當(dāng)今的半導(dǎo)體世界是一個以“尺寸論英雄”的時代——先進(jìn)制造工藝在數(shù)年之間迅速從16nm、10nm到7nm，今天5nm制造工藝呼之欲出——媒體報道稱iPhone 12將使用5nm。而同樣是最近，全球半導(dǎo)體芯片代工絕對的標(biāo)桿企業(yè)臺積電更宣稱2nm工藝將在2024年投產(chǎn)。在摩爾定律被業(yè)界質(zhì)疑將窮途末路的時候，低位納米時代卻依然發(fā)揮著神奇的魔力。

但在另外一個領(lǐng)域，這種工藝的競爭似乎是另外一番景象——在模擬半導(dǎo)體制造技術(shù)上，顯然是在另外一個競爭的維度，大部分新品鮮少提及工藝，而公開提及領(lǐng)先工藝的，28nm工藝大概是業(yè)界當(dāng)前的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，特別是在射頻技術(shù)領(lǐng)域，又特別是模擬技術(shù)領(lǐng)頭羊ADI公司。該公司在前不久宣布再次推出基于其28nm CMOS的新型AD9081/2 MxFE 平臺，在該公司的新產(chǎn)品公告中指出該平臺允許制造商在與單頻段無線電相同的占板面積上安裝多頻段無線電，使當(dāng)今4G LTE 基站的通話容量提高3 倍。

事實上，ADI早在兩年前就宣布推出自動駕駛領(lǐng)域的技術(shù)平臺Drive360，強(qiáng)調(diào)了首家以先進(jìn)的28nm CMOS工藝為基礎(chǔ)提供汽車RADAR技術(shù)的公司。而在同年5月推出28納米高速CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9208，瞄準(zhǔn)下一波寬帶軟件定義系統(tǒng)，并同期推出瞄準(zhǔn)4G/5G多頻段無線通信基站和2 GHz E-band微波點(diǎn)對點(diǎn)回傳平臺千兆赫茲帶寬應(yīng)用的需求28納米高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器系列AD9172。

助推5G應(yīng)用，28nm CMOS工藝領(lǐng)銜射頻創(chuàng)新

毫無疑問，射頻及微波應(yīng)用當(dāng)前最熱門的是5G。5G對帶寬、低功耗、小尺寸近乎苛刻的要求對傳統(tǒng)的前端解決方案提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與以前的小基站只支持一個頻段不同的是，在幾乎同樣的尺寸下現(xiàn)在的基站設(shè)備需要支持三到四個頻段。5G宏基站則采用大規(guī)模MIMO，天線密度從之前的4G時代主流的4T4R/8T8R躍升至32T32R/64T64R。事實上，ADI推出的多款28nm創(chuàng)新器件就是瞄準(zhǔn)該類應(yīng)用的迫切需求。

例如上文所述，AD9081/2 MxFE平臺就允許制造商在與單頻段無線電相同的占板面積上安裝多頻段無線電，使當(dāng)今4G LTE 基站的通話容量提高3倍，并憑借1.2 GHz 通道帶寬，新型MxFE 平臺還支持無線運(yùn)營商為其蜂窩塔增加更多天線，以滿足新興mmWave 5G 的更高無線電密度和數(shù)據(jù)速率要求。AD9081/2 MxFE 器件分別集成了8個和6個RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了業(yè)界最寬的瞬時信號帶寬(高達(dá)2.4 GHz)，減少了頻率轉(zhuǎn)換級的數(shù)量和放寬濾波器要求，從而簡化硬件設(shè)計并通過減少芯片數(shù)量來解決無線設(shè)備設(shè)計人員面臨的空間限制問題，使得印刷電路板面積縮小60%。此外，MxFE平臺能處理更多的RF頻段，并在片內(nèi)嵌入了DSP功能，從而使用戶能夠配置可編程濾波器和數(shù)字上、下變頻模塊，以滿足特定無線電信號帶寬要求。與在FPGA上執(zhí)行RF 變頻和濾波的架構(gòu)相比，它能節(jié)省10倍的功耗，同時釋放寶貴的處理器資源，或允許設(shè)計人員使用更具成本效益的FPGA。

5G 毫米波無線電名義上必須處理1 GHz或可能更高的帶寬，具體取決于頻譜的實際分配方式。雖然28 GHz下的1 GHz帶寬相對較低(3.5%)，但假設(shè)是3 GHz中頻下的1 GHz帶寬，那么設(shè)計起來就更具有挑戰(zhàn)性，并且需要某種先進(jìn)技術(shù)來實現(xiàn)高性能設(shè)計。下圖展示了一個基于組件的高性能位到毫米波無線電的方框圖示例，構(gòu)成ADI公司的寬RF和混合信號產(chǎn)品系列。

圖1. 寬帶位到毫米波無線電框圖

上圖的示例中，顯示了所使用的直接高中頻變送器發(fā)射和高中頻接收器采樣，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在中頻進(jìn)行發(fā)射和接收。在能夠合理實現(xiàn)的情況下，中頻要盡可能高，以避免在RF下的圖像濾波困難，從而將中頻驅(qū)動到3 GHz及以上。幸運(yùn)的是，先進(jìn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠在這種頻率下工作，其中兩款產(chǎn)品同樣采用了ADI公司的28nm CMOS工藝，在高集成度壓縮信號鏈尺寸和低功耗上都具有可圈可點(diǎn)的突出表現(xiàn)——

AD9172是一款高性能、雙通道、16位DAC，支持高達(dá)12.6 GSPS的采樣速率。該器件具有8通道、15 Gbps JESD204B數(shù)據(jù)輸入端口、高性能片內(nèi)DAC時鐘倍頻器和數(shù)字信號處理功能，支持帶寬和高達(dá)6 GHz的多頻段直接至RF信號生成。雙通道、16位、12 SPS AD9172可提供高達(dá)6GHz的直接RF信號合成，省去了IF至RF的上變頻級和LO生成。這樣可簡化整體RF信號鏈，同時降低系統(tǒng)總成本。AD9172能在這些RF頻率上保持卓越的線性度和噪聲性能，為系統(tǒng)架構(gòu)師提供最高水平的可配置性。

在接收器中，顯示了雙通道、14位、3 GSPS ADC AD9208。該器件內(nèi)置片內(nèi)緩沖器和采樣保持電路，專門針對低功耗、小尺寸和易用性而設(shè)計。該產(chǎn)品設(shè)計支持通信應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)5 GHz的寬帶寬模擬信號直接采樣。雙通道3.0 GSPS 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9208大大降低功耗（功耗降低約50%）的同時可實現(xiàn)極高的帶寬和動態(tài)范圍，覆蓋最多的信號頻段數(shù)，具有適用于分集射頻接收和I/Q解調(diào)系統(tǒng)所需的低噪聲頻譜密度的特點(diǎn)。

汽車微波雷達(dá)落地，28nm CMOS技術(shù)凸顯優(yōu)勢

事實上，5G的頻譜已經(jīng)拓展到微波雷達(dá)的頻域，相關(guān)技術(shù)在包括汽車微波雷達(dá)、相控陣雷達(dá)等領(lǐng)域同樣適用。通過將更多頻率轉(zhuǎn)換和濾波處理從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，AD9081/2 一樣也能滿足多天線相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、低地球軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中其他寬帶應(yīng)用的需求，通過為設(shè)計人員提供了軟件配置能力來定制其無線電。

毫無疑問ADI在28nm CMOS工藝上的制造優(yōu)勢對這些RF轉(zhuǎn)換器在帶寬、功耗和動態(tài)范圍關(guān)鍵性能上發(fā)揮重要作用，以及覆蓋最多的信號頻帶。而這些器件應(yīng)用非常廣泛，包括航空電子、雷達(dá)、汽車ADAS、無線基礎(chǔ)設(shè)施等等，而汽車ADAS雷達(dá)應(yīng)用則是ADI宣傳中的重點(diǎn)，特別是其Drive360平臺，強(qiáng)調(diào)雷達(dá)圍繞其領(lǐng)先的28nm CMOS技術(shù)構(gòu)建。

ADI在消費(fèi)電子展上演示基于28nm信號鏈的76-81GHz汽車?yán)走_(dá)技術(shù)平臺

ADI在消費(fèi)電展（CES）上就已推出了其28nm CMOS技術(shù)下構(gòu)建的汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)（Drive360平臺），并在展會期間演示了基于該平臺的demo的雷達(dá)功能，首次向業(yè)界展示了該平臺的數(shù)字信號處理集成上的靈活性。該平臺實現(xiàn)了分集無線電和I/Q解調(diào)系統(tǒng)的寬瞬時帶寬數(shù)據(jù)采集，同時具有高動態(tài)范圍、低頻譜噪聲密度和低功耗特點(diǎn)，采樣率和模擬輸入帶寬能夠為汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用提供直接的RF信號處理架構(gòu)。基于28 nm RF CMOS汽車?yán)走_(dá)解決方案的demo系統(tǒng)具備了“超高性能、高集成度和更高的可擴(kuò)展性，可以從短距離雷達(dá)解決方案一直擴(kuò)展到超高端、250m長距離雷達(dá)系統(tǒng)，適合安裝在未來ADAS和自主駕駛車輛上。28nm工藝的獨(dú)特性，給解決方案帶來了設(shè)計的靈活性和可擴(kuò)展性以及小尺寸的特點(diǎn)。