RFIC

RFIC

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Los RFIC (del inglés radio frequency integrated circuit) son circuitos integrados que trabajan en el rango de ondas de radiofrecuencia.

RFIC CMOS LNA (amplificador de bajo ruido).

La electrónica actual tiene una fuerte tendencia al empleo de las tecnologías inalámbricas, en las cuales se conjuga toda la potencialidad del procesado digital y analógico, para altas frecuencias, en un mismo sistema. Estos sistemas integrados requieren bajo coste, bajo consumo, altas prestaciones y tamaño reducido, en donde el papel que juega la tecnología CMOS es vital para la expansión de los sistemas inalámbricos.

Historia

En los últimos años la tecnología CMOS ha evolucionado notablemente logrando mejoras en los niveles de integración y velocidad de proceso, esto aunado a su bajo coste ha permitido la integración de procesadores digitales junto con el procesado analógico de la señal, dando lugar a la implementación de circuitos integrados de modo mixto. Por su parte, los circuitos integrados de Radio Frecuencia (RF) han sufrido un explosivo crecimiento por su extensa aplicación en sistemas de comunicación y equipos inalámbricos. Con respecto a los problemas tecnológicos, que se derivan de la implementación de estos sistemas en tecnología CMOS, cabe destacar el trabajo realizado por Thomas H. Lee, a él se le deben numerosas contribuciones teóricas de tecnología y diseño en este campo.

La clave la integración

Proyección del escalado CMOS de acuerdo al International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS).

El escalado de la tecnología CMOS (>65nm), ha permitido llegar a la integración en un solo chip de gran capacidad de procesado, comunicaciones inalámbricas (wifi, bluetooth), memoria, video, circuitos de RF, audio. Estos RFIC nos permiten disponer de terminales móviles que integran en un solo chip tecnología cuatribanda, cámara de fotos, navegador de internet, reproductor mp3, reproductor de video, agenda, etc . Bluetooth es un estandar de conectividad wireless que provee comunicaciones de voz y datos de bajo coste para enlazar teléfonos móviles PDA, PC, cámaras digitales y otros dispositivos portátiles. Está tecnología trabaja a 2.4 GHz. Los dispositivos Bluetooth operan en tres clases de potencia. La clase 2 opera a 0 dBm, la clase 2 opera a 4 dBm y la clase 1 opera a 20 dBm. Todas ellas transmite datos a 1 Mbps y la última generación oscila entre 2 y 12 Mbps.

Amplificador de potencia CMOS

Por lo tanto estos dispositivos deben ser capaces de controlar la potencia desde 20 dBm hasta 0 dBm, Bluetooth habilita este control de potencia optimizándola con LMP (Link Manager Protocol). Consiste en medir la señal recibida (RSSI) y reportando si la señal debe ser amplificada o no. Bluetooth además es considerado un estandar de bajo coste, y lo consigue gracias a la tecnología CMOS. CMOS es usado en esta tecnología como amplificadores de potencia, a continuación se muestra un esquema de un amplificador de este tipo

Problemas de diseño

La integración de la sección digital y de RF sobre un mismo substrato es un tema de gran interés en la actualidad por las diferentes dificultades que ello conlleva. La problemática de la integración de estas dos secciones tan diferentes repercute en todos los niveles de abstracción y flujos de diseño, desde el desarrollo de la arquitectura, particionado, simulación, pruebas, elección de estándares, normativas, algoritmos, protocolos de comunicación, pasando por aspectos de simulación (CAD y modelado) para la planificación y coordinación de flujos de diseño (en sus diferentes niveles de abstracción), todos estos aspectos enmarcados y delimitados por el desarrollo de la tecnología actual y futura. Por lo tanto, a pesar de las ventajas, es innegable que la tecnología CMOS sufre de una serie de limitaciones, de entre las cuales se destacan los problemas referentes a la integridad de la señal. De entre estos problemas, el ruido de conmutación puede ser considerado un factor crítico en el diseño de Circuitos Integrados. La actividad eléctrica de los nodos digitales se acopla desde la red de distribución de energía al substrato, implicando la transmisión de ruido a puntos sensibles de las secciones analógicas o de radiofrecuencia (RF), lo cual degrada notablemente sus prestaciones.

Referencias

T. H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, USA: Cambridge University Press, Inc., 1998

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