射頻功率放大器的主要工藝技術(shù)

在手機(jī)設(shè)計(jì)中兩個(gè)最耗電的部分就是基帶處理器和射頻前端。功率放大器(PA)消耗了射頻前端中的絕大部分功率。實(shí)現(xiàn)低功耗的關(guān)鍵是使射頻前端中的其他電路消耗盡可能少的功耗且不影響PA的工作。在目前所用的選擇中，帶解碼器的GaAs開(kāi)關(guān)吸納的電流為600μA，但在典型的射頻前端應(yīng)用中，UltraCMOS SP7T開(kāi)關(guān)只吸納10μA的電流，因此，可以大幅降低射頻前端的功耗，從而提高射頻功率放大器的效率。

目前，采用CMOS工藝制造射頻功率放大器的公司包括：英飛凌、飛思卡爾、Silicon Labs、Peregrine、Jazz半導(dǎo)體等公司。

利用InGaP工藝，實(shí)現(xiàn)功率放大器的低功耗和高效率

InGaP HBT(異結(jié)雙極晶體管)技術(shù)的很多優(yōu)點(diǎn)讓它非常適合高頻應(yīng)用。InGaP HBT采用GaAs制成，而GaAs是RF領(lǐng)域用于制造RF IC的最常用的底層材料。原因在于：1. GaAs的電子遷移率比作為CMOS襯底材料的硅要高大約6倍；2. GaAs襯底是半絕緣的，而CMOS中的襯底則是傳導(dǎo)性的。電子活遷移率越高，器件的工作頻率越高。

半絕緣的GaAs襯底可以使IC上實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)絕緣，并采用損耗更低的無(wú)源元件。而如果襯底是傳導(dǎo)性的話，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一優(yōu)勢(shì)。在CMOS中，由于襯底具有較高的傳導(dǎo)性，很難構(gòu)建起功能型微波電路元件，例如高Q電感器和低損耗傳導(dǎo)線等。這些困難雖然可以在一定程度上得到克服，但必須通過(guò)在IC裝配中采用各種非標(biāo)準(zhǔn)的制程來(lái)能實(shí)現(xiàn)，而這會(huì)增加CMOS設(shè)備的制造成本。

nGaP特別適合要求相當(dāng)高功率輸出的高頻應(yīng)用。InGaP工藝的改進(jìn)讓產(chǎn)量得到了提高，并帶來(lái)了更高程度的集成，使芯片可以集成更多功能。這樣既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了原材料成本，也節(jié)省了板空間。有些InGaP PA也采用包含了CMOS控制電路的多芯片封裝。如今，在接收端集成了PA和低噪音放大器(LNA)并結(jié)合了RF開(kāi)關(guān)的前端WLAN模塊已經(jīng)可以采用精簡(jiǎn)型封裝。例如，ANADIGICS公司提出的InGaP-Plus工藝可以在同一個(gè)InGaP芯片上集成雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這一技術(shù)正被用于尺寸和PAE(功率增加效率)有所改進(jìn)的新型CDMA和WCDMA功率放大器。

RF CMOS PA與GaAs PA的比較

當(dāng)前，大部分手機(jī)PA都是采用GaAs和InGaP HBT技術(shù)，只有一小部分采用的是RF CMOS工藝制造。與GaAs器件相比，RF CMOS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度，而且成本也更低。

然而，并非所有消費(fèi)電子產(chǎn)品的理想選擇。例如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)市場(chǎng)就被GaAs PA所統(tǒng)治，因?yàn)樗梢灾С指哳l率和高功率應(yīng)用，而且效率很高。另一方面，RF CMOS PA則在藍(lán)牙和ZigBee應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，因?yàn)樗话氵\(yùn)行功率更低，而且性能要求沒(méi)有那么苛刻。