是否有可能為3G手機(jī)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(gè)問題,法國Acco半導(dǎo)體公司相信他們已經(jīng)找到了實(shí)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(rèn)為,面向3G手機(jī)的CMOS PA可能沒有實(shí)際意義,因?yàn)槭袌錾弦呀?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(jī)功率放大器,同時(shí)也用于滿足藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)(WLAN)的功放要求,但對于調(diào)制方案更復(fù)雜、頻率更高的演進(jìn)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(dá)12V或更高。而在線性放大器中,由于遠(yuǎn)離飽和區(qū),故必需一個(gè)等效電壓偏移來限制最高功率等級時(shí)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(dāng)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(xì)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(gè)設(shè)計(jì)或架構(gòu)性調(diào)整而已。
然而,若該項(xiàng)新技術(shù)意味著在工藝上有某種物理性改變的話,這會(huì)讓它成為非標(biāo)準(zhǔn)CMOS嗎？“我們不愿討論這一點(diǎn),”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(shí)現(xiàn)。”他接著表示:“我們的目標(biāo)是在2009年讓產(chǎn)品進(jìn)入手機(jī)應(yīng)用。”
應(yīng)用前景有喜有憂
Acco希望開拓一個(gè)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(jì)公司。該公司自1994年以來一直從事RF IC設(shè)計(jì)服務(wù)工作。“我們與20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(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)投資公司Pond Venture Partners,對于這項(xiàng)技術(shù)可使他的公司從設(shè)計(jì)服務(wù)轉(zhuǎn)型為無晶圓廠半導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)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(yàn)證他的設(shè)想。Acco還吸引了Jamie Urquhart擔(dān)任臨時(shí)CEO,而Urquhart是ARM公司前首席運(yùn)營官,現(xiàn)在也是Pond的一位合伙人。
“這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域可以超越PA,”Urquhart稱。“但即便Acco只關(guān)注手機(jī)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(rèn)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。“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(jié)果是,為支持峰值信號,大多數(shù)時(shí)間的工作效率都只有10%或5%。”
同時(shí),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(jī)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(huì)超過20億美元。但該市場的擴(kuò)張主要來自于單位出貨量的快速增長,同時(shí)制造商必須面對平均銷售價(jià)格不斷下滑的局面。手機(jī)現(xiàn)在一般有2或3個(gè)板載PA,并增加了藍(lán)牙和Wi-Fi功能,從而使得市場上的年單位出貨量達(dá)到20億左右。
Bruederle認(rèn)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(qiáng)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(jī))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(rèn)為CMOS PA超越GSM手機(jī)和藍(lán)牙,進(jìn)入調(diào)制方案更復(fù)雜、載波頻率更高的“演進(jìn)型3G”和WiMax應(yīng)用領(lǐng)域是十分困難的。但他承認(rèn),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(jī)成本。
不過,“說是很容易的,”Winpenny表示。“布丁好不好,吃了才知道。”
作者:蔡培德
