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28nm CMOS技术有什么优势？如何帮助5G的发展
吴湛
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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。
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