例如早先由英飛凌、恩智浦和Skyworks等供應商用專門的BiCMOS工藝制造的收發器模塊,這些模塊改用CMOS實現已有很長時間了,而且在某些場合它還被整合進系統級芯片中的手機主處理器內。設計師一再發現,盡管采用要求苛刻的工藝可能會帶來電路模塊方面的挑戰,但從長期觀點看,用標準CMOS實現模擬模塊會得到回報。但CMOS工藝一直沒能成功進入功放(PA)模塊領域,而功放是手機內的一個關鍵部件。

直到現在,PA的研制都是采用專門的GaAs或LDMOS工藝配以混合模塊封裝技術實現的,整體上它是一種代價高昂的制造流程,從而使PA占據著手機成本中的一大塊。功放要求所采用的特殊半導體工藝能夠提供高擊穿電壓、高增益和高頻晶體管元件?；旌戏庋b技術提供了高Q無源器件以生成50Ω的匹配電路。采用標準CMOS實現PA,意味著設計師必須面對沒有增強型晶體管和高Q無源器件的局面,從而使全集成PA的開發變得極富挑戰性。

最近出現了一種有可能利用CMOS工藝制造PA的新技術,這樣,PA就可以被放在一個簡單塑料封裝內。分布式有源變壓器(DAT)技術如其所稱,其幾何結構支持使用Q值相對低的半導體金屬來提供基于變壓器的匹配電路,從而省去了模塊封裝。將PA內核分配到幾個塊中,再利用變壓器結構方式整合電源以及其他多項專利技術,就可以省卻高擊穿電壓晶體管。

圖1:基于DAT的CMOS功放技術被應用于獨立型GPRS手機中。

DAT技術的發明是建立在加州理工學院的研究成果基礎上的。Axiom Microdevices公司對這項技術又進行了改進,實現了DAT PA的商用化生產,并對通用分組無線服務(GPRS)PA器件的產品化進行了完善,解決了諸如接收帶噪聲和需要在高壓電池組下工作等具體應用問題。

與GaAs等產品不同,由于功率內核采用CMOS實現,所以偏置和調整GPRS類型PA功率所需的小信號控制電路可與主功率級電路集成在同一裸片內,從而進一步降低了成本。PA內核的集成還為支持線性調制方案提供了更大靈活性。傳統上,設計師一直采用如下兩種方法之一 :一個是采用線性調制器和PA的“強制法”；另一個是更先進的“包絡重構”法,此時非線性、高效的PA成為極化調制器的內核。

對后一種方法而言,采用傳統的PA建構技術將帶來嚴峻的挑戰。例如,用特殊工藝實現的PA內核對溫度和工藝變化的響應與線性化電路是不同的。這種情況通常會導致極不合理的要求,即最終用戶或手機廠商必須增加工廠校準時間來進行補償,從而增加成本。相反,如果將PA內核與其控制器集成在同一裸片上,則會為監控或控制激勵提供多點接入。這樣,當設計師開發最佳性能和成本結構的發送架構時,就會有更多選擇。

下一步可預期的發展是將PA與手機內的其他組件進一步整合,比如上述已經采用CMOS工藝實現的基帶和收發器模塊。從大量出貨的Axiom公司AX502器件可以看出,基于DAT的CMOS功放技術用在單獨的GPRS產品內是可行的。它還具有進一步整合的可能,從而幫助業界繼續滿足制造商和設計師對體積更小更具成本效益的芯片組的需求,并提供更多功能。

作者:David Kang

工程副總裁

Axiom Microdevices公司