低频和高频RF无线体系的集成具有很大差异。在高频段，因为CMOS工艺能完成的带宽高于双极工艺，因而是RF电路首选工艺，一般RF-CMOS不会与数字CMOS集成在同一个芯片上。在低频段最重要的体系是蜂窝通讯体系，该类体系的RF功用集成的要点在于无源元件的集成。本文介绍了经过多片封装或模块完成无源元件与RF有源元件集成的战略。
信息在通讯体系的两点传输过程中，射频功用扮演了重要人物。在这类体系中，RF功用一般与其它功用在物理上别离，RF发射与接纳一般是由不同的IC来完成。为减小体系尺度并下降本钱，人们不断探究将RF与体系其它功用集成的办法，其间特别是DSP技能的开展发生了十分重要的影响。除了这种RF与非RF集成的开展趋势外，RF器材自身还有其它集成开展趋势。这些不同的开展趋势是因为不同体系需求不同的技能来完成所需求的RF功用。例如，在将接纳信号传递到低噪声放大器(LNA)之前，有些体系要求对信号进行有用滤波，这需求选用陶瓷滤波器或声外表波(SAW)滤波器来对接纳信号滤波，但这些滤波器都不能集成到接纳器IC中。
低频与高频体系的差异
低频与高频体系之间的一个重要差异是，后者只能在发射器与接纳器之间不存在阻挠的情况下才干完成信号传输，而低频体系没有这样的要求，因而能完成更大的覆盖面积。低频和高频之间并没有显着的分界点，其过度频率在2-5GHz之间，并取决于体系特性，例如发射器输出功率和接纳器灵敏度。本文以2.4GHz作为凹凸频率的转换点。高频体系还能够分为长距离体系和短距离体系。长距离体系如雷达、卫星链路、基站链路、固定无线宽带接入(FWBA)等，这些体系要求的发射功率都高于短距离体系，如蓝牙和802.11a/b等。
高频RF集成
短距离无线通讯体系的方针商场是消费电子商场，因而要求尺度小且本钱低，并且跟着经过数据传输视频流的运用需求添加，数据传输速率将不断添加。这些体系基本上都是便携式电池供电的产品，要求长的待机和通话时间。
因为作业在高频段的发射器较少，因而高频率体系(高于2.4GHz)能够完成高带宽和适中的接纳器挑选特性。相同，接纳器的信噪比(S/N)很高，因而发射器的输出功率能够较低。例如，802.11b在2.4GHz时具有11Mbps的带宽，802.11a在5GHz下能够高达54Mbps。选用更宽的波段或更杂乱的调制办法要求更严厉的信号线性度，而线性度与发射器严密相关。
图1为CMOS和BiCOS所能完成的作业频率开展比较
体系选用的工艺技能与所能完成的作业频率有关，图1为CMOS和BiCOS所能完成的作业频率开展比较。假定fmax与能得到的作业频率直接相关，很显着CMOS是比较好的挑选。此外，CMOS还能满意不严厉的挑选性、信噪比和输出功率要求，但因为作业电压低而使动态功用下降。可是，因为许多体系作业于敞开频段上，这样在发射器和接纳器之间将或许有许多发射设备相互搅扰，如微波炉搅扰蓝牙通讯便是一个典型实例。
虽然CMOS在高频具有这些优势，但BiCMOS技能具有双极技能的RF模型、晶体管参数匹配的长处，并且BiCMOS规划经历更丰厚。在工艺挑选上尺度并不是首要考虑要素，因为0.18um CMOS或BiCMOS工艺完成蓝牙收发器功用的芯片尺度附近。
假如挑选CMOS工艺，规范数字CMOS将是开展趋势，因为这些数字CMOS自身现已选用了多层掩模工艺，因而将不会再添加其它选项。数字功用将占有最大的芯片面积，因而首要的本钱将发生在这些数字功用部分。
运用干流CMOS工艺将数字电路和RF功用集成在单块芯片上还有含义吗?这个问题需求从两个方面来考虑：从技能视点看，选用为完成RF功用而改善的规范CMOS是或许的，如高阻抗基底削减经过基底的串扰，选用厚介质来完成无源元件的高品质要素等;从集成的视点看，将规范CMOS运用于射频以及在一个芯片上集成数字和RF功用没有太多的优点，因为数字和RF的模型和库有着根本上的不同。数字电路常常用VHDL/Verilog言语规划，CMOS技能的数字库一般在新技能呈现之前就已完成，这些数字库一代一代地运用，因而规划工程师能够鄙人一代工艺发布之前进行数字规划。
关于RF规划而言，只要在工艺呈现后才或许有模型和库，因而RF器材具有其共同的特色。因为RF功用一般没有1:1的可再运用模块，因而每个新器材简直有必要从零开始开发。RF库一般落后于数字库1-2年，运用干流CMOS工艺来完成RF功用，意味着在工艺大将落后一代。因而，在一个芯片上集成数字和RF功用意味着将选用上一代CMOS工艺来完成数字功用，而一般完本钱钱更高。并且，无源元件(电感)和RF/模仿功用并不能真实跟着CMOS工艺技能同步开展，因而，RF部分所占面积相关于数字部分将随不同的技能代而添加。
在单芯片上集成数字和RF功用的其它困难还有：
1. 有必要操控数字和RF部分之间经过基底发生的串扰;
2. 选用高档CMOS工艺的掩膜本钱很高，而将数字和RF集成因为RF规划的原因必然会导致许屡次的规划迭代，将导致本钱添加;
3. RF IC产值一般由规划所决议，数字IC由参数决议，因而集成数字和RF功用的集成电路的产值将低于数字IC;
4. 数字CMOS封装发生的高引脚电感将下降RF功率。
从技能上讲，短距离高频体系的最佳解决办法是选用多芯片封装和模块，其间数字和RF功用选用独立的IC和BiCMOS工艺来完成。这些计划关于那些既具有规划才能又有出产封装才能的厂商来说是可行的，可是，多芯片封装，尤其是模块关于那些依托代工厂的无晶圆厂来说并不简单完成。因而，这些公司将或许向在单片上集成数字和RF功用的方向开展。
图2 CDMA RF前端功用框图所示
无线体系还需求天线和用于波段挑选的切换器材、Tx-Rx切换和天线分集，如图2的CDMA RF前端功用框图所示。为了嵌入这些器材，一般选用多片封装的办法而非模块集成。
低频集成
关于2.4GHz以下的运用，蜂窝体系是最广泛和最重要的运用。蜂窝手机要求本钱低和尺度小，需求更高的集成度。此外，蜂窝体系具有严厉的功用和本钱等要求，所运用的元器材品种许多。
蜂窝体系的接纳器端需求高灵敏度和挑选性，一般选用一个接纳滤波器，如声外表波(SAW)滤波器来完成;选用低噪声放大器(LNA)来完成大的信噪比，其间的电感器用于发射器以完成噪声和增益匹配之间的最佳平衡，一般将这种LNA功用集成在单芯片收发器IC上;基带功用总是在干流CMOS IC中完成;收发器功用传统上是选用BiCMOS工艺，可是CMOS工艺正引起越来越的重视。一同，多频带/体系集成也在不断开展。
另一个应战是发送(TX)途径，这些全向非点对点传输体系要求24-33dBm的高输出功率。从易用性、功率和功用上来看，功放(PA)功用挑选的技能是硅(Si)双极或GaAs HBT(Si LDMOS)。在最终的放大器级之后，需求一个低损耗输出匹配电路，因为该电路在技能上难以完成集成。该功用常常与分立外表贴装器材一同部分地集成，或经过特别的低本钱无源集成(PI)芯片来完成。
图3
低频集成所运用的技能包含PA用的GaAs HBT，PA驱动器用Si BiCMOS，用于输出匹配的偏置级和功率操控环路的Si PI芯片。现在的手机是多频带和多形式，需求在PA、接纳通道和天线之间有很多的切换和滤波功用。开关器材一般是选用GaAs pHEMT或p-i-n二极管以及RF-MEMS来完成。双工滤波器(RX-TX分隔)，用于波段挑选的同向双工滤波器和谐波滤波器组成天线的无源前端部分。多波段PA模块之后的前端集成TX-FE模块。
在无源前端之后全部是无线模块，该模块加入了收发器功用。把所有这些技能以更高性价比集成到蜂窝体系里极富应战性。收发器功用(包含LNA)能够选用片上体系完成，但接纳滤波器仍需求放在芯片之外，PA和RF前端一般不能放在一个芯片上。一般来说，应战来自于无源元件和多技能封装，一般挑选在LTCC或有机基底上的模块集成。
削减无源元件和推进无源集成的一个关键技能是PASSI技能。选用该技能能够完成145pF/mm2和4%(3σ)的电容器精度，电感的Q因数超越50。该技能还能够作为横向集成p-i-n二极管、高密度电容器和将来的MEMS可变电容器和开关的渠道。另一个相关的技能开展是体声波(BAW)技能，该技能能够代替滤波器中的陶瓷和SAW技能。BAW技能能够有几种完成办法，其间一种如图4所示。
图4
选用SAW技能的优势是功用、损耗、热特性、尺度和本钱，特别是在高于1GHz的频率时，SAW技能要求运用亚微米光刻。因为选用亚微米结构，在2GHz以上SAW滤波器的损耗将敏捷添加，但BAW技能至少能够在高达10GHz的频率下运用。因为添加了额定的掩模和合格率相关的本钱问题，在BiCMOS工艺上选用BAW技能或许并不具有太多的优势。
图5
将RF功用和完好的体系解决计划外包正成为一种新的商业形式，上面谈到的前端集成化趋势将进一步开展，未来将触及基带和功率操控环路、匹配、RF切换和滤波器等，供给一个完好的RF体系解决计划。当这些功用彻底老练，且OEM厂商承受这种产品后，这种完好体系计划将很多运用。上面所述的前端集成的开展趋势还将延伸到基带和电源办理范畴。
