在向着4G手机开展的过程中，便携式体系规划工程师将面对的最大应战是支撑现有的多种移动通讯规范，包含GSM、GPRS、EDGE、UMTS、WCDMA和HSDPA，与此一起，要要支撑100Mb/s～1Gb/s的数据率以及支撑OFDMA调制、支撑MIMO天线技能，乃至支撑VoWLAN的组网，因而，在射频信号链规划的过程中，怎么下降射频功率放大器的功耗及进步功率成为了半导体职业的竞赛焦点之一。现在职业开展出现三条技能道路，本文就这三条技能道路进行扼要的比较。
运用超CMOS工艺，从进步集成度来直接进步PA功率
UltraCMOS选用了SOI技能，在绝缘的蓝宝石基片上淀积了一层很薄的硅。相似CMOS，UltraCMOS能够供给低功耗，较好的可制作性、可重复性以及可晋级性，是一种易用的工艺，支撑IP块的复用和更高的集成度。
与CMOS不同的是，UltraCMOS能够供给与在手机、射频和微波运用范畴遍及运用的GaAs或SiGe技能相媲美乃至更好的功用。尽管UltraCMOS和pHEMT GaAs都能供给相同等级的小信号功用并具有恰当的网格通态电阻，可是，UltraCMOS能够供给比GaAs或SiGe更优异的线性度和防静电放电(ESD)功用。
关于更杂乱的运用，如最新的多形式、多频带手机，挑选适宜的工艺技能更为要害。例如，在这些运用中，天线有必要能够掩盖800～2200MHz的频段，开关有必要能办理多达8路的大功率射频信号，一起还有必要具有低插损、高阻隔度、极好的线性度和低功耗。恰当的工艺技能能够改善技能选项的可用性，然后改善天线和射频开关的功用，终究改善器材的整体功用。更重要的是，假如工程师在整个规划中选用同一工艺技能，能够获取更高的集成度。
例如，Peregrine公司在UltraCMOS RFIC方面的最新进展是推出SP6T和SP7T天线开关。这些契合3GPP的开关满意WCDMA和GSM的要求，使得规划工程师能够在兼容WCDMA/GSM的手机中运用一套射频电路，并且完成业界抢先的功用。SP6T和SP7T天线开关选用了Peregrine公司的HaR技能，完成了二次谐波为-85dBc、三次谐波为-83dBc、2.14GHz上的三阶交调失真(IMD3)为-111dBm这样的优异方针。
在手机规划中两个最耗电的部分便是基带处理器和射频前端。功率放大器(PA)耗费了射频前端中的绝大部分功率。完成低功耗的要害是使射频前端中的其他电路耗费尽可能少的功耗且不影响PA的作业。在现在所用的挑选中，带解码器的GaAs开关吸纳的电流为600μA，但在典型的射频前端运用中，UltraCMOS SP7T开关只吸纳10μA的电流，因而，能够大幅下降射频前端的功耗，然后进步射频功率放大器的功率。
现在，选用CMOS工艺制作射频功率放大器的公司包含：英飞凌、飞思卡尔、Silicon Labs、Peregrine、Jazz半导体等公司。
运用InGaP工艺，完成功率放大器的低功耗和高功率
InGaP HBT(异结双极晶体管)技能的许多长处让它十分合适高频运用。InGaP HBT选用GaAs制成，而GaAs是RF范畴用于制作RF IC的最常用的底层资料。原因在于：1. GaAs的电子迁移率比作为CMOS衬底资料的硅要高大约6倍;2. GaAs衬底是半绝缘的，而CMOS中的衬底则是传导性的。电子活迁移率越高，器材的作业频率越高。
半绝缘的GaAs衬底能够使IC上完成更好的信号绝缘，并选用损耗更低的无源元件。而假如衬底是传导性的话，就无法完成这一优势。在CMOS中，由于衬底具有较高的传导性，很难构建起功用型微波电路元件，例如高Q电感器和低损耗传导线等。这些困难尽管能够在必定程度上得到战胜，但有必要经过在IC安装中选用各种非规范的制程来能完成，而这会添加CMOS设备的制作本钱。
InGaP特别合适要求恰当高功率输出的高频运用。InGaP工艺的改善让产值得到了进步，并带来了更高程度的集成，使芯片能够集成更多功用。这样既简化了体系规划，下降了原资料本钱，也节约了板空间。有些InGaP PA也选用包含了CMOS控制电路的多芯片封装。现在，在接纳端集成了PA和低噪音放大器(LNA)并结合了RF开关的前端WLAN模块现已能够选用精简型封装。例如，ANADIGICS公司提出的InGaP-Plus工艺能够在同一个InGaP芯片上集成双极晶体管和场效应晶体管。这一技能正被用于尺度和PAE(功率添加功率)有所改善的新式CDMA和WCDMA功率放大器。
RF CMOS PA与GaAs PA的比较
当时，大部分手机PA都是选用GaAs和InGaP HBT技能，只要一小部分选用的是RF CMOS工艺制作。与GaAs器材比较，RF CMOS技能能够完成更高的集成度，并且本钱也更低。
但是，并非一切消费电子产品的抱负挑选。例如无线网络和手机商场就被GaAs PA所控制，由于它能够支撑高频率和高功率运用，并且功率很高。另一方面，RF CMOS PA则在蓝牙和ZigBee运用范畴占有主导地位，由于它一般运转功率更低，并且功用要求没有那么严苛。
现在，关于高功用PA运用，GaAs仍然是首要技能，只要它才干满意大部分高端手机和无线网络设备对功用的严苛要求。 在集成度方面，假如要集成进收发器、基带和PA，那么，就需求选用一种新的硅工艺。但是，业界在这方面的趋势是持续让PA和收发器互相分隔，选用不同的封装，并以GaAs来完成这样的集成。
SiGe有望逾越GaAs工艺占有干流
SiGe BiCMOS 工艺技能简直与硅半导体超大规模集成电路(VLSI)职业中的一切新工艺技能兼容，包含绝缘体硅(SOI)技能和沟道阻隔技能。跟着击穿电压和高功用无源部件集成技能的开展，SiGe 正逐渐浸透至传统的GaAs领地—即手机功率放大器运用的范畴。
一般来说，手机功率放大器有必要能在高压下应对10:1的电压驻波比(VSWR)，并能发送+28dBm(用于CDMA手机)到+35dBm(用于GSM手机)的信号。为了制作出满意严厉的手机技能要求的 SiGe 功率放大器，SiGe 半导体公司选用fT为 30GHz 的干流 SiGe 工艺，着眼于抢占曩昔由GaAs功率放大器在击穿电压、线性功用、功率以及集成功用上所占有的优势。
选用SiGe技能的优势之一是进步集成度。规划人员可在功率放大器周围集成更多的控制电路，这样，终究的器材就愈加节约空间，然后为集成更多无线功用的供给令了潜力。例如，选用 SiGe技能，规划人员就能够将功率放大器和 RF 电路集成在一起，却不会影响功率放大器的功率，然后延伸手机电池的寿数。现在，选用SiGe技能推出射频功率放大器的公司包含：SiGe半导体公司、Maxim、飞思卡尔、Atmel等公司。运用SiGe BiCMOS制作工艺进行代工的供货商首要是IBM以及台积电(TSMC)。
如图1所示为可见，SiGe技能在射频器材上的运用现已跟RF CMOS技能恰当，有理由信任，下一步方针便是逾越GaAs技能而占有干流。
本文总结
跟着多种无线通讯规范在手持设备上的运用，只要进一步下降射频功率放大器的功耗，才干延伸便携式设备的电池运用时间，然后取得愈加的用户体会。本文经过对射频功率放大器所选用的三种首要工艺技能进行的扼要比较，指出未来的开展趋势在于选用SiGe工艺技能来制作射频功率放大器，这是无线电电子体系规划工程师需求重视的技能趋势。
