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非接触式射频感应IC卡进行读卡的原理详细介绍
张国厚
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射频，通常指包括高频、甚高频和超高频，其频率在3 MHz-10 000 MHz ，是无线通信领域最为活跃的频段。在最近十几年里，无线通信技术得到了飞跃式的发展，射频器件快速的代替了使用分立半导体器件的混合威廉希尔官方网站 ，这些技术都是对设计者的挑战。 RFIC（射频集成威廉希尔官方网站 ）是90年代中期以来随着IC工艺改进而出现的一种新型器件。RFIC的技术基础主要包括：1）工作频率更高、尺寸更小的新器件研究；2）专用高频、高速威廉希尔官方网站 威廉希尔官方网站 ；3）专用测试技术；4）高频封装技术。本文将从IC技术的角度对该领域近期出现的一些新动向进行简要的综述和分析。 CMOS出现之初速度较慢，RF威廉希尔官方网站 多采用双极型器件。然而随着半导体工艺以摩尔定律飞速进步，MOS管的沟道长度大大缩小，其工作速度大为提高，功耗也大大下降，成为RFIC的一种经济性很好的平台。例如，Intel今年发布了CMOS Wi-Fi RFIC。 目前随着各芯片制造跨入90nm时代，CMOS威廉希尔官方网站 已经可以工作在40GHz以上，甚至达到100GHz。这一进步可以实现数据率在100Mbit/s到1Gbit/s的无线通信芯片，服务于宽带无线通信系统和高数据率交换装置，如无线高速USB2.0接口。目前，Tiebout等人已报道了集成有LNA和混频器、PLL的RFIC样品，针对17.1GHz到17.3GHz的ISM频段应用；Tiebout还报道了注入闭锁分频器样品，其工作频率已经高达40GHz。CMOS技术的进步为低成本RFIC向高频段发展提供了可能，可以大大降低微波波段的RF装置的成本，因此该技术对传统上微波频段占据统治地位的GaAs技术构成了挑战。化合物半导体方面，GaAs是目前的技术主流，但进入21世纪以来，Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体，如GaN、AIN、InN等，受到了人们的关注。这些材料的电子饱和速度很高，工作频率可以到亚毫米波和准光波、光波频段，可望用于需要大功率、高速、高温工作的应用。另外，SiC也是一种耐高温和可承受大功率的半导体材料。目前，这些化会物半导体材料在单晶衬底制备、加工工艺等方面存在一定的困难，一般以单个器件为主，相应的IC在成本上与硅基CMOS工艺相比没有优势。预计在今年和明年初，相应的加工技术将获得大的突破，届时将进入大规模产业化阶段。SiGe材料是近年来广受重视的材料，它的出现使得人们可以将在化合物半导体异质结器件中广泛运用的能带工程理论运用于硅基器件。在硅双极晶体管和MOS工艺基础上通过将常规Si基区用GeSi合金应变层替代等办法可以制成SiGe HBT（异质结晶体管）和应变沟道PMOSFET等，其工艺成本低，且与现有工艺兼容性好。SiGeHBT主要得益于SiGe/Si异质结价带边的失配，器件的电流增益与SiGe/Si价带边差呈现指数关系，这样基区可以有很高的掺杂浓度，器件的噪声系数相应得以降低。此外，也由于带边效应，电流增益具有负温度系数，对电流增益有自抑制作用，器件工作相对稳定，具有优良的热性能和功率性能。目前，SiGe HBT的fT超过200GHz，2GHz下噪声系数小于0.5dB，不但可用于移动通信，并完全可满足局域网和光纤通信的要求。SiGe技术已经实现了几乎所有的无线通信单一功能威廉希尔官方网站 ，其最佳的应用领域是无线通信手机（特别是3G手机）的射频前端芯片及功率放大器模块，其它应用领域包括无线接入、卫星通信、GPS定位导航、有线通信（千兆以太网、SONET/SDH等）、汽车雷达、智能电子收费系统乃至军事通信。SiGe的崛起将大大改变传统的Si、GaAs的市场分划。预计2005年SiGe RFIC将达19亿美元。另外，利用InP材料也可以制成HBT。IBM公司是SiGe技术的主要开拓者，它为Alcatel、Intersil、Nortel等许多公司提供SiGe芯片制造服务，还与 Siemens、RF MicroDevices等公司联合开发SiGe芯片。其主流工艺技术是在8英寸晶圆片上工业化的SiGeBiCMOS 5HP工艺。其它拥有SiGe HBT技术的公司有Freescale、Maxim、Lucent、ST、Infineon、Philips等。
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