文丨胖仔研究社

编辑丨胖仔研究社

前言

无线通信发射器是一种将射频信号发射到一个或多个无线收发器的装置。无线通信发射器通常用于室内环境，如家庭或办公室中的个人计算机、智能手机、平板电脑和笔记本电脑。

在这些应用中，无线通信发射器可以对无线网络进行配置，以确保连接到正确的设备，并实现高效的通信。此外，由于无线电频谱非常有限，因此需要高效的无线电发射机以支持有限的频谱。

虽然大多数基于 CMOS技术的射频收发器已经实现了超低功耗设计，但由于使用了较大的面积，这些收发器通常无法在相同的功耗下实现更高的性能。另外，它们需要较高的电压来驱动射频晶体管。

这限制了它们的性能和效率。此外，由于需要高压驱动，许多无线通信发射器无法实现高速数据传输。

因此，在未来，无线通信发射器必须采用先进的工艺技术，以提高其性能、效率和低功耗。随着纳米级 CMOS技术的发展，这些新技术将会引入晶体管、集成器件以及互连、电源和地的布线等方面。

纳米级 CMOS技术将使无线通信发射器可以采用更小的封装、更小的电容和更小的电阻，从而实现更高的性能和效率。

此外，由于晶体管尺寸减小到最低阈值以下，因此可以使用更少的铜面积和更少的电源电压。由于晶体管尺寸减小了一半以上，因此可以实现更低的功耗和更高的功率输出。

纳米级CMOS技术

由于芯片封装变小，因此集成密度会有所降低，但仍会有一定的提高。此外，随着工艺节点的缩小，需要使用更先进的技术来减少电容和电阻。随着工艺节点的减小，电容和电阻会变得更加重要。在这些情况下，集成电路将会变得更加紧凑。

因此， IC需要更小的封装来容纳更多的组件。此外， IC需要采用更先进的工艺技术来减少布线的长度、增加面积、减少电容和电阻。

在过去的几十年中， CMOS器件已经经历了几个重大的改进。为了使这些改进能够应用于无线通信发射器，需要在晶体管、集成器件以及互连、电源和地的布线等方面进行重大的改进。纳米级 CMOS技术的进步将有助于这些改进的实现。

首先，使用新的工艺技术，可以在较小的芯片上实现更大的晶体管尺寸。例如，随着晶体管尺寸减小一半以上，可以实现更大的功率输出和更高的效率。这意味着，无线通信发射器可以在相同的面积内提供更高的性能。

其次，采用新技术可以减少互连电阻和电容，从而提高互连性能。与传统工艺相比，在相同面积内使用纳米级 CMOS技术将具有更低的互连电阻和电容。因此，可以实现更高效率、更低功耗和更小面积的无线通信发射器。

再次，使用新工艺技术可以使用更少的铜面积来制造芯片，从而减少电源电压和电阻。这将使无线通信发射器更加紧凑，同时降低功率和效率。由于可以减少铜面积和电源电压，因此可以实现更低的功耗和更高的功率输出。

最后，采用新工艺技术将会使用新的互连、地布线技术以及改进后的电源和地布线技术来实现无线通信发射器所需的性能。

由于新工艺技术可以使晶体管尺寸减小了一半以上，因此可以实现更高性能、效率和功率输出。这些改进还将有助于减少互连长度、电容和电阻以及降低电源电压和降低功耗。因此，这些改进将有助于实现更高性能、效率和功耗效率。

总之，采用纳米级 CMOS技术将为无线通信发射器提供一些关键优势，并且可以帮助它们实现更高性能、效率和节能。

系统结构

在纳米级 CMOS技术的支持下，无线通信发射器的结构将会发生巨大变化，以下是主要的三个变化：

（1）射频晶体管将会采用更小的封装，以减少所需的电源电压和功率输出。此外，这些晶体管将会采用更小的电容和电阻，以降低所需的电容和电阻。这些变化将会使发射机具有更高的性能、更低的功耗和更少的成本。

（2）为了提高性能和效率，射频晶体管将会采用更高频率和更大发射功率。因此，必须在射频晶体管之间进行更有效地连接。

这也将会改变射频晶体管与其他晶体管之间的连接方式。此外，由于需要使用较大规模的射频电路，因此需要在射频晶体管之间进行更紧密地连接。

（3）由于在集成电路中使用了很多集成器件，因此需要采用更小和更小尺寸的封装。这包括集成互连、电源和地布线、电容和电阻等方面。

虽然在未来几年内，无线通信发射器中晶体管尺寸会缩小到最短距离以下，但射频晶体管将会继续缩小到极限最短距离以下，这就意味着需要使用更多的铜面积和使用更小、更小的电容和电阻。同时，射频晶体管将会采用更小、更大、尺寸为最短以下的封装。

与当前的射频电路相比，这种改进将会导致发射机可以使用越来越小的电容和电阻。这将有助于缩小发射电路之间的电容和电阻以及减小发射电路内部组件之间以及组件与电路板之间的电容和电阻。

为了降低成本，发射电路将会采用更小的封装，而不是像以前那样采用更大的封装。

在这些变化中，最重要的是第二个变化，它是使发射电路更加紧凑、更加集成化的关键。虽然这种改进的总体成本仍然很高，但它可以降低功耗和降低成本。此外，由于将使用更小和更大的封装，因此可以在相同的铜面积下实现更高的性能。

第三个变化是使发射电路具有更高的功率输出。因为射频晶体管尺寸减小，因此可以使用更小和更大的封装，并减少所需的电源电压和功率输出。此外，由于在发射电路中使用了更小、更大、尺寸为最短距离以下的封装，因此可以使用更小和更大的电容和电阻。

系统性能分析

在上面的电路中，我们看到了射频开关、天线开关、反馈电容和放大器的输出电压。我们将对系统性能进行详细分析，并使用该系统测试一些实际应用中可能会出现的情况。为了得到该系统的性能，我们使用了 CMOS工艺，该工艺具有极短的晶体管尺寸和栅极电阻。

此外，由于该系统在实际应用中的情况非常复杂，因此还需要在实际应用中进行一些测试。在下面的电路中，我们将使用一个包含若干个射频开关和天线开关的模块。

我们将使用射频电路来生成一个最低阈值以下的信号，并在此基础上使用 RF电路来生成一个较高的信号。最后，我们将使用天线开关来将射频信号转换为线性的射频输出，以满足在实际应用中所需要的性能。

为了测试系统的性能，我们将在这些电路中产生一个最低阈值以上的信号。由于 RF电路中包含了多个天线开关，因此可以产生更高的增益，并且可以获得更好的线性度。另外，由于我们使用了 CMOS工艺，因此可以在不增加电路面积和功耗的情况下实现更高的增益。

我们使用 RF电路来产生最低阈值以下的信号。通过将该模块与射频电路连接起来，我们可以将 RF信号转换为射频输出，并且可以生成一个高频信号。其中一个天线开关与 RF电路连接起来。

最后，我们还使用了一个射频电路来产生一个高频的信号，并将其通过 RF电路连接到天线开关上。由于该天线开关具有较高的增益和较低的饱和电压，因此可以得到更好的线性度。

由于该电路是使用 CMOS工艺进行设计的，因此具有低成本和低功耗的特点，因此可以实现较低的成本和更低的功耗。

应用前景和发展趋势

纳米级 CMOS技术的应用前景很广阔，利用纳米级 CMOS技术进行射频前端设计，提高无线通信发射器的性能，减小器件体积，降低成本；

同时进行数据传输和处理，实现多功能一体化无线通信发射器；在纳米级 CMOS技术中实现更高的集成度和更多的功能，以满足更复杂的应用需求；

利用纳米级 CMOS技术实现更高的数据速率，以满足5G通信系统的需求。

纳米级 CMOS技术是一种非常有前景的工艺，但由于其制造成本高，并且需要先进的设计工具和工艺基础，因此它目前尚未被广泛使用。

在未来的发展中，可以将其与其他纳米级 CMOS技术结合使用。例如，将纳米级 CMOS技术与多芯片封装和集成电路集成技术结合起来，以实现更高效的无线通信发射器。

在未来几年内，纳米级 CMOS技术将进一步发展。例如，在互连和地布线方面可以采用新工艺进行改善。在电源方面可以采用高电压来驱动晶体管并实现更高的功率输出。此外，还可以通过使用新的工艺来提高射频晶体管的性能和效率。

另外，纳米级 CMOS技术将会引入晶体管、集成器件以及互连、电源和地的布线等方面。这些新技术将会带来更高的性能、效率和低功耗。

总而言之，纳米级 CMOS技术是一种非常有前途的工艺技术，它将使无线通信发射器能够实现更高的性能、效率和低功耗。

笔者观点

笔者认为，随着纳米级 CMOS技术的发展，无线通信发射器将会成为主流产品，其应用场景也将得到极大的拓展。当然，纳米级 CMOS技术的发展也面临着一系列挑战：

1.由于使用了更小的封装和更小的电容，因此在相同的功耗下，这些产品的尺寸将会增加；

2.由于需要更高的电压来驱动这些晶体管，因此它们需要更高的电源电压；

3.由于这些产品需要更多的铜面积和更小的电阻，因此它们需要使用更多的铜和更少的电源电压；

4.由于晶体管尺寸减小了50%以上，因此可以实现更高的功率输出和更高的数据速率。

这些问题是我们未来在这一领域需要主要解决和改进的。

参考文献

1.苏秀林：纳米级 CMOS射频收发器研究进展。《电子设计自动化》，2012,9 (5）：3-7。

2.杨洪兵：超低功耗蓝牙无线通信发射器的研究进展。《电子设计自动化》，2013,19 (10）：968-976。

3.黄丽娜：基于纳米级 CMOS技术的高效率无线通信发射器设计。《电子工程学报》，2017,28 (7)：1588-1590。