攻克两大工艺难题！地芯科技发布基于CMOS工艺的多频多模线性PA

集微网报道，随着移动通信技术的不断演进，支持的网络频段越来越多，射频前端模块已经成为其不可或缺的一部分，然而该领域一直被Qrovo、Skyworks、博通等海外大厂垄断。可喜的是近年来在政策支持和国产替代趋势带动下，国内已有优秀的射频厂商崭露头角。

5月18日，杭州地芯科技有限公司（下称“地芯科技”）基于多年技术积累在上海成功举办云腾系列新品发布会，发布了全球首款基于CMOS工艺的支持4G的线性CMOS PA——GC0643。

地芯科技副总裁张顶平

地芯科技副总裁张顶平介绍，GC0643是一款4*4mm多模多频功率放大器模块（MMMB PAM），它应用于3G/4G手持设备（包括手机及其他手持移动终端）以及Cat1.物联网设备，支持的多频段多制式，还支持可编程MIPI控制。另外，张顶平详细解析了COMS工艺的优势以及GC0643的性能、技术亮点等。

COMS工艺有何优劣？

CMOS工艺是集成电路中最为广泛使用的工艺技术，其作为摩尔定律的载体，在过去的数十年飞速发展，已经成为最成熟普遍的工艺，基于8寸/12寸的大硅片，各大晶圆代工厂的产能丰富。因此CMOS工艺晶圆的成本相对于基于6寸晶圆的III-V族工艺要低很多（3-4倍）。现代通信集成电路中，处理器，基带以及射频收发机等模块均已使用CMOS工艺量产数十年；然而由于射频PA对功率等级、线性度、效率、频率响应等特殊的要求，以及其相对收发链路中其他模拟射频器件较弱的电路复杂性，大部分的应用仍然使用分立的III-V族工艺实现，尤其是GaAs工艺。

张顶平表示，“GaAs工艺的电流密度高、电子迁移率好、耐压能力强，这些都是它能够主导市场的原因。但GaAs工艺有两个最大的缺点，第一是成本高，第二是尺寸受限，最高只能做6寸。与GaAs工艺相比，CMOS工艺具备易于集成且集成度高、成本低、设计灵活自由、架构设计创新空间大等优势，能够承载低线性功率场景。但CMOS工艺存在着击穿电压低、器件非线性强、电流密度较低的弊端。对于射频厂商来说，将此工艺应用到PA上，需要兼顾高线性与高可靠性，线性化的难度高。”

业界也在探索将CMOS工艺应用于射频领域的可能性，值得欣喜的是，地芯科技的创始团队深耕线性CMOS PA技术十多年，在过往的经验基础上进行创新，攻克了击穿电压低、线性度差两大世界级工艺难题，在全球范围内率先量产支持4G的线性CMOS PA，将使CMOS 工艺的PA进入主流射频前端市场成为可能。

当谈及地芯科技PA产品采用CMOS工艺的考量时，张顶平指出，“其实我们做这件事情的意义在于第一次有一家厂商尝试用不同的工艺踏足了最丰富的应用场景，可以打破射频领域GaAs一家独大的局面，给客户带来更多的选择，为客户的成本做更好的优化。”

GC0643有何技术亮点？

据张顶平介绍，地芯科技此次发布的GC0643在工艺、架构、设计上进行了全方位的创新，“首先从传统的GaAs工艺切换到了CMOS工艺；其次在架构上突破了以往基于GaAs工艺的单端的简单设计；最后在设计上的创新其实是过去十余年积累的成果，在市场同质化竞争严重的情况下，公司申请了多项专利以保护自研技术。”

基于以上创新，GC0643呈现了四大技术亮点，一是基于CMOS工艺路线的多频多模PA设计，二是创新型开关设计支持多频多模单片集成，三是兼顾线性与可靠性的设计，四是低功耗 、低成本、高集成度。

张顶平还在现场展示了GC0643的内部结构，可以看到该款产品内部的所有模块、控制、开关的集成方式简约，直接采用封装没有打线，因此可以保持优秀的一致性，同时降低封测成本。

接下来，他在GC0643的HB FOM指标，线性度、可靠性方面进行了对比。首先从HB FOM指标来看，GC0643在中低功率输出时FOM值几乎与GaAs相当，在高功率（>26dBm）输出时表现更优；其次从线性度来看，GC0643在HB线性饱和功率达到32dBm，PAE接近50%，线性功率可达到与GaAs PA相当的28dBm（ACLR-36dBc）；最后从可靠性来看，测试条件为Pin=6dBm , Vbatt =4 . 6V , VSWR=10 : 1时, 无损坏。

目前GC0643支持FDD LTE Bands 1,3,4,5,8、TDD LTE Bands 34,39,40,41、WCDMA Bands 1,2,3,4,5,8制式的无线通信，可应用在低功耗广域物联网（LP-WAN）设备、3G/4G手机或其他移动型手持设备、无线IoT模块等领域。

对于GC0643产品能成功落地的原因，张顶平表示，“其实我们并不是第一家尝试将CMOS工艺应用在PA上的公司，大概七八年前，一家法国公司在4G刚流行的时候也做过，但当时产品性能较差，导致市场接受度低所以失败了。我们今天看到国内有很多低速的互联网场景对速率的要求不高，同时又是4G网络，差异化的创新一定要有合适的应用场景去承载，这就是我们的产品能落地的原因。”

展望未来，张顶平说道，“未来我们一定会继续努力，继续发扬地芯科技脚踏实地、开拓创‘芯’的精神，相信会带来更多更精彩、更有差异化、更有新鲜感、更能创造价值的产品与大家见面。”

（校对/张杰）