[00132648]基于标准CMOS工艺的可重构射频前端模块

一、成果摘要： 射频功率放大器是各种无线通信应用中必不可少的关键部件,用于将收发机输出的已调制信号进行功率放大,以满足无线通信所需射频信号的功率要求。目前市场上应用于手机的射频功率放大器（PA）产品主要还是基于GaAs 工艺。从性能角度而言,GaAs 工艺具有高的击穿电压和电子迁移率,是设计PA 的理想工艺。但由于材料的稀缺性和工艺的复杂性,射频前端芯片普遍良率不高,成本居高不下。随着物联网及无线通信应用的迅猛扩张,射频器件对成本及集成度性能有了更高的要求,也推动着行业开始寻求成本更低的基于硅的标准CMOS 工艺去生产射频器件。CMOS 工艺与砷化镓工艺相比,其寄生较大,电子迁移率与击穿电压较低,无疑加大了高功率高效率射频功率放大器设计的困难。 中科汉天下在电路上使用三级堆叠方式实现大功率的输出级,使得击穿电压可以提高到15V 以上,使得大功率输出成为可能。并采用具有专利技术的电流功率控制方案,从而避免了传统方案所需的低压差线性稳压器（LDO）,能大幅提高射频功率放大器效率。通过采用功率检测与反馈技术,有效降低负载失配对PA 输出功率的影响,提高了芯片在不同应用环境下的稳定性与一致性。 对于整体电路结构,本项目采用了全新的可重构方案,利用单个射频链路实现两个不同频带的功率放大,极大的降低了芯片面积与成本。此外,在电路、版图与基板设计过程中,通过散热优化技术,提高射频功率放大器工作过程中芯片的散热能力,从而提高芯片整体性能与寿命。在整个半导体行业中,GaAs 及SiGe 相对于CMOS 来讲只是非常小的一个部分。GaAs 及SiGe 是非常稀缺的资源,若无法寻求新的工艺替代,无线通信的发展将受限于这些资源的稀缺性。本芯片性能达到了业界最高的GaAs 工艺产品水平,远超国内同行GaAs 类产品。因为采用纯CMOS 工艺生产,所以无论是工艺还是交货周期都优于GaAs 工艺。除此之外,随着CMOS PA 开始大量商用,将CMOS PA 和同样采用CMOS 工艺的基带、RF 收发机和电源管理芯片集成在一起形成真正意义上的“单芯片手机”,是市场的需求,也是PA CMOS 化的革命性意义所在。 中科汉天下凭借多年的技术积累和创新能力,选择标准CMOS 工艺设计可重构射频功率放大器,取代传统砷化镓工艺。 产品特点： 1、采用可重构方案利用单个射频链路实现两个不同频带的功率放大,极大的降低芯片面积与成本。 2、采用具有专利技术的电流功率控制方案,从而避免了传统方案所需的低压差线性稳压器（LDO）,能大幅提高射频功率放大器效率,并能极大降低功率控制器面积与成本。 3、通过采用功率检测与反馈技术,有效降低负载失配对PA输出功率的影响,提高了芯片在不同应用环境下的稳定性与一致性。 4、采用创新的线性开关技术,在减少开关损耗,提高线性度与隔离度等指标的同时尽可能少的引入寄生电容。 5、基于电路、版图与基板设计各个阶段的散热优化技术,提高射频功率放大器工作过程中芯片的散热能力,从而提高射频功率放大器效率。 二、项目取得的成效 1、技术成果 公司已大规模量产CMOS 工艺的2G（GSM/DCS）射频功放,累计出货超过8 亿颗,已积累了大量的CMOS 工艺的射频PA 技术和专利。现基于自有技术和专利,现已开发并量产3G 手机（WCDMA/TD‐SCDMA）的射频前端TxM 产品HS868X,涵盖MTK、展讯、英特尔等多种手机基带平台产品。已获得授权专利多项,并提交待审专利10 余项。 2、经济效益 2015年2月-2016年2月,国内首家开发出支持3G制式的CMOSTxM 射频前端模块,设计并量产9个月,产品推广3个月,仅用12个月即开始销售,已经占据全球3G 功能机/智能机市场26%左右的份额,市场占有率国内第一。下图为2016 年第一季度产品客户涉及高中低端客户,出货累计2000 万颗。