直面线性CMOS PA的挑战与机遇，地芯科技发布基于CMOS工艺的多频多模线性PA

5月18日，杭州地芯科技有限公司（以下简称“地芯科技”）在上海举办了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。

图片来源：地芯科技

地芯科技CEO吴瑞砾在发布会上称，CMOS工艺拥有极其灵活的设计性，对于射频芯片的研发与制造十分有利，假如基于CMOS工艺打造的射频芯片能够完全解决高压击穿的问题，那么毫无疑问未来CMOS工艺将大有可为，而这也是CMOS PA设计最重要的课题之一。

据介绍，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。

发布会现场，地芯科技副总裁张顶平详细解析了COMS工艺的优势以及GC0643的性能、技术亮点等。

对于PA来说，COMS工艺有何优势？

射频PA是通信链路中至关重要的器件，负责将发射链路中的射频信号做最后的放大，输送到天线，PA往往是整个通信链路中功耗最大的器件之一。因此射频PA对信号的保真度以及发射效率极大地影响整个通信系统的质量和功耗。

具体来看，射频PA可以分为饱和PA和线性PA两种架构，分别对恒包络（PAR=0dB）的调制信号（FSK，PSK，GMSK等），存在幅度调制的通信信号（QAM，ASK，OFDM，CDMA等）进行放大。2G GSM，BLE，Zigbee等通信制式是恒包络信号，饱和PA即可满足放大需求；CDMA，3G WCDMA，4G LTE，5G，WiFi4/5/6等为幅度调制的宽带信号，需要线性PA进行保真放大。

CMOS工艺则是集成电路中最为广泛使用的工艺技术，具有高集成度、低成本、漏电流低、导热性好、设计灵活等特性，但也存在击穿电压低、线性度差两大先天性弊端，使其在射频PA应用上面临巨大的技术挑战。

在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。

业界正在不断探索将CMOS工艺应用于射频领域的可能性，值得注意的是，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。

图片来源：地芯科技

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亮点展现

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。

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对于GC0643产品能成功落地的原因，张顶平表示，“我们并不是第一家尝试将CMOS工艺应用在PA上的公司，此前也曾有大厂曾经做过这件事。但是当时的那家企业没有很好把握市场的需求并且对于产品要求较高，导致市场接受度较低。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。”

封面图片来源：拍信网