浅谈CMOS射频前端解决GaAs器件产能和成本问题

　硅是上帝送给人类的礼物。电路板中绝大多数器件都采用体硅CMOS工艺（硅 的原材料是沙子）制造，但有一个部分却难以实现，那就是射频前端。目前射频前端主要采用GaAs或SiGe工艺制造，但由于材料的稀缺性和工艺的复杂性， 射频前端芯片（RFeIC）良率不高，成本太贵。这阻碍了物联网（IoT）传感器节点（单价应低于1美元）的普及。
　　RFaxis是一家专注于射频前端设计的公司，该公司解决了以标准CMOS工艺生产RFeIC的难题。RFaxis公司产品营销和客户应用 工程总监虞强博士表示，以往有很多关于用CMOS技术设计制造射频前端的论文，但是真正实现起来却有很大难度：1.CMOS的击穿电压较低，难以做到大功 率；2.截止频率低即惰性强，要提高功率需选用较厚材料，然而却会增加惰性；3.电导率低，难以把直流转换成射频信号，这又牵涉到转换效率（功耗）和增益 问题。
　　RFaxis全球销售副总裁Raymond Biagan介绍道，RFaxis生产的RFeIC是高集成度的单芯片、单裸片解决方案。与传统采用分立器件或前端模块（FEM）所开发的RF前端相 比，RFaxis CMOS工艺器件不但大幅降低了成本，系统复杂度及噪声也同时减少。
　　射频前端的主要功能是连接收发器和天线，用以增大输出功率，提高接收灵敏度，增加传输速率和距离。传统的RFIC由独立的PA（功率放大 器）、LNA（低噪声放大器）、开关（SW）和分立器件所组成，采用GaAs或SiC工艺将其结合在一个模块里。另外，其集成度远低于纯CMOS工艺产 品。
　　
　　图1：RFaxis用CMOS工艺将PA、LNA和SW集成在单个裸片上。
　　GaAs或SiC工艺产品无法做到高集成度，通常在一个芯片内包含两个以上裸片，然后通过引线键合连接在一起。而RFaxis的芯片则是完全由一个单裸片所组成，而且这样性能也得到更加优化。
　　
　　图2：RFaxis纯CMOS工艺单芯片、单裸片RFeIC引领下一代射频前端发展。
　　RFaxis是唯一一家以纯CMOS工艺生产RFeIC的公司，其产品与竞争对手相比性能相当。而且因为是采用纯CMOS工艺生产，所以无论是工艺还是交货周期都优于GaAs工艺。
　　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，无线通信的发展受限于这些资源的稀缺性。这就是为什么最近4G LTE市场爆发，但是竞争对手却无法及时交货的原因。
　　传统GaAs工艺的晶圆采用6英寸工艺，其成本远大于1000美元，而RFaxis采用0.18μm的8英寸晶圆的成本却远小于1000美 元。这也就是说RFaxis的晶圆比竞争对手的面积更大，但是价格却更便宜，因此RFaxis单颗裸片成本远小于GaAs工艺。另外，GaAs是特殊工 艺，其良率远低于CMOS工艺。
　　
　　图3：高通Xb143参考设计用RFX8050/8051取代了Skyworks和RFMD产品。
　　“我们的产品的优势是：1.成本更低；2.集成度更高；3.超越竞争对手的性能；4.更好的ESD保护性能，因为CMOS工艺的电导性更好，工作温度也更高；5.外部电路更简单，更易于开发，系统成本也更低。”Biagan最后总结道。