Transceptores ^[9] — transceptores de radio , ^{[8] [9]} transceptores de RF , ^{[29] [25]} transceptores celulares ^[9]
• Sensores : sensores de radar , ^[26] red de sensores inalámbricos (WSN) ^[19]
• Sistema en un chip (SoC) ^{[9] [25]}
• Telecomunicaciones
  • Telecomunicaciones inalámbricas digitales mejoradas (DECT) ^[17]
  • Internet de las cosas (IoT): IoT de banda estrecha , Cat-M1 ^[25]
  • Comunicación por satélite ^{[25] [9]} — Sistema de posicionamiento global (GPS), ^[16] Receptores GPS ^[9]
  • Dispositivos de corto alcance ^[25] — Bluetooth , ^{[16] [18] [19]} Bluetooth de bajo consumo (BLE), IEEE 802.15.4 , ^[25] IEEE 802.11 , ^[17] Wi-Fi ^{[16] [19] [ 25]}
  • Redes inalámbricas : dispositivos de redes inalámbricas , ^[8] red de área local inalámbrica (WLAN), ^{[18] [9]} red de área amplia (WAN), ^[25] redes móviles ^{[16] [8]}
  • Tecnología inalámbrica ^{[8] [9] —} telecomunicaciones inalámbricas , ^[8] backhaul , ^[25] comunicación de campo cercano (NFC) ^[16]
• Oscilador controlado por voltaje (VCO): VCO de bajo ruido de fase ^[24]

Ver también

• Telefonía digital
• Historia de las telecomunicaciones
• LDMOS
• Circuito integrado de señal mixta
• circuito integrado MOS
• MOSFET de potencia
• Ingeniería de radiofrecuencia
• módulo de radiofrecuencia
• amplificador de potencia de radiofrecuencia
• RFIC
• Fabricación de dispositivos semiconductores.

Referencias

1. "Figura 1 Resumen de la tecnología SiGe BiCMOS y rf CMOS". Puerta de la investigación . Consultado el 7 de diciembre de 2019 .
2. Amplificadores de potencia RF CMOS: teoría, diseño e implementación . La Serie Internacional en Ingeniería e Informática. vol. 659. Springer Ciencia + Medios comerciales . 2002. doi : 10.1007/b117692. ISBN 0-7923-7628-5.
3. A. van der Ziel (1962). "Ruido térmico en transistores de efecto de campo". Actas del IRE . 50 (8): 1808–1812. doi :10.1109/JRPROC.1962.288221.
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