深度好文：为什么RFSOI技术更适合波束成形IC？

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news.eeworld.com.cn, Jan. 21, 2022 – 

相控阵天线已证明其对毫米波 5G 无线电的重要价值。波束聚焦的改进，波束范围的增强提高了数据吞吐量与定向波束控制提供的空间复用性。使用具有独特幅度和相位设置的每个天线的信号来驱动这些天线阵列，往往需要非常复杂的电路，分发模拟波束成形 IC，将它们放置在天线元件阵列内的阵列中，已被证明具有高度可制造性、低射频信号损耗和总体成本效益等优势。

然而，这些波束成形 IC (BFIC) 的实施受到了一些限制，部分原因在于半导体技术，包括体 CMOS、SiGe、GaAs 和 GaN都无法同时满足BFIC的需求。 目前，业界普遍认可RFSOI 是全面优化 BFIC 的基础，并为 5G 和其他应用（例如平板电子可控卫星通信天线）提供了更高性能和更低成本的相控阵天线系统。在 5G 基础设施中，这些性能优势进一步扩展，以降低网络部署和 OPEX 成本。

RFSOI与其他硅制程

首先，让我们将 RFSOI 与迄今为止用于 BFIC 的其他硅工艺（体 CMOS 和 SiGe）进行比较。与这些替代硅技术相比，RFSOI 具有几个关键的基本优势。 RFSOI 中的"SOI"代表"绝缘体上的硅"。在 SOI 中，有源层下方的半导体硅衬底被绝缘氧化物取代。高电阻绝缘基板减少了电路几个关键区域的寄生效应，并允许晶体管之间更高的隔离度。由于毫米波频率下的高损耗，有源和无源元件中的寄生效应都至关重要。

FET 结和 FET 周边的较低寄生效应允许晶体管速度更快。例如，GlobalFoundries 45RFSOI 器件的 Ft 和 Fmax 分别为 305 和 380 GHz。这远高于体 CMOS 所达到的 200 GHz。除了高晶体管速度（这当然对毫米波工作频段非常有帮助）之外，减少寄生效应还可以提高无源元件的品质因数并降低损耗。BFIC 需要一个复杂的路由网络，收发器需要通过放大器、衰减器和移相器。SOI 允许更低损耗的传输线、匹配网络、分离/组合和滤波器结构。对这些结构的改进可显着降低射频链中的信号损失。由此产生的损耗降低会推动链中放大器对增益和射频输出功率的要求降低，从而提高整体功率效率。

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