Chip RF berfungsi sebagai komponen inti dalam sistem komunikasi dan navigasi nirkabel modern, yang secara langsung menentukan sensitivitas, kemampuan anti-gangguan, dan tingkat integrasi seluruh sistem. Dengan jaringan komprehensif Sistem Navigasi BeiDou China dan perkembangan pesat komunikasi gelombang milimeter 5G, permintaan akan chip RF berkinerja tinggi dan sangat otonom semakin meningkat. Artikel ini mengeksplorasi jalur implementasi dan tantangan teknis chip RF dalam arsitektur sistem, desain sirkuit utama, dan pengoptimalan integrasi, dengan fokus pada aplikasi tipikal dalam sistem navigasi dan gelombang milimeter.

1. Aplikasi dan Desain Otonom Chip RF dalam Sistem Navigasi

Dalam sistem navigasi sipil dan militer, kompatibilitas multi-mode (seperti BeiDou, GPS, GLONASS, Galileo) telah menjadi tren pengembangan. Penerima navigasi tradisional sebagian besar bergantung pada chip asing, yang menyebabkan rantai pasokan dan risiko keamanan teknis. Untuk mengatasi hal ini, lembaga penelitian dalam negeri telah mengembangkan chip RF navigasi (RFIC) yang sangat terintegrasi dan sepenuhnya otonom menggunakan teknologi RF-CMOS, yang mengintegrasikan modul-modul seperti penguat derau rendah (LNA), mixer, filter yang rumit, penguat penguatan variabel (VGA), dan ADC, sehingga menciptakan rantai pemrosesan sinyal yang lengkap dari RF ke frekuensi menengah digital.

Chip RF ini mengadopsi arsitektur frekuensi menengah rendah konversi satu tahap ke bawah, yang secara efektif mengurangi kerumitan sirkuit periferal sekaligus memastikan kinerja sistem. LNA, sebagai tahap pertama dari rantai penerima, sangat penting dalam menentukan angka kebisingan dan pencocokan impedansi. Desainnya menggunakan struktur induktor degenerasi sumber yang dikombinasikan dengan jaringan pencocokan kapasitif-induktif untuk mencapai pencocokan input 50Ω sekaligus mengoptimalkan angka kebisingan hingga di bawah 2 dB. Angka derau sistem secara keseluruhan di bawah 4 dB, secara signifikan meningkatkan sensitivitas receiver.

Selain itu, filter frekuensi menengah menggunakan struktur filter kompleks Chebyshev Gm-C orde lima, yang menyesuaikan penguatan, frekuensi tengah, dan bandwidth melalui transkonduktansi dan kapasitansi. Struktur ini menghasilkan rasio penolakan gambar (IMRR) yang lebih baik dari 40 dB dengan bandwidth 4 MHz dan kerataan passband 0,55 dB, sehingga meningkatkan kemampuan anti gangguan dan pemilihan sinyal pada sistem.

2. Integrasi dan Tantangan Chip RF dalam Komponen T/R W-Band

Pada frekuensi gelombang milimeter, khususnya pada pita-W (75-110 GHz), desain chip RF menghadapi tantangan seperti frekuensi yang lebih tinggi, panjang gelombang yang lebih kecil, dan kerugian transmisi yang lebih besar. Sebagai contoh, pada radar penghindaran tabrakan 77 GHz, komponen T/R harus menunjukkan penguatan yang tinggi, kebisingan yang rendah, peralihan yang cepat, dan integrasi yang tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir, pengenalan chip RF SOC 2-pemancar 4-penerima yang dikembangkan di dalam negeri telah menyediakan jalur yang layak untuk miniaturisasi dan pengurangan biaya frontend radar gelombang milimeter.

Chip RF ini mengintegrasikan modul-modul seperti penguat daya, penguat derau rendah, mixer, pemindah fasa, dan penyintesis frekuensi, yang mendukung operasi simultan multi-saluran. Untuk memastikan integritas sinyal frekuensi tinggi, chip digabungkan dengan struktur interkoneksi RF berkinerja tinggi, seperti probe pandu gelombang-mikrostrip, transisi vertikal, dan konversi BGA-ke-garis mikrostrip. Dengan mengoptimalkan struktur probe dan mengintegrasikan permukaan hubung singkat, desain ini mencapai kinerja broadband dengan insertion loss <0,2 dB dan return loss lebih baik dari -20 dB pada rentang frekuensi 72-82 GHz, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi sistem.

3. Teknologi Kunci Umum dalam Desain Chip RF

Baik untuk chip navigasi atau chip RF gelombang milimeter, upaya desain umumnya berfokus pada aspek-aspek inti berikut ini:

Kebisingan Rendah dan Linearitas Tinggi
LNA, sebagai tahap penguat pertama, menentukan sensitivitas sistem, sedangkan linearitas VGA tahap akhir dan penguat daya (misalnya, OIP3) memengaruhi rentang dinamis sistem dan kemampuan anti-jamming. Melalui pengoptimalan penguatan bertingkat dan struktur umpan balik negatif, keseimbangan antara noise dan linearitas dapat dicapai.

Filter dan Penolakan Gambar
Filter yang kompleks sangat penting dalam arsitektur frekuensi rendah-menengah, dengan penolakan di luar pita dan kerataan pita yang secara langsung memengaruhi kualitas sinyal. Struktur Chebyshev, dengan pita transisi yang curam, diadopsi secara luas dan ditingkatkan lebih lanjut dengan modul pra-kalibrasi untuk meningkatkan IMRR.

Integrasi Sistem dan Kompatibilitas Elektromagnetik
Chip RF yang sangat terintegrasi menggabungkan sirkuit analog dan digital, dan derau pengalihan digital dapat memengaruhi kinerja RF melalui penggandengan substrat. Teknik seperti cincin pelindung, domain daya independen, dan isolasi sumur-N yang dalam pada tata letak dapat secara efektif menekan kopling derau dan meningkatkan stabilitas sistem.

Kemampuan Konfigurasi dan Adaptasi Aplikasi
Chip RF modern umumnya mendukung antarmuka SPI atau I²C, yang memungkinkan pengguna menyesuaikan penguatan, bandwidth, dan mode operasional secara dinamis untuk beradaptasi dengan beragam kebutuhan sistem navigasi atau radar multi-mode.

4. Kesimpulan dan Prospek

Chip RF bertindak sebagai “indera” dan “suara” sistem nirkabel, dengan kinerjanya yang secara langsung berdampak pada keseluruhan tingkat komunikasi, navigasi, radar, dan perangkat lainnya. Saat ini, chip RF dalam negeri di bidang navigasi dan gelombang milimeter telah membuat kemajuan yang signifikan, mencapai otonomi tautan penuh dari desain arsitektur dan optimalisasi sirkuit hingga integrasi sistem. Di masa depan, seiring dengan semakin menyusutnya node proses, teknologi pengemasan seperti SiP dan 3D-IC berevolusi, dan alat desain berbantuan AI diterapkan, chip RF akan terus menerobos frekuensi yang lebih tinggi, konsumsi daya yang lebih rendah, dan kecerdasan yang lebih kuat, memberikan dukungan yang solid untuk sistem komunikasi dan persepsi yang independen dan dapat dikontrol di China.