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近几年，受到市场驱动以及地缘政治等因素的影响，半导体产业出现自主研发热潮，与此同时，同质化竞争问题不断涌现，尤其在射频前端领域怎一个“卷”字了得。当然“卷”也有两面性，好的一面是充分竞争下的行业创新动力会更强，而不好的一面是大多数企业没办法做到技术迭代和资金流的正向循环。
图 | 地芯科技副总裁张顶平
地芯科技副总裁张顶平就此表示：“射频前端行业的卷有目共睹，做同样PA产品的企业可能就有十几到二十家，最要命的是pin-to-pin兼容，所以对于地芯科技而言必须要进行差异化创新，并且是有特定应用场景的创新，当然创新就意味着随时有失败的风险。”
地芯科技推出全球首款线性CMOS PA
在这样的大背景下，地芯科技开始研发CMOS PA技术平台，经过2-3年的沉淀，2022年这个平台开始稳定下来，并在2023国际物联网展上海站上，地芯科技发布了全球首款基于CMOS工艺的支持4G的线性CMOS PA——GC0643。
据悉，GC0643是一款4*4mm多模多频功率放大器模块（MMMB PAM），特色是可支持的多频段多制式应用，以及具有可编程MIPI控制。
GC0643的主要应用场景包括3G/4G手持设备（包括手机及其他手持移动终端）以及Cat1.物联网设备，具体如下：
- 低功耗广域物联网（LP-WAN）设备
- 3G/4G手机或其他移动型手持设备
- 无线IoT模块等
- 支持以下制式的无线通信：
- FDD LTE Bands 1,3/4,5,8
- TDD LTE Bands 34,39,40,41
- WCDMA Bands 1,2,3/4,5,8
在PA领域，CMOS将取代GaAs工艺？
众所周知，CMOS工艺是集成电路中最为广泛使用的工艺技术，具有高集成度、低成本、漏电流低、导热性好、设计灵活等特性，但也存在击穿电压低、线性度差两大先天性弊端，使其在射频PA应用上面临巨大的技术挑战。
而GaAs工艺早期是从军工行业诞生的，具有线性度好、速度高、噪声小、耐压性好、驱动能力强等特点，非常适合大功率的应用场景，但是由于GaAs工艺不属于主流工艺，晶圆尺寸最大只能做到6英寸，因此成本一直下不来，价格相对贵上不少。
图 | PA工艺路线在不同应用场景下的选择
基于CMOS、GaAs/GaN各自的属性特点，形成了当前的技术和市场局势：在饱和PA场景下，CMOS工艺已经成为主流；而在线性PA场景下，GaAs/GaN等是主流，CMOS工艺鲜有建树。
而在GC0643的发布会上，张顶平表示：“地芯科技的创始团队深耕线性CMOS PA技术十多年，在过往的经验基础上开拓创新，攻克了击穿电压低、线性度差两大世界级工艺难题，在全球范围内率先量产支持4G的线性CMOS PA，将使得CMOS 工艺的PA进入主流射频前端市场成为可能。”
具体来讲，在3.4V的电源电压下，在CMOS工艺难以企及的2.5G高频段，GC0643可输出32dBm的饱和功率，效率接近50%；在LTE10M 12RB的调制方式下，-38dBc UTRA ACLR的线性功率可达27.5dBbm（MPR0），FOM值接近70，比肩GaAs工艺的线性PA。在4.5V的电源电压下，Psat更是逼近34dBm，并在Psat下通过了VSWR 1:10的SOA可靠性测试。该设计成功攻克了CMOS PA可靠性和线性度的主要矛盾，预示了线性CMOS PA进入Psat为30-36dBm主流市场的可能性。
那么，这是否意味着，在线性PA领域，CMOS还是有机会的，且随着技术的演进，CMOS工艺终将取代GaAs工艺？
图 | GaAs PA的技术路线演进与CMOS PA的对比
对此，张顶平坦言：“CMOS在线性度上肯定是不及GaAs的，当前在30-36 dBm发射功率区间内都是GaAs的天下。但在物联网场景下，那些低速率且对功率要求又没有那么高的存量市场，如NB、CAT1、CAT4、4G低端机和功能机等场景下，CMOS还是有机会去替代的，因为这些市场对价格是比较敏感的，而采用CMOS工艺的晶圆成本仅为GaAs的1/4-1/5，所以在价格上具有明显的竞争优势。”
言外之意，在30-33dBm发射功率区间，CMOS将有机会蚕食部分GaAs的市场，但在33-36dBm发射功率区间，GaAs依旧独具优势。当然张顶平也透露：“未来地芯科技将继续尝试在WiFi、4G、5G RedCap等领域采用CMOS工艺，但道阻且长，需要慢慢来。”
事实上，地芯科技不是第一家用CMOS工艺做PA的公司，5-6年前有一家法国公司做过，但受到当时线性技术和市场的选择影响，没有成功。此外，多年前高通也尝试过4G CMOS PA，但高通想做的是一个大而全的方案，试图在30-36dBm整个发射功率区间用CMOS替代GaAs工艺，最终宣告失败了。
对此，张顶平认为：“高通在技术层面并不能说尝试失败，只是当时太迷信数字算法，对于用户而言，只要动一点DBD都需要重新来一遍，所以这个方案不够接地气，客户很难接受。”
而今天地芯科技是基于物联网场景去做替代创新，并且在前期采用的都是pin-to-pin兼容的方式，对于用户而言，接受度就会大大提升。
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