手机用数字功放(手机射频功放设计技术介绍)

Posted 2023-05-26

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手机用数字功放(手机射频功放设计技术介绍)

硅 vs III/V族器件工艺

尽管CMOS技术在过去几年得到了加强，但60%的手机功放市场仍然由III/V族制造商主导，如RFMD，Skyworks和Triquint( RFMD和Triquint合并成了现在的Qorvo)。在实际应用中，GaAs pHEMT或者InGaP HBT是设计手机PA模块最常用的器件技术。这些技术在截止频率、击穿电压、坚固可靠性、线性度、功率密度和过渡时间等方面都表现出了最佳的性能。

表1概述了手机射频功放设计目前所采用技术特性

表1 从PA设计角度比较各种工艺技术

乘积f T * BV（截止频率乘以漏源击穿电压）是评估技术在高功率射频应用中的符合性的有用标准。表2提供了各种工艺的比较数据。硅LDMOS由于其低成本、高线性，主要应用于基站射频PA市场。基于GaN或SiC衬底上的功放技术似乎也是非常有前途的，因为它们提高了射频和热性能。尽管线性较低，但它们的目标是与硅LDMOS竞争，特别是在WCDMA（3G）或LTE（4G）基础设施部署方面。

表2 III/V族和SiGe的性能比较表

先前的讨论提出了CMOS/BICMOS 的制造在未来几年内可能在PA市场上发挥作用的问题。手机功率放大器领域的领先公司通常在系统封装组件(SIP)中提出多模式多波段PA模块。这种小型化和复杂的SIP组件包括一个或几个GaAs/InGaP功率die，CMOS控制器IC和集成耦合器/信号提取器（即滤波器）。这一趋势将在未来的现代无线终端中走向更高的复杂性。事实上，在一个单一模块上需要联合处理更多的工作频段(GSM、EDGE、WCDMA、LTE、蓝牙、WIMAX等)以及集成更多的功能(电源管理、MIMO等)。

这两项要求导致了必要的SIP叠层面积的增加，BoM物料清单（大量的PA die，无源滤波器等）以及

成本的增加。这可能有利于单模解决方案，并强调了BICMOS技术的优点，它们的成本相对较低，性能持续良好，它们能够很容易地将功率放大器与功率检测器（滤波器）、控制器电路、传感器（例如温度探头）和同一die上的任何其他模拟/数字块共集成；而与GaAs工艺共集成是相当不切实际的。

ST微电子0.25µm的BICMOS技术介绍

工艺概述

ST微电子BICMOS 0.25µm技术(B7 RF)是一种SiGe工艺，它允许涵盖所有数字、模拟以及射频应用。尽管要处理的物理层数量相对较高，但与最先进的CMOS对应方相比，每平方毫米的成本仍然很低。它具有集成能力、击穿电压和射频性能之间的良好折中，因为它具有较高的衬底电阻率。它提供了一个厚的顶部金属层(Al或铜选项)，使设计中等品质因子（即Q因子）的无源器件(在2GHz电感的Q值达到10)，并提供设计稳定可靠的电迁移(高达5uA/µm)，以及低寄生电容效应。有源器件包括用于高速低噪声应用的MOS和SiGe异质结双极晶体管(HBT)，以及用于功率放大的横向掺杂MOS(LDMOS)和高压HBT。 LDMOS器件致力于高频应用，必须与几何相似的漂移MOS(包括LOCOS)和致力于电源管理IO（低频和高压特性）区分开来。额外的组件，如用于功率检测的肖特基二极管也是可以用来设计的。

后面我们会更加详细地介绍ST微电子的0.25µm BICMOS工艺技术的各种类型的器件以及工艺参数。