实现1美元IoT节点 CMOS RF技压砷化镓方案

    互补式金属氧化物半导体射频(CMOS RF)方案将乘物联网之势快步崛起。为加速物联网装置和应用普及，业界正积极研发成本低至1美元的无线感测网路节点(WSN)，引发系统关键零组件大幅降价的需求；对此，RF晶片商正酝酿以CMOS制程取代传统砷化镓(GaAs)方案，以缩减一半以上晶片成本，实现超低价WSN。

    RFaxis全球销售副总裁Raymond Biagan表示，物联网须透过大量WSN，才能实现数以百亿计的装置互连，因此相关业者对WSN系统中关键的RF元件成本格外重视，并将其视为加速物联网装置普及的重要触媒。随着RF成本压力遽增，晶片商也开始从较昂贵的砷化镓制程，转向标准化、价格亲民的矽锗(SiGe)和CMOS RF方案；其中，CMOS RF可在性能媲美砷化镓产品的前提下，降低一半以上制造和测试成本，并达成更高元件整合度，更已成为业界布局焦点。

    RFaxis市场与产品应用副总裁钱永喜补充，多家国际市场研究机构已提出物联网市场预测，大部分皆认为2020年整体联网装置将上看百亿部，但要支援数量如此庞大的装置互连情境，WSN成本须低于1美元才能广为布建，加速组织完整的物联网路。换句话说，RF晶片商要打入物联网市场，就要将缩减成本当作第一要务，思考其产品如何满足1美元以下的终端设备价格。

    尽管目前砷化镓RF晶片仍是市场主流，出货占比高达九成，但其囿于制程和材料特殊性，无论在生产和设计成本方面皆所费不赀，未来在物联网掀动的低成本RF设计风潮下，光环将逐渐被CMOS RF取代。

    钱永喜坦言，以他过去曾投入砷化镓晶圆代工产业的经验，此方案要满足1美元终端设计几乎是不可能任务，因此未来几年CMOS RF势将加速瓜分砷化镓RF市占，可望从2014年约两百万颗出货，大幅跃升至2018年的两亿颗出货量。

    除成本以外，物联网装置开发商亦相当关注RF晶片传输效率和尺寸，以实现更低功耗且小体积的WSN，减轻布建困难度。Biagan强调，相较于砷化镓方案，CMOS制程有助提高功率放大器(PA)、低杂讯放大器(LNA)、收发开关电路、匹配网路(Associated Matching Network)和谐波滤波器(Harmonic Filter)等RF元件的整合度。以RFaxis为例，已透过CMOS制程开发出整合上述元件的RFeIC系列产品，可取代传统PA和其他RF晶片分离式的设计，或RF前端模组(FEM)，为系统业者争取更多设计空间，同时减轻测试负担。

    与此同时，CMOS RF亦可透过低电压设计，显着降低驱动和运作功耗。钱永喜分析，砷化镓和矽锗RF基于制程和材料特性，至少要导通2.6伏特(V)的电压才能驱动，并须供应3.3或5伏特电压才能持续运作；相较之下，CMOS仅需1.2伏特驱动电压和2.4伏特运作电压，在系统电流相等的前提下，省电效益将高达30～40%，有助提升RF传输效率和线性度(Linearity)。