在手机设计中两个最耗电的部分就是基带处理器和 射频 前端。 功率放大器 (PA)消耗了射频前端中的绝大部分功率。实现低功耗的关键是使射频前端中的其他 电路 消耗尽可能少的功耗且不影响PA的工作。在目前所用的选择中,带解码器的GaAs 开关 吸纳的 电流 为600μA,但在典型的射频前端应用中,UltraCMOS SP7T开关只吸纳10μA的电流,因此,可以大幅降低射频前端的功耗,从而提高射频功率 放大器 的效率。
目前,采用CMOS工艺 制造 射频功率放大器的公司包括: 英飞凌 、飞思卡尔、 Silicon Labs 、Peregrine、Jazz半导体等公司。
利用InGaP工艺,实现功率放大器的低功耗和高效率
InGaP HBT(异结双极 晶体管 )技术的很多优点让它非常适合高频应用。InGaP HBT采用GaAs制成,而GaAs是 RF 领域用于制造RF IC的最常用的底层材料。原因在于:1. GaAs的电子迁移率比作为CMOS衬底材料的硅要高大约6倍;2. GaAs衬底是半绝缘的,而CMOS中的衬底则是传导性的。电子活迁移率越高,器件的工作频率越高。
半绝缘的GaAs衬底可以使IC上实现更好的信号绝缘,并采用损耗更低的无源元件。而如果衬底是传导性的话,就无法实现这一优势。在CMOS中,由于衬底具有较高的传导性,很难构建起功能型微波电路元件,例如高Q 电感器 和低损耗传导线等。这些困难虽然可以在一定程度上得到克服,但必须通过在IC装配中采用各种非标准的制程来能实现,而这会增加CMOS设备的制造成本。
nGaP特别适合要求相当高功率输出的高频应用。InGaP工艺的改进让产量得到了提高,并带来了更高程度的集成,使芯片可以集成更多功能。这样既简化了系统设计,降低了原材料成本,也节省了板空间。有些InGaP PA也采用包含了CMOS控制电路的多芯片封装。如今,在接收端集成了PA和低噪音放大器(LNA)并结合了RF开关的前端WLAN模块已经可以采用精简型封装。例如,AN ADI GICS公司提出的InGaP-Plus工艺可以在同一个InGaP芯片上集成双极 晶体 管和场效应晶体管。这一技术正被用于尺寸和PAE(功率增加效率)有所改进的新型C DMA 和WCDMA功率放大器。
RF CMOS PA与GaAs PA的比较
当前,大部分手机PA都是采用GaAs和InGaP HBT技术,只有一小部分采用的是RF CMOS工艺制造。与GaAs器件相比,RF CMOS技术能够实现更高的集成度,而且成本也更低。
然而,并非所有消费电子产品的理想选择。例如无线网络和手机市场就被GaAs PA所统治,因为它可以支持高频率和高功率应用,而且效率很高。另一方面,RF CMOS PA则在 蓝牙 和 ZigBee 应用领域占据主导地位,因为它一般运行功率更低,而且性能要求没有那么苛刻。