助推5G及自动驾驶应用落地，28nm CMOS工艺领衔射频微波技术创新

当今的半导体世界是一个以“尺寸论英雄”的时代——先进制造工艺在数年之间迅速从16nm、10nm到7nm，今天5nm制造工艺呼之欲出——媒体报道称iPhone 12将使用5nm。而同样是最近，全球半导体芯片代工绝对的标杆企业台积电更宣称2nm工艺将在2024年投产。在摩尔定律被业界质疑将穷途末路的时候，低位纳米时代却依然发挥着神奇的魔力。

但在另外一个领域，这种工艺的竞争似乎是另外一番景象——在模拟半导体制造技术上，显然是在另外一个竞争的维度，大部分新品鲜少提及工艺，而公开提及领先工艺的，28nm工艺大概是业界当前的一个关键节点，特别是在射频技术领域，又特别是模拟技术领头羊ADI公司。该公司在前不久宣布再次推出基于其28nm CMOS的新型AD9081/2 MxFE 平台，在该公司的新产品公告中指出该平台允许制造商在与单频段无线电相同的占板面积上安装多频段无线电，使当今4G LTE 基站的通话容量提高3 倍。

事实上，ADI早在两年前就宣布推出自动驾驶领域的技术平台Drive360，强调了首家以先进的28nm CMOS工艺为基础提供汽车RADAR技术的公司。而在同年5月推出28纳米高速CMOS模数转换器AD9208，瞄准下一波宽带软件定义系统，并同期推出瞄准4G/5G多频段无线通信基站和2 GHz E-band微波点对点回传平台千兆赫兹带宽应用的需求28纳米高速数模转换器系列AD9172。

助推5G应用，28nm CMOS工艺领衔射频创新

毫无疑问，射频及微波应用当前最热门的是5G。5G对带宽、低功耗、小尺寸近乎苛刻的要求对传统的前端解决方案提出了严峻的挑战。与以前的小基站只支持一个频段不同的是，在几乎同样的尺寸下现在的基站设备需要支持三到四个频段。5G宏基站则采用大规模MIMO，天线密度从之前的4G时代主流的4T4R/8T8R跃升至32T32R/64T64R。事实上，ADI推出的多款28nm创新器件就是瞄准该类应用的迫切需求。

例如上文所述，AD9081/2 MxFE平台就允许制造商在与单频段无线电相同的占板面积上安装多频段无线电，使当今4G LTE 基站的通话容量提高3倍，并凭借1.2 GHz 通道带宽，新型MxFE 平台还支持无线运营商为其蜂窝塔增加更多天线，以满足新兴mmWave 5G 的更高无线电密度和数据速率要求。AD9081/2 MxFE 器件分别集成了8个和6个RF数据转换器，实现了业界最宽的瞬时信号带宽(高达2.4 GHz)，减少了频率转换级的数量和放宽滤波器要求，从而简化硬件设计并通过减少芯片数量来解决无线设备设计人员面临的空间限制问题，使得印刷电路板面积缩小60%。此外，MxFE平台能处理更多的RF频段，并在片内嵌入了DSP功能，从而使用户能够配置可编程滤波器和数字上、下变频模块，以满足特定无线电信号带宽要求。与在FPGA上执行RF 变频和滤波的架构相比，它能节省10倍的功耗，同时释放宝贵的处理器资源，或允许设计人员使用更具成本效益的FPGA。

5G 毫米波无线电名义上必须处理1 GHz或可能更高的带宽，具体取决于频谱的实际分配方式。虽然28 GHz下的1 GHz带宽相对较低(3.5%)，但假设是3 GHz中频下的1 GHz带宽，那么设计起来就更具有挑战性，并且需要某种先进技术来实现高性能设计。下图展示了一个基于组件的高性能位到毫米波无线电的方框图示例，构成ADI公司的宽RF和混合信号产品系列。

图1. 宽带位到毫米波无线电框图

上图的示例中，显示了所使用的直接高中频变送器发射和高中频接收器采样，其中数据转换器在中频进行发射和接收。在能够合理实现的情况下，中频要尽可能高，以避免在RF下的图像滤波困难，从而将中频驱动到3 GHz及以上。幸运的是，先进的数据转换器能够在这种频率下工作，其中两款产品同样采用了ADI公司的28nm CMOS工艺，在高集成度压缩信号链尺寸和低功耗上都具有可圈可点的突出表现——

AD9172是一款高性能、双通道、16位DAC，支持高达12.6 GSPS的采样速率。该器件具有8通道、15 Gbps JESD204B数据输入端口、高性能片内DAC时钟倍频器和数字信号处理功能，支持带宽和高达6 GHz的多频段直接至RF信号生成。双通道、16位、12 SPS AD9172可提供高达6GHz的直接RF信号合成，省去了IF至RF的上变频级和LO生成。这样可简化整体RF信号链，同时降低系统总成本。AD9172能在这些RF频率上保持卓越的线性度和噪声性能，为系统架构师提供最高水平的可配置性。

在接收器中，显示了双通道、14位、3 GSPS ADC AD9208。该器件内置片内缓冲器和采样保持电路，专门针对低功耗、小尺寸和易用性而设计。该产品设计支持通信应用，能够实现高达5 GHz的宽带宽模拟信号直接采样。双通道3.0 GSPS 模数转换器AD9208大大降低功耗（功耗降低约50%）的同时可实现极高的带宽和动态范围，覆盖最多的信号频段数，具有适用于分集射频接收和I/Q解调系统所需的低噪声频谱密度的特点。

汽车微波雷达落地，28nm CMOS技术凸显优势

事实上，5G的频谱已经拓展到微波雷达的频域，相关技术在包括汽车微波雷达、相控阵雷达等领域同样适用。通过将更多频率转换和滤波处理从模拟域转换到数字域，AD9081/2 一样也能满足多天线相控阵雷达系统、低地球轨道卫星网络中其他宽带应用的需求，通过为设计人员提供了软件配置能力来定制其无线电。

毫无疑问ADI在28nm CMOS工艺上的制造优势对这些RF转换器在带宽、功耗和动态范围关键性能上发挥重要作用，以及覆盖最多的信号频带。而这些器件应用非常广泛，包括航空电子、雷达、汽车ADAS、无线基础设施等等，而汽车ADAS雷达应用则是ADI宣传中的重点，特别是其Drive360平台，强调雷达围绕其领先的28nm CMOS技术构建。

ADI在消费电子展上演示基于28nm信号链的76-81GHz汽车雷达技术平台

ADI在消费电展（CES）上就已推出了其28nm CMOS技术下构建的汽车雷达系统（Drive360平台），并在展会期间演示了基于该平台的demo的雷达功能，首次向业界展示了该平台的数字信号处理集成上的灵活性。该平台实现了分集无线电和I/Q解调系统的宽瞬时带宽数据采集，同时具有高动态范围、低频谱噪声密度和低功耗特点，采样率和模拟输入带宽能够为汽车雷达应用提供直接的RF信号处理架构。基于28 nm RF CMOS汽车雷达解决方案的demo系统具备了“超高性能、高集成度和更高的可扩展性，可以从短距离雷达解决方案一直扩展到超高端、250m长距离雷达系统，适合安装在未来ADAS和自主驾驶车辆上。28nm工艺的独特性，给解决方案带来了设计的灵活性和可扩展性以及小尺寸的特点。