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CMOS射频前端解决GaAs器件产能和成本问题

时间:10-27 来源:中电网 点击:

硅是上帝送给人类的礼物。电路板中绝大多数器件都采用体硅CMOS工艺(硅 的原材料是沙子)制造,但有一个部分却难以实现,那就是射频前端。目前射频前端主要采用GaAs或SiGe工艺制造,但由于材料的稀缺性和工艺的复杂性, 射频前端芯片(RFeIC)良率不高,成本太贵。这阻碍了物联网(IoT)传感器节点(单价应低于1美元)的普及。

RFaxis是一家专注于射频前端设计的公司,该公司解决了以标准CMOS工艺生产RFeIC的难题。RFaxis公司产品营销和客户应用 工程总监虞强博士表示,以往有很多关于用CMOS技术设计制造射频前端的论文,但是真正实现起来却有很大难度:1.CMOS的击穿电压较低,难以做到大功 率;2.截止频率低即惰性强,要提高功率需选用较厚材料,然而却会增加惰性;3.电导率低,难以把直流转换成射频信号,这又牵涉到转换效率(功耗)和增益 问题。

RFaxis全球销售副总裁Raymond Biagan介绍道,RFaxis生产的RFeIC是高集成度的单芯片、单裸片解决方案。与传统采用分立器件或前端模块(FEM)所开发的RF前端相 比,RFaxis CMOS工艺器件不但大幅降低了成本,系统复杂度及噪声也同时减少。

射频前端的主要功能是连接收发器和天线,用以增大输出功率,提高接收灵敏度,增加传输速率和距离。传统的RFIC由独立的PA(功率放大 器)、LNA(低噪声放大器)、开关(SW)和分立器件所组成,采用GaAs或SiC工艺将其结合在一个模块里。另外,其集成度远低于纯CMOS工艺产 品。

图1:RFaxis用CMOS工艺将PA、LNA和SW集成在单个裸片上。
图1:RFaxis用CMOS工艺将PA、LNA和SW集成在单个裸片上。

GaAs或SiC工艺产品无法做到高集成度,通常在一个芯片内包含两个以上裸片,然后通过引线键合连接在一起。而RFaxis的芯片则是完全由一个单裸片所组成,而且这样性能也得到更加优化。

图2:RFaxis纯CMOS工艺单芯片、单裸片RFeIC引领下一代射频前端发展。
图2:RFaxis纯CMOS工艺单芯片、单裸片RFeIC引领下一代射频前端发展。

RFaxis是唯一一家以纯CMOS工艺生产RFeIC的公司,其产品与竞争对手相比性能相当。而且因为是采用纯CMOS工艺生产,所以无论是工艺还是交货周期都优于GaAs工艺。

在整个半导体行业中,GaAs及SiGe相对于CMOS来讲只是非常小的一个部分。GaAs及SiGe是非常稀缺的资源,无线通信的发展受限于这些资源的稀缺性。这就是为什么最近4G LTE市场爆发,但是竞争对手却无法及时交货的原因。

传统GaAs工艺的晶圆采用6英寸工艺,其成本远大于1000美元,而RFaxis采用0.18μm的8英寸晶圆的成本却远小于1000美 元。这也就是说RFaxis的晶圆比竞争对手的面积更大,但是价格却更便宜,因此RFaxis单颗裸片成本远小于GaAs工艺。另外,GaAs是特殊工 艺,其良率远低于CMOS工艺。



图3:高通Xb143参考设计用RFX8050/8051取代了Skyworks和RFMD产品。
图3:高通Xb143参考设计用RFX8050/8051取代了Skyworks和RFMD产品。

"我们的产品的优势是:1.成本更低;2.集成度更高;3.超越竞争对手的性能;4.更好的ESD保护性能,因为CMOS工艺的电导性更好,工作温度也更高;5.外部电路更简单,更易于开发,系统成本也更低。"Biagan最后总结道。

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