面向3G手機應(yīng)用的低成本CMOS功率放大器技術(shù)

是否有可能為3G手機制造一種能效與功能可媲美砷化鎵功率放大器(GaAs PA)的低成本CMOS PA？對于這個問題，法國Acco半導體公司相信他們已經(jīng)找到了實現(xiàn)途徑。

但觀察人士仍然質(zhì)疑該公司的MASMOS技術(shù)是否能夠兌現(xiàn)承諾。一位分析師認為，面向3G手機的CMOS PA可能沒有實際意義，因為市場上已經(jīng)涌現(xiàn)出了越來越多將功放、濾波和CMOS控制器封裝在一起的前端模塊。雖然CMOS技術(shù)一直用于GSM手機功率放大器，同時也用于滿足藍牙和無線局域網(wǎng)(WLAN)的功放要求，但對于調(diào)制方案更復雜、頻率更高的演進型3G(evolved 3G)及WiMax而言，GaAs或類似技術(shù)迄今為止都是必不可少的。

“目前功放所用的GaAs技術(shù)與CMOS技術(shù)之間的主要區(qū)別在于器件的擊穿電壓，”Acco的創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Denis Masliah解釋道。“在飽和放大器中，對于極高效率的方式而言，在偏置電壓為3V的情況下，通過器件的電壓可達12V或更高。而在線性放大器中，由于遠離飽和區(qū)，故必需一個等效電壓偏移來限制最高功率等級時的失真?！?

“此外，還必須承受(阻抗)與器件天線的失配問題。這可能在器件上產(chǎn)生很大的電壓，若其電壓能力過低，就可能造成器件的損壞，”Masliah表示。他指出：“Acco的MASMOS技術(shù)可以解決目前RF所用的從180nm到65nm所有CMOS技術(shù)的擊穿問題。MASMOS具有相當于GaAs器件的增益能力，擊穿電壓一般可在14V以上。”

Masliah透露，Acco公司正在為其CMOS功率放大器概念“申請一系列專利”，但他不愿意詳細談及MASMOS技術(shù)的具體情況，亦即Acco是如何提高CMOS的抗擊穿能力的。他只是告知MASMOS不僅僅是一個設(shè)計或架構(gòu)性調(diào)整而已。

然而，若該項新技術(shù)意味著在工藝上有某種物理性改變的話，這會讓它成為非標準CMOS嗎？“我們不愿討論這一點，”Masliah稱，“這種技術(shù)可從90nm升級到65nm、45nm等，適用于任何CMOS代工廠，可以在絕緣硅(SOI)晶圓上實現(xiàn)?！彼又硎荆骸拔覀兊哪繕耸窃?009年讓產(chǎn)品進入手機應(yīng)用?！?

應(yīng)用前景有喜有憂

Acco希望開拓一個數(shù)十億美元規(guī)模的市場，把在這一過程中將自身轉(zhuǎn)型為無晶圓廠設(shè)計公司。該公司自1994年以來一直從事RF IC設(shè)計服務(wù)工作?！拔覀兣c20家不同的公司合作，其中包括擁有自己的芯片的系統(tǒng)廠商，也包括外包額外工作給Acco的半導體公司，”Masliah提到。

在與這些公司合作之后，Acco公司就迎來了Masliah所稱的將CMOS用于功率放大器方面取得的“突破”。他找上了英國風險投資公司Pond Venture Partners，對于這項技術(shù)可使他的公司從設(shè)計服務(wù)轉(zhuǎn)型為無晶圓廠半導體公司信心滿滿。

Pond對Acco及其CMOS功率放大器留下深刻印象，遂與Partech International公司一起向Acco提供1,000萬美元的風險投資。這筆資金中的一半在2007年初提供給Masliah，用于原型制造以驗證他的設(shè)想。Acco還吸引了Jamie Urquhart擔任臨時CEO，而Urquhart是ARM公司前首席運營官，現(xiàn)在也是Pond的一位合伙人。

“這項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域可以超越PA，”Urquhart稱?！暗幢鉇cco只關(guān)注手機PA應(yīng)用，其市場也大到足以值得這樣做?！?

市場研究公司Gartner的研究副總裁Stan Bruederle毫不懷疑這一市場的龐大規(guī)模。不過他認為，CMOS技術(shù)在WCDMA和EDGE方面的應(yīng)用迄今還不成熟，原因就在于這兩者需要較大范圍的線性工作功率?！肮β史糯罂梢詮?0W下降到2W，但仍然具有10W的瞬間峰值功率。其結(jié)果是，為支持峰值信號，大多數(shù)時間的工作效率都只有10%或5%。”

同時，Bruederle還表示，“封裝中包含有濾波、PA和CMOS控制器的前端模塊正越來越普及。一旦模塊中包含了PA，向CMOS PA的轉(zhuǎn)移可能就是不必要的了。”

據(jù)Bruederle稱，包括WLAN和手機在內(nèi)的PA總體市場在2006年為18.5億美元，比2005年的14.3億美元有顯著增長，而今年幾乎肯定會超過20億美元。但該市場的擴張主要來自于單位出貨量的快速增長，同時制造商必須面對平均銷售價格不斷下滑的局面。手機現(xiàn)在一般有2或3個板載PA，并增加了藍牙和Wi-Fi功能，從而使得市場上的年單位出貨量達到20億左右。

Bruederle認為：“它很難取代GaAs。沒有證據(jù)顯示(PA市場)將轉(zhuǎn)向CMOS；如果有的話，也是向GaAs轉(zhuǎn)移。我尚未看到支持CMOS放大器的強力理由，而且向模塊方向發(fā)展的趨勢也與集成化相背離?！?

位于英國劍橋的Nujira公司首席技術(shù)官Gerard Winpenny指出，通信基站的功率要求要高得多，往往采用以LDMOS硅技術(shù)或氮化鎵制造的功率放大器。這家公司主要致力于開發(fā)通過架構(gòu)性技術(shù)提高基站功率放大效率的產(chǎn)品。“調(diào)制的本性使得下行鏈路(從基站到手機)的效率極為低下，除非采取一些相應(yīng)措施。上行鏈路則沒有那么關(guān)鍵?！?

Winpenny認為CMOS PA超越GSM手機和藍牙，進入調(diào)制方案更復雜、載波頻率更高的“演進型3G”和WiMax應(yīng)用領(lǐng)域是十分困難的。但他承認，這種具有類似于GaAs性能(就像Acco所承諾的)的CMOS技術(shù)可以降低手機成本。

不過，“說是很容易的，”Winpenny表示。“布丁好不好，吃了才知道?！?