垣矽技术首颗毫米波射频芯片测试成功

2020-09-22 来源:垣矽技术 我要评论(0) 字号:

垣矽技术(RaySilicon)首颗毫米波相控阵波束成形芯片“擎苍-RS8101”于近日在北京实验室完成了基本性能测试。芯片一次上电成功,各项指标符合预期,部分指标达到国际先进水平。

“擎苍-RS8101”是一颗基于标准CMOS工艺设计的高集成度高性能毫米波有源天线波束成形芯片(Beam Forming Chip)。该芯片工作频率在Ku波段,支持4通道的时分双工(TDD)发射/接收(TX/RX)工作模式。利用标准CMOS工艺的通用性和高集成特性,“擎苍-RS8101”提供了毫米波相控阵雷达(AESA)T/R组件设计新的特性,诸如:更好的灵活性,更大便利性和更优的经济性。同时,使用“擎苍-RS8101”作为数字-模拟混合相控阵雷达的关键器件能有效降低了整个毫米波相控阵系统的设计复杂度,为助力我国现阶段“新基建”和“内循环”的大战略提供了一个可控可靠的100%国产芯片解决方案。

RS8101数学建模仿真结果

“擎苍-RS8101” 集成4通道波束成形芯片用一颗独立的单芯片取代了传统毫米波雷达T/R组件中用于天线相位增益和相位调整的数十个分立器件组成的复杂电路,解决了当前毫米波相控阵雷达的整体设计中各个分立组件之间难以获得良好一致性困扰,减小了传统T/R组件的体积以及功耗水平。行业界目前普遍认为混合模式波束成形是目前微波和毫米波频率的5G系统的首选架构,模拟波束成形可以降低路径损耗,数字波束成形提高空间复用的增益,减少数字链路的规模,降低成本。

通过依托国内代工厂(Foundry)成熟可靠的标准CMOS硅工艺,“擎苍-RS8101” 从一开始就立足自力更生和自主可控的研发原则。为彻底解决国产相控阵雷达系统以及将来5G毫米波通信系统的核心器件依赖进口的短板提供有力支持。也为各个传统雷达系统及卫星通信系统设计厂商进行技术升级,利用紧凑、低能耗、高性能的相控阵固态天线解决方案快速替代原有的机械旋转天线平台提供了一个完全自主可控的解决思路。

可以预见的是,“擎苍-RS8101”在安全监控,天气预测,航空航天,高速铁路,5G毫米波移动通信,卫星及低轨道星链通讯,5G小基站,AIoT物联网,智慧家居,智能交通,智慧城市等领域将具有广泛的应用前景。

先进AiP天线示意图

“擎苍-RS8101” 还将进一步利用现阶段飞速发展的AiP封装技术(Antenna In Pacakge)和扇出(Fan-out)型封装等先进封装技术,通过将芯片和天线设计整体集成在一起形成一个完整的毫米波雷达天线系统,将毫米波相控阵雷达的尺寸从板级尺寸降低到芯片级别尺寸,从而为下阶段普及更高频率更大带宽的5G毫米波移动通信系统和5G毫米波手机终端提前做好布局。AiP集成天线系统的超小尺寸同样将使毫米波雷达系统在室内定位,智能家居,动作检测,健康监测以及AIoT等应用领域提供创新动力。

Beam Forming 动态示意

垣矽技术具有丰富的CMOS射频芯片设计经验,“擎苍-RS8101” 在设计过程中应对毫米波射频技术的高难度高风险,在采用成熟经典的设计思路以降低技术风险的同时又大胆打破常规对关键设计点进行创新突破以提升性能,经过长达数月的艰苦努力经历多次设计方案的调整和技术路线更迭之后获得一次流片成功,为接下来更高频段的毫米波芯片设计奠定了坚实的基础。

“擎苍-RS8101” 原理框图

“擎苍-RS8101”测试板之一

“擎苍-RS8101”已经完成的测试均在实验室开放环境下进行,后续更多性能相关测试将在微波暗室中的逐步展开。

“擎苍-RS8101”内部集成了温度传感器和数字温度补偿算法以应对严苛的外部环境变化对芯片性能造成的不利影响。毫米波雷达实际使用场景的多样性对芯片的温度稳定性提出了非常严苛要求,这也是所有相控阵毫米波雷达系统设计中的一个难题。

垣矽技术为解决客户对这一问题的焦虑,在“擎苍-RS8101”设计之初就做了充分的考虑,现阶段已经在实验室完成了超过国家测试标准的温度稳定测试和严格的抗干扰测试等可靠性测试,均获得了良好的测试结果。在最终提交给客户之前,“擎苍-RS8101”将提供客户来自第三方全面的可靠性测试报告。

“擎苍-RS8101” 实验室测试系统

基于“擎苍-RS8101”的AiP集成化微天线设计方案和完整的毫米波相控阵雷达验证原型机也在有步骤的进行开发中。垣矽技术与该领域的权威机构及客户进行了深度的技术沟通和合作以期获得进一步的领先优势。

“擎苍-RS8101” 作为垣矽技术进入毫米波射频芯片领域的第一颗芯片,直接瞄准的是国际顶级大厂最新拳头产品。虽然垣矽技术作为一个年轻的初创公司从研发人员的数量到仪器设备的配置等各方面均与国际大厂有很大的差距,但是“擎苍-RS8101”的芯片实际测试结果让人倍感欣慰,其中关键指标已经跟国外对标芯片一致,部分指标优于对标芯片。

下表列出部分指标的对比结果:

“擎苍-RS8101”关键指标对比

“擎苍-RS8101”VGA增益调节

“擎苍-RS8101”S11/S22网分实测

“擎苍-RS8101”相位精度

“擎苍-RS8101”不同温度下Phase shift

“擎苍-RS8101”工作状态管芯温度测试

总体上,“擎苍-RS8101”的基本功能已经全部实现,部分指标已经达到或超过国外对标产品。利用该芯片作为进口芯片的替代产品来完成大规模的自主化模拟相控阵雷达或者数字模拟混合相控阵雷达的更新换代已经没有实质障碍。

由于毫米波射频的高频特性不仅仅对CMOS射频芯片的技术难度有高挑战性,同时也对板级PCB的设计和天线的设计也有非常多的Know-How。垣矽技术将通过对现有测试系统和测试平台的优化整合,利用更先进的测试环境和测试仪器,充分挖掘“擎苍-RS8101”的潜力,最终使其全面达到或超越国外同类产品,成为毫米波波束成形芯片领域第一颗实现完全商业化量产的100%国产芯片。

基于“擎苍-RS8101”芯片的商用化的开发应用平台(SDK),AiP集成天线以及波控系统也在跟数个客户和合作伙伴进行联合开发中。垣矽技术将根据客户的具体需求在封装类型、电路板设计以及天线整体优化等方面统筹考虑,提供客户完整的整套解决方案(Trun-Key),降低客户导入的门槛,为大规模商用做好准备。正如“擎苍-RS8101”的设计初衷所寄托的:

Micro Wave The World,见微见世界!

垣矽技术(RaySilicon)在不到一年的时间内就形成了以“云飞-RS1001”为主线的IFC(电流/频率转换)高精度模拟芯片产品线和以“擎苍-RS8101”为主线的BFC(波束成形)毫米波射频芯片产品线。垣矽技术将继续大力加大芯片研发的速度,丰富芯片产品类型,紧跟市场变化和需求,紧贴客户,为内循环大战略贡献力量。

关于“擎苍-RS8101”的任何问题,欢迎联系垣矽技术,获得样片及参考设计。

关于“垣矽技术” (RaySilicon Technology

“垣矽技术(青岛)有限公司”,RaySilicon Technology Co. Ltd ,成立于2019年6月,注册地为青岛市崂山区,在北京设有分公司和子公司,是一家以高性能模拟射频芯片作为主要业务方向的创新型芯片设计公司。垣矽技术的芯片核心设计团队均来自于原“锐迪科微电子”(RDA Micro)(现:紫光展锐)的核心部门岗位,均具有十五年以上的行业积累和工程经验。垣矽技术致力于解决国内相关行业的高性能模拟射频芯片的短板,紧贴国内市场和客户,提供完全自主知识产权的芯片设计解决方案以及系统解决方案,力争为我国自主可控的国产化半导体事业持续添砖加瓦。

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