重磅！本土射頻IC地芯科技發(fā)布全球首款基于CMOS工藝的國產(chǎn)化多頻多模線性PA

5月18日，杭州地芯科技有限公司（以下簡稱：地芯科技）在上海舉辦云騰系列新品發(fā)布會，發(fā)布了全球首款基于CMOS工藝的支持4G的線性CMOS PA——GC0643。GC0643是一款4*4mm多模多頻功率放大器模塊（MMMB PAM），它應(yīng)用于3G/4G手持設(shè)備（包括手機及其他手持移動終端）以及Cat1.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，支持的多頻段多制式應(yīng)用。本模塊還支持可編程MIPI控制。

地芯科技副總裁張頂平表示CMOS工藝是集成電路中最為廣泛使用的工藝技術(shù)，具有高集成度、低成本、漏電流低、導(dǎo)熱性好、設(shè)計靈活等特性，但也存在擊穿電壓低、線性度差兩大先天性弊端，使其在射頻PA應(yīng)用上面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

“業(yè)界一直有將CMOS工藝應(yīng)用于射頻的嘗試，我們都知道在飽和PA領(lǐng)域，CMOS是主流，但是在線性PA領(lǐng)域，砷化鎵PA是主流，地芯科技率先將CMOS PA進入飽和PA領(lǐng)域。因為我們看到，CMOS工藝目前從設(shè)計到制造到封測已經(jīng)成熟 ，可以去替代中低端砷化鎵PA了?！睆堩斊街赋觯暗匦究萍嫉膭?chuàng)始團隊深耕線性CMOS PA技術(shù)十多年，在過往的經(jīng)驗基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新，攻克了擊穿電壓低、線性度差兩大世界級工藝難題，在全球范圍內(nèi)率先量產(chǎn)支持4G的線性CMOS PA，將使得CMOS 工藝的PA進入主流射頻前端市場成為可能?！?/p>

(資料圖片)

他從放大器的FOM指標(biāo)，線性度、可靠性方面做了對比。

從這些指標(biāo)上可以看出在低發(fā)射功率領(lǐng)域，CMOS PA的指標(biāo)不輸砷化鎵PA，在可靠性領(lǐng)域，CMOS PA的指標(biāo)完勝砷化鎵PA，如下圖所示。測試 條件 Pin = 6dB m , Vbatt = 4.6 V?！霸诜浅O端條件下，在6dBm?在如此苛刻條件下，我們通過了，而砷化鎵PA會燒掉?！?他總結(jié)說。

此外，他表示????CMOS PA直接采用封裝沒有額外打線，因此可以保持良好的一致性，還有就是?CMOS PA有更高的集成度，下圖顯示了新品在集成度上的優(yōu)勢。

據(jù)他介紹，GC0643是一款多模多頻帶（MMMB）功率放大器模塊（PAM），支持3G/4G手機和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并在WCDMA、TD-SCDMA和LTE模式下高效運行。該模塊可通過移動工業(yè)處理器接口（MIPI?）進行完全編程。“它支持支持3G/4G IoT及手機應(yīng)用 ；支持TD/FDD模式；支持B1/B3/B5/B8/B34/B39/B40/B4頻帶。”他指出。

3G：GC0643支持WCDMA、高速下行鏈路分組接入（HSDPA）、高速上行鏈路分組接入（HSMPA）、高速分組接入（HSPA+）和TD-SCDMA調(diào)制。在各個功率范圍和調(diào)制模式下，通過改變輸入功率和DC-DC提供的電壓值，來最大化功率放大器的效率

4G：GC0643支持1.4、3、5、10、15、20 MHz信道帶寬。類似于3G操作，通過改變輸入功率和DC-DC提供的電壓值，來最大化功率放大器的效率。其中，PAM由一個用于低頻、高頻和中頻的WCDMA/LTE模塊和一個多功能控制模塊組成，RF輸入/輸出端口內(nèi)部匹配到50Ω，以減少外部組件的數(shù)量。CMOS集成電路使用標(biāo)準(zhǔn)MIPI控制來提供內(nèi)部MFC接口和操作。極低的漏電流可最大限度地延長手機待機時間。

硅芯片和無源元件安裝在多層層壓基板上。29焊盤 4.0 mm x 4.0 mm x 0.81 mm LGA封裝，可提供高度可制造、低成本的解決方案。

GC0643具體性能如下：在3.4V的電源電壓下，在CMOS工藝難以企及的2.5G高頻段，該CMOS PA可輸出32dBm的飽和功率，效率接近50%；在LTE10M 12RB的調(diào)制方式下，-38dBc UTRA ACLR的線性功率可達27.5dBbm（MPR0），F(xiàn)OM值接近70，比肩GaAs工藝的線性PA。在4.5V的電源電壓下，Psat更是逼近34dBm，并在Psat下通過了VSWR 1:10的SOA可靠性測試。該設(shè)計成功攻克了CMOS PA可靠性和線性度的主要矛盾，預(yù)示了線性CMOS PA進入Psat為30-36dBm主流市場的可能性。

GC0643技術(shù)亮點如下：

1、基于CMOS工藝路線的全新多模多頻PA設(shè)計思路

2、創(chuàng)新型開關(guān)設(shè)計支持多頻多模單片集成

3、創(chuàng)新的線性化電路設(shè)計

4、低功耗、低成本、高集成度、高可靠性的最佳解決方案

地芯科技CEO吳瑞礫表示，“Common-Source架構(gòu)的CMOS PA和HBT的架構(gòu)類似，其非線性實際上并非特別棘手到難以處理，主要問題在于無法承受太高的電源電壓?！彼仓赋?，“CMOS工藝提供了豐富種類的器件，以及靈活的設(shè)計性，通過巧妙的電路設(shè)計，可以通過模擬和數(shù)字的方式補償晶體管本身的非線性。這也是CMOS PA設(shè)計最重要的課題之一?！?/p>

其實這款CMOS PA并不是地芯科技首款新品，作為國內(nèi)為數(shù)不多的在射頻領(lǐng)域深耕的企業(yè)，地芯科技在2022年就發(fā)布了國內(nèi)首款超寬頻、超寬帶、低功耗、高性能、高集成度，且支持Sub 6GHz軟件無線電的SDR射頻收發(fā)機芯片——GC080X系列。

GC080X系列芯片運用了 Virtual Chip－Split芯片架構(gòu)，該架構(gòu)可以把模擬的IQ信號拉出來，把這顆芯片做一個自由組合，客戶可以根據(jù)自己的需求靈活配置。此外，Virtual Chip－Split架構(gòu)還可以實現(xiàn)射頻信號到模擬信號之間的轉(zhuǎn)化，也可以實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)化。

GC080X系列芯片還集成了12bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和12bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC。內(nèi)置可編程模擬濾波器，支持最小0.7MHz帶寬的模擬低通濾波器以及TX最大50MHz帶寬的模擬低通濾波器，RX最大50MHz的模擬低通濾波器。混頻器和鎖相環(huán)也都集成在芯片內(nèi)部，并且發(fā)射部分集成有驅(qū)動級放大器，可以輸出8dBm以上單音信號。

GC080X系列能夠支持的頻率范圍為200MHz到5GHz，可配置射頻帶寬能夠支持小于200KHz到100MHz的范圍，覆蓋了幾乎所有通信的頻率需求，包括從物聯(lián)網(wǎng)到射頻的專網(wǎng)通信、衛(wèi)星通信、航空航天等需求。

這款收發(fā)機芯片直接對標(biāo)某國際大廠同類產(chǎn)品，張頂平表示地芯科技在模擬領(lǐng)域有深厚積累，在ADC、時鐘、混頻器領(lǐng)域都有頂尖的產(chǎn)品，未來也有將各種融合的計劃。

“這款CMOS PA在成本上有非常好的競爭力，我們的目標(biāo)是首打物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其次是3G4G低端智能手機，功能機等應(yīng)用?！彼偨Y(jié)說。

關(guān)于地芯科技

杭州地芯科技有限公司成立于2018年，總部位于中國(杭州)人工智能小鎮(zhèn)，并在上海及深圳設(shè)有公司分部。公司研發(fā)方向包括5G無線通信高端芯片、低功耗高性能的物聯(lián)網(wǎng)芯片、高端工業(yè)電子模擬射頻芯片以及無線通信模組等產(chǎn)品，橫跨信號鏈、監(jiān)測鏈、時鐘鏈等多類型芯片，終端應(yīng)用場景覆蓋無線通信、消費電子、工業(yè)控制、醫(yī)療器械等多種領(lǐng)域。

公司的核心研發(fā)團隊成員80%以上為碩士與博士學(xué)歷，具有10至20年的芯片研發(fā)與量產(chǎn)經(jīng)驗，曾工作于高通、聯(lián)發(fā)科、三星、TI等半導(dǎo)體企業(yè)，畢業(yè)于清華大學(xué)、浙江大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、新加坡國立大學(xué)等海內(nèi)外名校，涵蓋系統(tǒng)、射頻、模擬、數(shù)字、算法。軟件、測試、應(yīng)用、版圖等技術(shù)人才，具有完備的芯片研發(fā)與量產(chǎn)能力。

作為國家高新技術(shù)企業(yè)、浙江省科技型中小企業(yè)，杭州市雛鷹計劃企業(yè)以及杭州市余杭區(qū)企業(yè)研發(fā)中心，地芯科技致力于成為全球領(lǐng)先的5G無線通信、物聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)電子的高端模擬射頻芯片的設(shè)計者。

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