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針對3G手機應用的低成本CMOS功率放大器技術

上網時間: 2007年09月26日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:PA  3G  功率放大器  前端模組 

是否可能為3G手機製造一種低成本的CMOS功率放大器(PA),使其可具有和砷化鎵(GaAs)功率放大器一樣的功效和耐用性?法國Acco半導體公司深信他們已經找到了實現該目標的途徑。

然而,業界觀察人士仍質疑該公司的MASMOS技術是否能使其承諾兌現。一位分析師認為,針對3G手機而開發的CMOS PA可能沒有實際意義,因為市場上已經湧現出了越來越多將功率放大器、濾波和CMOS控制器封裝在一起的前端模組

雖然CMOS技術一直用於GSM手機功率放大器,同時也作為藍牙和無線區域網路(WLAN)的功率放大器基本要件,但對於調變方案更複雜、頻率更高的3G及WiMax而言,GaAs或類似的技術迄今為止都是不可或缺的。

“目前功率放大器所用的GaAs技術與CMOS技術之間的主要區別在於元件的擊穿電壓,”Acco公司創始人兼技術長Denis Masliah解釋道。“在飽和放大器中,對於極高效率的方式而言,在3V的偏置電壓下,通過元件的電壓可達12V或更高。而在線性放大器中,由於退離飽和區,故需要一個等效電壓偏移來限制最高功率等級時的失真。”

“此外,還必須承受阻抗與元件天線的失配問題。這可能在整個元件上產生很大的電壓,若其電壓性能過低,就可能造成元件的損壞,”Masliah表示,“Acco公司的MASMOS技術可為目前RF所用從180nm到65nm的所有CMOS技術解決其擊穿問題。MASMOS具有相當於GaAs元件的增益能力,擊穿電壓一般約在14V以上。”

Masliah透露,Acco公司正為其CMOS功率放大器概念“申請一系列專利”,但他不願意詳細談及MASMOS技術的具體情況,或者有關Acco公司如何提高CMOS的抗擊穿能力等。他僅透露MASMOS不僅僅是一款設計或架構性調整而已。

然而,如果該項新技術意味著在製程上有某種實體變化的話,這會使它成為非標準CMOS嗎?“我們不願談論這一點,”Masliah稱,“這種技術可從90nm微縮到65nm、45nm等,而且適用於任何CMOS代工廠,它可以在絕緣矽(SOI)晶圓上實現。”

他接著表示:“我們的目標是在2009年將產品導入手機應用。”

應用前景喜憂參半

Acco公司希望開拓一個數十億美元規模的市場,並在這一過程中將該公司轉型為一家無晶圓廠設計公司。該公司自1994年以來一直從事RF IC設計服務工作。“我們已分別與20家不同的公司合作,其中包括可自行開發晶片的系統廠商,也包括外包工作給Acco的半導體公司,”Masliah提到。

在與這些公司合作之後,Acco公司就迎來了Masliah所謂將CMOS用於功率放大器建置方面所取得的‘突破’。他接著尋求英國創投公司Pond Venture Partners的資助,因為他深信,這項技術將可使他的公司從設計服務轉型為無晶圓廠半導體公司。

Pond公司對於Acco公司及其CMOS功率放大器技術留下了深刻印象,遂與Partech International公司共同提供1,000萬美元的創投資金給Acco公司。這筆資金中約有一半已在2007年初提供給Masliah,用於原型製造以驗證其想法。Acco公司還吸收了Jamie Urquhart擔任臨時的CEO。Urquhart曾經是ARM公司營運長,現在也是Pond的合夥人之一。

“這項技術的應用領域可以超越功率放大器,”Urquhart稱。“但即使Acco公司只關注於手機的功率放大器應用,其市場規模也已經夠大而值得投入。”

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模,不過他認為,CMOS技術在WCDMA和EDGE方面的應用迄今還不成熟,原因就在於這兩者需要較大範圍的線性運作功率。“功率放大可以從10W下降到2W,但仍然具有10W的瞬間峰值功率。其結果是,為支援峰值訊號,大多數時間的工作效率都只有10%或5%。”

同時,Bruederle還表示,“封裝中包含濾波、PA和CMOS控制器的前端模組正越來越普及。一旦模組中包含了PA,再向CMOS PA技術而轉移可能就是不必要的了。”

據Bruederle稱,包括WLAN和手機在內的PA總體市場在2006年為18.5億美元,比2005年的14. 3億美元顯著成長,而今年確定會超過20億美元。但由於製造商必須與逐漸下滑的平均銷售價格抗爭,使得該市場擴張主要是來自於單位出貨量的快速成長。手機現在一般有2或3個板載PA,並增加了藍牙和Wi-Fi功能,使該市場上的單位出貨量達到20億左右。

Bruederle認為:“它很難取代GaAs功率放大器。而且,也沒有證據顯示功率放大器市場將會轉向CMOS;如果可能的話,也是向GaAs轉移。我還沒看到支援CMOS放大器的強力理由,而且向模組方向發展的趨勢也與整合化相背離。”

位於英國劍橋的Nujira公司技術長Gerard Winpenny指出,通訊基地台的功率要求更高,往往採用以LDMOS矽晶技術或氮化鎵製造的功率放大器。該公司主要致力於開發透過架構性技術提高基地台功率放大效率的產品。“調變的本質是使得下行鏈路(從基地台到手機)的效率極低下,除非採取一些相應措施。而上行鏈路的設計就比較不具關鍵性。”

Winpenny認為CMOS PA技術超越了GSM手機和藍牙,而該技術要轉向調變方案更複雜、載波頻率更高的‘演進型3G’和WiMax應用領域是十分困難的。但他承認,這種具有類似於GaAs性能的CMOS技術,就像Acco所承諾的,可以降低手機成本。

不過,“用說的倒是很容易,”Winpenny表示。“布丁好不好,吃了才知道。”因此,不實際去試試,是不會知道它的真正價值的。

作者:蔡培德




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