Peregrine半导体UltraCMOS成就毫不妥协的RF性能

纵观整个半导体工艺历史，CMOS可谓屡战屡胜，击败了NMOS、PMOS、BiPolar、BiCMOS和GaAs。目前，半导体生存环境越来越难，大家都用同样的半导体工艺，想要突破，需要在电路设计和IP上实现差异化，并整合产业链。从1988年开始，Peregrine半导体的创始人就在探索智能集成，经过多年的技术积累，终于UltraCMOS诞生了。现在，Peregrine已开发了系列化的UltraCMOS技术。其优势在于可配置性、灵活性、可靠性、可重复性、便于使用以及可以实现毫不妥协的RF性能。
　　借着在北京参加EDI CON 2015的机会，Peregrine半导体举办了媒体见面会，Peregrine半导体产品营销总监Kinana Hussain向记者介绍了Peregrine的核心优势和最新产品。
　　2014年12月12日，Murata（村田）完成对Peregrine的收购。Hussain先生说明了Murata收购Peregrine的关键原 因：“大约在6年前，Peregrine一直是Murata的供应商，在手机最早使用RF开关时，Murata就是Peregrine的主要客户。而 Peregrine的产品除了用在手机领域，还能用在移动通信、工业等更多应用，这与Murata十分互补，能帮助Murata拓展市场领域。此 外，Peregrine所具有的RF硅片的专业知识（从衬底到RF电路）以及半导体供应链也是Murata看重的。”
　　探究非凡CMOS技术
　　Peregrine到底有什么核心技术呢？答案是：衬底与工艺、建模与仿真以及RF电路设计。
　　UltraCMOS技术采用高绝缘的衬底（蓝宝石或SOI），衬底上的所有寄生电容降至最低，并且采用标准的CMOS工艺，可集成RF、数字与模拟电路。从图1可以看出两种高绝缘衬底的工艺区别。
　　
　　图1 UltraCMOS技术工艺图
　　在2014年推出Global 1整合系统后，今年Peregrine将为UltraCMOS Global 1提速：加快行业向全CMOS RF前端的转换，集成了Murata行业领先的滤波器与封装，挑战GaAs技术的功率放大器性能并在今年实现量产。 特别是在被Murata收购以后，Peregrine得到了很多加强的东西，例如RF前端的滤波器，这正是Murata的优势，再如封装技术，这两者正是 Peregrine所需要的。
　　Global 1 PE56500 UltraCMOS RFFE是全CMOS的3G/4G RFFE，支持700 ~ 2700 MHz以及输入、频段与天线的切换，并具有根据频段而重配置与调谐功能。其采用微型10.5 mm×5.0 mm×0.8 mm 封装。
　　MPAC
　　Doherty放大器发明于1936年，是用于无线基站发射机的“放大器之选”。Doherty架构中有两条放大器路径，效率较传统架构有了明显的提升。 放大有高PAR的信号时（大多数现代无线标准都是高PAR），Doherty放大器尤为高效。但是也存在一些问题：Doherty放大器架构中，载波路径 与峰值路径之间存在着相位与振幅的失配问题，从而产生了较高的成本，降低了系统性能。非对称Doherty架构可以缓解这些问题，它增加了峰值放大器的尺 寸，以获得更高的功率附加效率。非对称Doherty放大器的采用率超过75%。
　　针对以上问题，Peregrine推出了解决方案——单片相位与振幅控制器（MPAC）。MPAC系列产品提供了一种集成RF解决方案，内有一些市场领先 的UltraCMOS IP块。MPAC的优点主要有：（1）降低成本，提高了Doherty PA合格率，可以获得更严格的制㐀边际，从而采用较小（更便宜）的功率晶体管，能可靠地采用更廉价的非对称Doherty架构。（2）提高系统性能，提高 了总体功率附加效率，改进了频率区间上的线性度，提供更好的匹配，从而增加了Doherty带宽，支持更大带宽的DPD回路性能。（3）提高了可靠性，提 高了TX成功率，不同TX路径之间的一致性与可重复性。（4）提供了未来的灵活性，能够根据不同的环境条件，实时地（或在现场）优化Doherty PA。
　　最新MPAC产品PE46120（内部架构如图2所示），其频率为1.8 GHz~2.2 GHz ，集成了：90°分离器、5 bit数字移相器（87.2°范围）、4 bit数字步进衰减器（7.5 dB范围）和串行数字接口，IIP3的高线性度等于 +60 dBm，支持+3 V & +5 V电源。
　　
　　图2 MPAC产品PE46120内部架构
　　此外，Peregrine还推出了业内首款真DC开关PE42020，具有从直流至8 GHz的大功率容量。
　　高频的首选：UltraCMOS
　　UltraCMOS成为高频理想选择的原因，首先是衬底，蓝宝石（SOS） 的损耗因数比硅好10倍，比GaAs好3倍；高阻衬底使衬底电容与寄生电容均最低。
　　其次是RON×COFF（导通电阻和断开电容的乘积，其值越小越好）产品直接有利于RF性能参数，其不断改进，相当于每代UltraCMOS都有更高的性能。高频IP也是一个重要因素：先进的高频MMIC架构，在高频建模、电路、布局以及封装方面的专业知识。
　　PE42524 SPDT射频开关突破RF SOI中的高频屏障，具有10 MHz~40 GHz的宽带支持；高达40 GHz的杰出的端口-端口隔离性能；40 GHz处的最高线性开关；倒装片芯，消除了由于打线而产生的高频性能差异。
　　现在整个通信产业都热衷于5G， Hussain表示：“5G的关键IP在4G到5G的升级中很关键，虽然目前5G处在规则制定阶段，但频段会越来越多，会需要更多线性调相，这正好是 Peregrine战略性布局的方面。相信UltraCMOS在未来会有更多贡献。”