на 2025/07/2 2,473

Внутренние RFICS: компоненты, дизайн и приложения в современной беспроводной электронике

Если вы когда-либо задумывались о том, что поддерживает беспроводные технологии, такие как телефоны, Wi-Fi или GPS, это руководство вас покрывает.Это проведет вас через то, что такое RFIC, части внутри, как они работают и где они используются.Вы также посмотрите на различные типы, советы по проектированию, как они создаются и протестированы, и как они складываются с другими цепями.

Каталог

Рисунок 1. Модуль RFIC, установленное на печатной плате

Что такое RFIC?

RFIC, короткая для радиочастотной интегрированной схемы, представляет собой небольшой чип, предназначенный для обработки радиосигналов.Это сигналы, которые позволяют вашему телефону подключаться к Wi-Fi, помогают вашим Smart Watch Sync с вашим телефоном или направляют GPS вашего автомобиля к вашему текущему местоположению.По сути, если устройство отправляет или получает беспроводные данные, есть большая вероятность, что у него есть RFIC, выполняющий работу.То, что отличает RFIC от обычных чипсов, - это то, что они созданы для обращения.В то время как стандартные чипы работают с низкочастотными сигналами, RFIC предназначены для высокочастотной связи, обычно в диапазоне мегахерц (MHZ) в диапазоне Gigahertz (GHZ).Это тот же диапазон, который используется популярными беспроводными технологиями, такими как Bluetooth, Wi-Fi, 5G и спутниковые системы.Эти сигналы движутся быстро и несут много данных, поэтому схемы, которые их обрабатывают, должны быть точными, быстрыми и эффективными.

Ключевые компоненты RFIC

Рисунок 2. RFC Структура

• Усилители - это помогает сохранять сигналы сильными и чистыми.По мере того, как путешествуют сигналы, они могут стать слабее или шумными, особенно на более длительных расстояниях.Усилители повышают их без изменения сообщения.

• Миксеры - смесители переключают сигналы на частоту, с которой легче обрабатывать.Они объединяют входящий сигнал с другим сигналом от осциллятора, чтобы произвести его на новой частоте.

• Осцилляторы - генераторы создают стабильный повторяющийся сигнал, который устанавливает темп внутри чипа.

• Фильтры - фильтры очищают сигналы, пропустив только необходимые детали, и блокируя остальные.

• Антенны (при интеграции)

Рисунок 3.

Некоторые чипы теперь включают антенны прямо на цепи.Эти встроенные антенны помогают сэкономить место в небольших гаджетах.

Рабочая операция RFIC

Давайте посмотрим, как все работает вместе, когда чип находится в действии.Вот простой пошаговый взгляд на то, как работает RFIC.

Рисунок 4. Типичный путь сигнала внутри интегрированной схемы РЧ (RFIC)

• Шаг 1. Прием сигнала

Внешняя или встроенная антенна получает входящий радиочастотный сигнал из окружающей среды.RFIC захватывает этот необработанный сигнал и инициирует обработку.

• Шаг 2. Усиление

Сигнал немедленно усиливается усилителем с низким шумом (LNA), улучшая его обнаруживаемость при сохранении ясности сигнала.Это гарантирует, что слабые входы все еще могут быть эффективно обработаны.

• Шаг 3. Преобразование частоты (смешивание)

Усиленный сигнал затем преобразуется в более управляемую частоту.Используя локальный вход осциллятора, RFIC смещает носитель на промежуточную частоту (IF) или уровня базовой полосы, подготавливая его для дальнейшей манипуляции.

• Шаг 4. Фильтрация

После перевода частоты сигнал направляется через фильтры для устранения помех и шума.Этот шаг обостечивает желаемый сигнал, обеспечивая точную обработку вниз по течению.

• Шаг 5. Модуляция/демодуляция

В режиме передачи RFIC накладывает цифровые данные на волну носителя.В режиме приема он извлекает исходную информацию из входящего модулированного сигнала с использованием схем демодуляции, таких как QAM или OFDM.

• Шаг 6. Управление питанием

Наконец, RFIC оптимизирует внутреннее распределение мощности и тепловое поведение для поддержания эффективной производительности.Регуляция напряжения и схемы смещения помогают стабилизировать всю цепь сигналов.

Приложения радиочастотных схем RF

Рисунок 5. Компоненты смартфона RFIC

Вы уже получаете то, что такое RFIC и как они делают свою работу, так что теперь давайте поговорим о том, где они появляются в повседневной жизни.

Мобильные телефоны и смартфоны

RFICs необходимы в мобильных телефонах.Внутри каждого смартфона они управляют радиосигналами, которые позволяют вам совершать звонки, просматривать Интернет и подключаться к сети 4G или 5G.Эти чипы контролируют, как ваш телефон общается с соседними сотовыми башнями и переключается между различными частотами в зависимости от прочности или покрытия сигнала.

Wi-Fi и беспроводные сетевые устройства

Маршрутизаторы Wi-Fi, точки доступа и беспроводные карты в ноутбуках и устройствах Smart Home зависят от RFIC.Эти чипы управляют радиосигналами, которые поддерживают ваши гаджеты без необходимости кабелей.

Bluetooth и краткосрочная связь

Независимо от того, используете ли вы беспроводные наушники, синхронизируете умные часы или отслеживаете фитнес -цели на носимых, RFICs сохраняют сигнал сильным и последовательным.

Автомобильные и транспортные системы

Рисунок 6. Автомобильный RFIC в радарной системе

Автомобили используют RFIC в нескольких областях, от бесцветного въезда и мониторинга давления в шинах до связи с транспортным средством.Многие новые модели включают в себя расширенные функции безопасности, такие как радиолокационные системы, где RFIC помогают генерировать и обрабатывать высокочастотные сигналы, необходимые для таких вещей, как адаптивный круиз-контроль или оповещения о столкновениях.

GPS и отслеживание местоположения

Системы GPS полагаются на RFIC, чтобы поймать и укреплять спутниковые сигналы, которые часто являются чрезвычайно слабыми к тому времени, когда они достигают земли.Эти чипы позволяют вашему телефону, автомобилю или устройству отслеживания, чтобы определить точное местоположение.

IoT -устройства и интеллектуальные системы

RFICS Powering Беспроводное общение на устройствах интеллектуальных домов, таких как термостаты, дверные звонки,

камеры и огни.Эти устройства обычно подключаются через Wi-Fi, Bluetooth или Zigbee, чтобы поговорить друг с другом или облаком.

Промышленное и медицинское применение

В промышленных условиях RFICs помогают с беспроводным мониторингом, удаленным управлением оборудованием и отслеживанием активов.В здравоохранении они используются в таких вещах, как медицинские имплантаты, носимая диагностика и инструменты телемедицины.Эти приложения требуют стабильных сигналов, низкого использования мощности и высокой надежности, которые RFIC специально предназначены для доставки.

Типы интегрированных схем РЧ

RF CMOS

Рисунок 7. 2,4 ГГц РЧ КМОС

Если вы строите или используете что-то вроде телефона, фитнес-трекера или устройства Wi-Fi, есть большая вероятность, что он работает на РЧ КМО.Он хорошо справляется с общими беспроводными задачами и не использует много мощности, что делает его твердым подходящим для небольших гаджетов с батарейным питанием.

Bicmos и Sige

Рисунок 8. 8-элементный Sige Bicmos RFIC Phased-Array Presisiver Mackout

Когда ваша настройка нуждается в более точности, особенно с качеством сигнала, заслуживают внимания чипсы BICMO или SIGE.Они дают вам более чистую производительность, чем обычные CMOS, и часто используются в таких местах, как башни сигналов или передача связи, где точность имеет большее значение, чем экономия пространства.

MMIC

Рисунок 9. MMIC MMIC усилитель Q-диапазона MMIC

MMIC предназначены для серьезной производительности.Если вы работаете со спутниками, радаром или другими высокочастотными системами, это, вероятно, то, на что вы смотрите.Они могут справиться с большей мощностью и более жесткими потребностями сигнала, не разваливаясь под давлением.

RF Power усилитель ICS

Рисунок 10. Гибкий усилитель мощности RF-IC для применений беспроводных датчиков

Когда вашему устройству необходимо отправлять сигналы дальше или пробиться через помехи, эти чипы делают тяжелую работу.Они построены, чтобы дать ваш сигнал, что дополнительный толчок, чтобы он мог оставаться сильным на более длительных расстояниях.

MEMS, SAW и BAW

Рисунок 11. Оптическая планировка гибридной пилы с резонатором

Эти чипы - все о том, чтобы помочь вашему устройству отфильтровать шум и оставаться сосредоточенными.Они маленькие, но надежные, что делает их отличными для таких вещей, как телефоны или интеллектуальные устройства, которые работают в занятых беспроводных условиях.

PLL ICS

Рисунок 12. Полная компоновка, включая PLL, PA и VGA

Чипы PLL помогают контролировать время и частоты.Они полезны во всем, что нужно оставаться в синхронизации, таких как радиоприемники, беспроводные приемники или системы, которые переходят между полосами частот.

Rfic против других конструкций аналоговых схем

RFICS и другие аналоговые схемы имеют дело с непрерывными сигналами, но они предназначены для очень разных рабочих мест.Чтобы прояснить ситуацию, вот бок о бок сравнение того, как различаются эти два дизайна:

Особенность	RFIC (радиочастотная интегрированная схема)	Стандартная аналоговая схема
Частота Диапазон	Как правило, Megahertz to Gigahertz, идеально подходит для Wi-Fi, Bluetooth, GPS и 5G	Обычно ниже нескольких мегахерц, отлично подходит для аудио, датчиков и управление мощностью
Основной Приложения	Смартфоны, устройства IoT, спутниковые ссылки, автомобильный радар	Аудио -усилители, интерфейсы датчиков, регуляторы напряжения
Ключ Компоненты	Смесители, осцилляторы, соответствующие сети, Усилители с низким шумом	Оперативные усилители, пассивные фильтры, ссылки на напряжение
Чувствительность к макету	Очень высоко. Даже небольшая планировка изменения может повлиять на производительность	Ниже.Макет более прощается на более низких частотах
Власть Использовать Стратегия	Сосредоточен на низкой мощности на высоких скоростях, идеально подходит для батареи устройства	Спроектирован Для стабильности питания и управления шумом, не всегда оптимизированная батарея
Типичный Проблемы	Сохранение качество сигнала высокого, управление шум и общение с теплом в небольших пространствах	Предотвращение искажений, уменьшение шума и поддержание точности без высокой стоимости

Процесс производства и тестирования RFIC

Рисунок 13. Поперечное сечение изготовления BICMOS

Проектирование RFIC - это только первый шаг.Как он построен, какие материалы используются и как они тестируются, все напрямую влияют на то, как он работает.Это особенно верно для высокочастотных приложений, таких как 5G, Wi-Fi или Bluetooth.

Что входит в создание RFIC

RFIC обычно производится с использованием одной из трех полупроводниковых технологий: CMOS, BICMOS или GAAS.

• CMOS - CMOS наиболее широко используется.Это доступно, энергоэффективно и хорошо работает на цифровых устройствах, таких как смартфоны, носимые устройства и системы IoT.Несмотря на то, что он может не предлагать максимальную производительность на сверхвысоких частотах, он без проблем обрабатывает большинство повседневных беспроводных потребностей.

• BICMOS-BICMOS сочетает в себе преимущества CMOS с низкой мощностью с быстрой способностью обрабатывать сигналы биполярных транзисторов.Это хорошо подходит для систем, которые нуждаются в более жестком контроле сигнала, таких как базовые станции связи или спутниковое оборудование.

• GAAS-GAAS более специализирован и, как правило, составляет более высокую стоимость, но он обеспечивает отличную производительность в высокочастотных и мощных ситуациях.Вы часто найдете его в радиолокационных системах, передовых спутниках и приложениях, где качество сигнала имеет приоритет над бюджетом.По мере того, как фишки становятся меньше и мощнее, производственный процесс должен быть невероятно точным.Даже самый крошечный недостаток в макете или материале может возиться с производительностью.Вот почему RFICS встроены в средах чистой комнаты, используя передовые методы, такие как глубоко уку EV, и многослойное травление.Переход к более мелким узлам процесса означает большую мощность в меньшем пространстве, но также требует более жесткого контроля от начала до конца.

Как протестированы RFIC?

Рисунок 14. RFIC TESTING с помощью анализатора спектра

Как только чип будет построен, он проходит тщательную проверку, чтобы убедиться, что все работает так, как это должно.Но тестирование на самом деле начинается раньше.На этапе планирования эксперты используют цифровые инструменты, чтобы увидеть, как может вести себя чип.Это помогает им уловить возможные проблемы, такие как потеря сигнала или помехи, прежде чем что -либо будет сделано.

После того, как чип будет готов, он проверяется в реальных настройках.Специальные инструменты измеряют, насколько сильны сигналы, насколько ясны они звучат и насколько хорошо чип сохраняется во время использования.Если чип предназначен для отправки или получения сигналов по беспроводной связи, он также проверяется внутри реального устройства, чтобы увидеть, насколько хорошо он работает, когда окружено другими частями.

Когда все выглядит хорошо, и пришло время сделать эти чипсы в больших количествах, каждый из них снова проверяется на производственной линии.Это помогает обнаружить любые чипы, которые могут не работать правильно, так что только хорошие, превращаются в ваши устройства.

Заключение

RFICs помогают вашим беспроводным устройствам оставаться на связи, работать быстрее и использовать меньше мощности.Вы найдете их в повседневных технологиях, таких как телефоны, умные часы и даже автомобили.Эти крошечные чипсы построены с осторожностью и проверены, чтобы убедиться, что они хорошо работают в реальной жизни, а не только на бумаге.Поскольку устройства продолжают становиться все меньше и умнее, RFICs не отстают, делая больше с меньшими затратами.