淺談CMOS射頻前端解決GaAs器件產(chǎn)能和成本問(wèn)題

　硅是上帝送給人類的禮物。電路板中絕大多數(shù)器件都采用體硅CMOS工藝（硅 的原材料是沙子）制造，但有一個(gè)部分卻難以實(shí)現(xiàn)，那就是射頻前端。目前射頻前端主要采用GaAs或SiGe工藝制造，但由于材料的稀缺性和工藝的復(fù)雜性， 射頻前端芯片（RFeIC）良率不高，成本太貴。這阻礙了物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器節(jié)點(diǎn)（單價(jià)應(yīng)低于1美元）的普及。
　　RFaxis是一家專注于射頻前端設(shè)計(jì)的公司，該公司解決了以標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝生產(chǎn)RFeIC的難題。RFaxis公司產(chǎn)品營(yíng)銷和客戶應(yīng)用 工程總監(jiān)虞強(qiáng)博士表示，以往有很多關(guān)于用CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)制造射頻前端的論文，但是真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻有很大難度：1.CMOS的擊穿電壓較低，難以做到大功 率；2.截止頻率低即惰性強(qiáng)，要提高功率需選用較厚材料，然而卻會(huì)增加惰性；3.電導(dǎo)率低，難以把直流轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，這又牽涉到轉(zhuǎn)換效率（功耗）和增益 問(wèn)題。
　　RFaxis全球銷售副總裁Raymond Biagan介紹道，RFaxis生產(chǎn)的RFeIC是高集成度的單芯片、單裸片解決方案。與傳統(tǒng)采用分立器件或前端模塊（FEM）所開發(fā)的RF前端相 比，RFaxis CMOS工藝器件不但大幅降低了成本，系統(tǒng)復(fù)雜度及噪聲也同時(shí)減少。
　　射頻前端的主要功能是連接收發(fā)器和天線，用以增大輸出功率，提高接收靈敏度，增加傳輸速率和距離。傳統(tǒng)的RFIC由獨(dú)立的PA（功率放大 器）、LNA（低噪聲放大器）、開關(guān)（SW）和分立器件所組成，采用GaAs或SiC工藝將其結(jié)合在一個(gè)模塊里。另外，其集成度遠(yuǎn)低于純CMOS工藝產(chǎn) 品。
　　
　　圖1：RFaxis用CMOS工藝將PA、LNA和SW集成在單個(gè)裸片上。
　　GaAs或SiC工藝產(chǎn)品無(wú)法做到高集成度，通常在一個(gè)芯片內(nèi)包含兩個(gè)以上裸片，然后通過(guò)引線鍵合連接在一起。而RFaxis的芯片則是完全由一個(gè)單裸片所組成，而且這樣性能也得到更加優(yōu)化。
　　
　　圖2：RFaxis純CMOS工藝單芯片、單裸片RFeIC引領(lǐng)下一代射頻前端發(fā)展。
　　RFaxis是唯一一家以純CMOS工藝生產(chǎn)RFeIC的公司，其產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比性能相當(dāng)。而且因?yàn)槭遣捎眉僀MOS工藝生產(chǎn)，所以無(wú)論是工藝還是交貨周期都優(yōu)于GaAs工藝。
　　在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)中，GaAs及SiGe相對(duì)于CMOS來(lái)講只是非常小的一個(gè)部分。GaAs及SiGe是非常稀缺的資源，無(wú)線通信的發(fā)展受限于這些資源的稀缺性。這就是為什么最近4G LTE市場(chǎng)爆發(fā)，但是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手卻無(wú)法及時(shí)交貨的原因。
　　傳統(tǒng)GaAs工藝的晶圓采用6英寸工藝，其成本遠(yuǎn)大于1000美元，而RFaxis采用0.18μm的8英寸晶圓的成本卻遠(yuǎn)小于1000美 元。這也就是說(shuō)RFaxis的晶圓比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的面積更大，但是價(jià)格卻更便宜，因此RFaxis單顆裸片成本遠(yuǎn)小于GaAs工藝。另外，GaAs是特殊工 藝，其良率遠(yuǎn)低于CMOS工藝。
　　
　　圖3：高通Xb143參考設(shè)計(jì)用RFX8050/8051取代了Skyworks和RFMD產(chǎn)品。
　　“我們的產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是：1.成本更低；2.集成度更高；3.超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能；4.更好的ESD保護(hù)性能，因?yàn)镃MOS工藝的電導(dǎo)性更好，工作溫度也更高；5.外部電路更簡(jiǎn)單，更易于開發(fā)，系統(tǒng)成本也更低?！盉iagan最后總結(jié)道。
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