Mai 20, 2025 Von Alex Margomenos Direktor, RF-Produktmanagement bei GlobalFoundries Die Bereitstellung von Breitband- und Mobilfunkverbindungen aus dem Weltraum ist dank der Fortschritte in der Raketentechnik, der Satellitentechnologie und der HF-Halbleitertechnik möglich geworden. Dank dieser Fortschritte und Innovationen sind wir nun in der Lage, ausreichende Satellitenkonstellationen aufzubauen und erschwingliche Bodenterminals anzubieten, um nahtlose globale Kommunikationsnetze mit zuverlässiger Konnektivität zu unterstützen. Bei der Entwicklung eines SATCOM-Bodenterminals besteht das Ziel darin, das Signal aus dem Weltraum in einer Qualität zu empfangen, die die Demodulation der empfangenen Daten ermöglicht. Diese Spezifikation wird durch das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) quantifiziert, das von der Leistung und der Bandbreite des vom Satelliten gesendeten Signals, der Höhe seiner Umlaufbahn und der Empfängerverstärkung über der Rauschtemperatur (G/T) beeinflusst wird. Unter diesen Faktoren ist das G/T-Verhältnis der einzige Parameter, der vom Entwickler des Bodenterminals kontrolliert werden kann. In diesem Zusammenhang wird die Verstärkung (G) im Zähler durch die Fläche des Phased Array bestimmt, die mit der Anzahl der Phased-Array-Elemente korreliert. Die Rauschtemperatur (T) im Nenner wird durch die Rauschzahl (NF) der rauscharmen Verstärker (LNA) bestimmt. Durch Verringern der NF des LNA kann der Entwickler die Verstärkung des Phased Array bei gleichem SNR (G/T bleibt konstant) verringern. Folglich verringert sich durch die Senkung des NF direkt die erforderliche Anzahl von Phased-Array-Elementen. Jede Verbesserung des NF um 0,1 dB führt zu einer Reduzierung der Anzahl der Phased-Array-Elemente um 5 %. Weniger Antennenelemente erfordern weniger Chips, was den bedeutenden Einfluss der Auswahl der geeigneten Technologie mit der passenden NF auf die Gesamtkosten eines Bodenterminals unterstreicht. GlobalFoundries bietet drei in den USA hergestellte RF-Prozesstechnologien für SATCOM-Frontends und Beamformer, geordnet nach digitaler Dichte: 45RFSOI, 45RFE und 130NSX. 45RFSOI ist eine teilweise verarmte RF-SOI-Technologie, die für mmWave-Phased-Arrays mit 40-nm-Logik entwickelt wurde. Die Plattform bietet angepasste, leistungsstarke nFET/pFET-Bauelemente mit regulärer Vt (RVT) (ft/fmax von 290/330GHz bzw. 245/300GHz) und einen fortschrittlichen nFET (ADNFET) mit ft/fmax von 230/400GHz und einer 20 % höheren Maximalspannung im Vergleich zu RVT-Bauelementen [Jain 2021]. Er verfügt über eine ganze Reihe von passiven Bauelementen (Kondensatoren, Widerstände, Dioden, ESD, eFuse) sowie SRAM. Schließlich bietet er drei Back-End-of-the-Line-Metallstapel und unterstützt duales dickes Cu und dickes Al für Induktoren mit sehr hohem Q. In den letzten zehn Jahren haben unsere Kunden, Universitätspartner und internen Referenzentwickler über 300 Veröffentlichungen zu 45RFSOI-Schaltungen veröffentlicht. Einige aktuelle Beispiele sind Ka-, Q- und D-Band Beamformer [Baek 2025, Ren 2024, Ahmed 2024, Khalil 2021], 1.3dB NF Ku-Band LNA [Kanar 2023], 27dBm/44% PAE Ku-Band PA [Alluri 2024], 19dBm/48% PAE Ka-Band PA [Syed 2020], 20dBm/38% PAE Doherty Ka-Band PA [Ibrahim 2025], und ein Ku-Band Mischer mit hoher Linearität [Hassan 2025]. 45RFE ist ein teilweise verarmtes RF-SOI auf einem Substrat mit hohem spezifischen Widerstand, das zwei Gate-Dielektrika für optimale RF-Leistung, Hochspannungsunterstützung und geringe Leckage bietet. Er umfasst drei Arten von nFETs: RVT, ADNFET und DGADNFET, mit steigender Spannungsfestigkeit. Die Plattform unterstützt passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren, Dioden, ESD und eFuse. Ein 8-Metall-Lagen-Stapel mit 2 dicken Kupferschichten ermöglicht hohe Q-Passiva. GF kündigte diese Technologie im Jahr 2024 an [Jain 2024] und hob 1,3dB LNA und 21dBm/44% PAE PA im Ka-Band hervor. 130NSX ist eine Bulk-CMOS-Technologie auf einem hochohmigen Substrat. Sie bietet Dünnoxid-Bauelemente für LNA-Anwendungen, die eine hervorragende Leistung in Ku/Ka-Frequenzbändern gezeigt haben. Sie umfasst Dickoxid-Digitallogik, passive Bauelemente (Kondensatoren, Widerstände, ESD, eFuse) und verschiedene Back-End-of-the-Line-Metallstapel mit dickem Kupfer und Aluminium, die Induktoren mit hohem Q ermöglichen. Das Referenzdesign-Team von GF hat eine Reihe von Schaltungsbeispielen veröffentlicht, die die hervorragende Leistung des 130NSX für SATCOM-Anwendungen demonstrieren. Dazu gehören ein 0,95dB NF LNA im Ku-Band [Das 2024], ein 1,2dB NF LNA im Ka-Band [Kakara 2024] und ein 16dBm / 50% PAE PA im Ku-Band [Bantupalli 2024]. Wenn Sie mehr über das differenzierte RF- und Ultra-Low-Power-CMOS-Portfolio von GF für SATCOM-Anwendungen erfahren möchten, laden wir Sie ein, unseren Stand (Nr. 149) auf dem kommenden 2025 International Microwave Symposium (IMS) zu besuchen, das vom 17. bis 19. Juni in San Francisco, CA, stattfindet. Wir freuen uns darauf, mit Ihnen ins Gespräch zu kommen und zu diskutieren, wie GF Ihre Innovationen der nächsten Generation unterstützen kann. Alex Margomenos leitet das Produktmanagement der RF-Produktlinie bei GlobalFoundries. Die RF-Produktlinie umfasst RFSOI-, RF-GaN- und SiGe-Technologien, die zellulare RF-Frontends, Satellitenkommunikation, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie zellulare Infrastruktur unterstützen. Er ist seit vier Jahren bei GlobalFoundries tätig. Zuvor war er bei Apple, Intel, Infineon und HRL Laboratories in leitenden Positionen und als Einzelmitarbeiter tätig.
