Subprojekt: Infineon’s Beitrag beim EASY-A Projekt

Das Gesamtprojekt EASY-A besteht aus mehreren Arbeitspaketen, die alle Aspekte der 60 GHz Kommunikation abdecken. Am Ende des Projekts sind Demonstratoraufbauten für verschiedene Anwendungen geplant. Als ein Projektpartner beteiligt sich Infineon hauptsächlich an Frontend- aber auch an Antennen-Design Aktivitäten. Die Ruhr-Universität Bochum (RUB) arbeitet als Unterauftragnehmer von Infineon und beteiligt sich an der Spezifikation der Systemarchitektur.

Beim Frontend-Design wird Infineon sich auf den schaltungstechnischen Entwurf, sowie die technologische Umsetzung und Verifikation von 60 Sende- und Empfangs-Funktionsblöcken des HF Frontends in einer SiGe:C Bipolar Technologie konzentrieren. Dabei ist es wichtig die benötigte Performance wie niedriges Rauschen, hohe Ausgangsleistung, hohe Linearität zu erreichen und gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad, das heisst geringen Stromverbrauch zu erzielen. Der HF Funktionsblock erfordert die Entwicklung von verschiedenen Einzelkomponenten wie z.B. Upconverter, Downconverter, Leistungsverstärker, Treiberverstärker und ggf. IF (Zwischenfrequenz) Verstärker, Rauscharmer Verstärker (LNA), HF-Oszillator, Frequenzteiler, 90° Phasenschieber, HF-Filter. Bei den geplanten 60 GHz Anwendungen ist generell auf eine möglichst niedrige Gesamtleistungsaufnahme zu achten, da gerade für Mobilfunkanwendungen der Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle spielt. Dies erfordert einen sehr sorgfältigen und bezüglich Stromaufnahme optimierten Schaltungsentwurf, da die Nutzfrequenz etwa ein Drittel der Transitfrequenz des Prozesses ist. Erschwerend kommt hinzu, dass sich der Wirkungsgrad bei Verwendung eines linearen Modulationsverfahrens nochmals deutlich reduzieren kann.

Bei Applikation in höchsten Frequenzbereichen werden Antennenstrukturen zunehmend kleiner, und eröffnen dadurch die Möglichkeit der Integration in Silizium. Durch die kleine Wellenlänge bei 60 besteht die Möglichkeit dies erfolgreich umzusetzen. Im Rahmen des EASY-A Projektes evaluiert Infineon , in Silizium integrierte Antennen für das 57-64 GHz Frequenzband. Dies kann eine Alternative zu Antennen auf verlustarmen Substraten (integrierte Antenne z.B. in LTCC) sein. Mögliche Applikationen für 60 GHz Systeme basieren auf kurzen Freiraumübertragungswegen. Dadurch ist die Anforderung an einen hohen Antennengewinn geringer und Siliziumintegrierte Antennen stellen eine sinnvolle Lösung zur Kostenminimierung und zur Steigerung des Integrationsgrads des gesamten analogen Frontends dar.

Die Systemintegration, Systempartitionierung und Konzeption von Analog-Digital-Umsetzern sind weitere Themen, die im Rahmen des Projekts untersucht werden. Ziel ist es, eine Architektur zu entwickeln, welche für 60 GHz Anwendungen am geeignetsten ist. Die Integration vieler Teilkomponenten auf einem Chip wird als System-on-Chip bezeichnet, wofür nur eine Technologie benötigt wird. Dabei aufkommende Probleme sind z. B. Kopplungen durch das Substrat, begrenzte Isolation usw. Werden Teilkomponenten des Systems in verschiedenen Technologien gefertigt und in einem gemeinsamen Package aufgebaut, spricht man von einem System-in-Package. Die Vorteile bei dieser Lösung sind eine geringere Kopplung und die Realisierung der verschiedenen Blöcke in den dafür geeignetsten Technologien. Die im Projekt angestrebten Datenraten von bis zu 10 GBit/s lassen sich nur mit großen Bandbreiten erreichen. Die Schnittstelle zwischen dem analogen Frontend und dem digitalen Basisband gestaltet sich bei derart großen Bandbreiten als besonders aufwendig. Deswegen werden auch verschiedene Konzepte von Analog-Digital-Umsetzern und deren Anforderungen untersucht.

Infineon verfügt über hervorragendes Know-how in den Bereichen HF und Mobilfunkkommunikation und ist in der Lage für diese Anwendung speziell optimierte Technologien zu entwickeln bzw. weiter zu optimieren. Im Rahmen des Vorhabens werden innovative Methoden untersucht um die Probleme bei 60 GHz Anwendungen zu lösen und dadurch eine schnelle Kommerzialisierung zu ermöglichen.

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