是否有可能為3G手機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？對于這個問題,法國Acco半導體公司相信他們已經找到了實現途徑。

但觀察人士仍然質疑該公司的MASMOS技術是否能夠兌現承諾。一位分析師認為,面向3G手機的CMOS PA可能沒有實際意義,因為市場上已經涌現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技術一直用于GSM手機功率放大器,同時也用于滿足藍牙和無線局域網(WLAN)的功放要求,但對于調制方案更復雜、頻率更高的演進型3G(evolved 3G)及WiMax而言,GaAs或類似技術迄今為止都是必不可少的。

“目前功放所用的GaAs技術與CMOS技術之間的主要區別在于器件的擊穿電壓,”Acco的創始人兼首席技術官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12V或更高。而在線性放大器中,由于遠離飽和區,故必需一個等效電壓偏移來限制最高功率等級時的失真。”

“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技術可以解決目前RF所用的從180nm到65nm所有CMOS技術的擊穿問題。MASMOS具有相當于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”,但他不愿意詳細談及MASMOS技術的具體情況,亦即Acco是如何提高CMOS的抗擊穿能力的。他只是告知MASMOS不僅僅是一個設計或架構性調整而已。

然而,若該項新技術意味著在工藝上有某種物理性改變的話,這會讓它成為非標準CMOS嗎？“我們不愿討論這一點,”Masliah稱,“這種技術可從90nm升級到65nm、45nm等,適用于任何CMOS代工廠,可以在絕緣硅(SOI)晶圓上實現。”他接著表示:“我們的目標是在2009年讓產品進入手機應用。”

應用前景有喜有憂

Acco希望開拓一個數十億美元規模的市場,把在這一過程中將自身轉型為無晶圓廠設計公司。該公司自1994年以來一直從事RF IC設計服務工作。“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廠商,也包括外包額外工作給Acco的半導體公司,”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”。他找上了英國風險投資公司Pond Venture Partners,對于這項技術可使他的公司從設計服務轉型為無晶圓廠半導體公司信心滿滿。

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1,000萬美元的風險投資。這筆資金中的一半在2007年初提供給Masliah,用于原型制造以驗證他的設想。Acco還吸引了Jamie Urquhart擔任臨時CEO,而Urquhart是ARM公司前首席運營官,現在也是Pond的一位合伙人。

“這項技術的應用領域可以超越PA,”Urquhart稱。“但即便Acco只關注手機PA應用,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模。不過他認為,CMOS技術在WCDMA和EDGE方面的應用迄今還不成熟,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。其結果是,為支持峰值信號,大多數時間的工作效率都只有10%或5%。”

同時,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的轉移可能就是不必要的了。”

據Bruederle稱,包括WLAN和手機在內的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,而今年幾乎肯定會超過20億美元。但該市場的擴張主要來自于單位出貨量的快速增長,同時制造商必須面對平均銷售價格不斷下滑的局面。手機現在一般有2或3個板載PA,并增加了藍牙和Wi-Fi功能,從而使得市場上的年單位出貨量達到20億左右。

Bruederle認為:“它很難取代GaAs。沒有證據顯示(PA市場)將轉向CMOS；如果有的話,也是向GaAs轉移。我尚未看到支持CMOS放大器的強力理由,而且向模塊方向發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硅技術或氮化鎵制造的功率放大器。這家公司主要致力于開發通過架構性技術提高基站功率放大效率的產品。“調制的本性使得下行鏈路(從基站到手機)的效率極為低下,除非采取一些相應措施。上行鏈路則沒有那么關鍵。”

Winpenny認為CMOS PA超越GSM手機和藍牙,進入調制方案更復雜、載波頻率更高的“演進型3G”和WiMax應用領域是十分困難的。但他承認,這種具有類似于GaAs性能(就像Acco所承諾的)的CMOS技術可以降低手機成本。

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