CMOS射频前端和SOI入侵

由马克LaPedus
下一代4 g无线标准被称为长期演进(LTE)提出了一些新的oem和困难的设计选择。

的一个更艰难的选择涉及到不那么迷人,但最关键部分handset-the射频(RF)的前端。通常,通常射频前端有一个模块,包括各种关键部件,如功率放大器(PA)、天线开关和过滤器。

最新的射频前端正在向多模、多波段,基于传统技术PAs-gallium砷化物(砷化镓)。新不是处理更多的频率,但它仍然是难以支持所有40 LTE乐队;射频前端会太大而昂贵的。所以为了实用的目的,一个4 g手机一般是配置一个不同的射频前端支持各种乐队在一个特定的地区,有时oem厂商和运营商都复杂和繁琐的过程。

但是现在有一些新选项的组合,这将有助于解决乐队分裂问题也对LTE和RF市场翻了个底朝天。一个厂商,游隼半导体,抽样PA基于绝缘硅片(SOI)技术的一种变体,称为蓝宝石上硅(SOS)。

希望加快部署LTE,高通最近公布了一个射频前端设备,基于批量CMOS和SOI。而不是使用一个射频模块,高通的解决方案是设在package-on-package(流行)的配置,使oem厂商节省板空间,重新配置设备更容易对于一个给定的地区。

多个来源表明,高通的射频前端包含了行业首个多波段、多模爸爸基于SOI。高通公司拒绝置评,说公司不准备打破内部的技术设备。但解剖高通的设备后,部分分析师表示,对GaAs-based PA供应商作为一个潜在的威胁,如射频微设备、Skyworks, TriQuint等等。“高通在船头开了第一枪,”埃里克·海厄姆说,研究公司Strategy Analytics分析师。”子系统由天线优化集成电路,一个信封跟踪(ET) IC高通的PA和多模,多波段使用绝缘硅片衬底CMOS PA捏造。”

Strategy Analytics分析师克里斯托弗•泰勒说:“这并不意味着砷化镓的死亡,但高通的声明无疑信号接受CMOS不是更快。为了保持竞争力,砷化镓PA供应商将不得不继续创新,他们可能还需要提供自己的CMOS不是最敏感的手机,Skyworks和RFMD已经完成。”

总之,有一些戏剧性的变化发生在射频前端,CMOS, SOI, SOS正在进展的砷化镓。“砷化镓取代SOI的开关,“Rodd诺瓦克说,游隼的首席营销官。“爸爸是征服下一个。上的束缚,砷化镓功率放大器将开始侵蚀。”

射频LTE的复杂性
射频前端的风险很大,50亿美元的业务,根据战略分析。最大的市场是LTE技术,拥有数据速率高达每秒100比特,这是比3 g快10倍。总共有8800万个连接在LTE网络上2012年,但这一数字预计将在2013年和16亿年跃升至3.22亿到2017年,该公司表示。

LTE可能增长得更快,但在许多方面阻碍这项技术在大量的挑战,即band-fragmentation问题。今天,有四个频段在2 g为3 g蜂窝网络和5。“现在,大约有40个细胞LTE乐队总共当你添加2 g、3 g和4 g在世界范围内,”彼得·卡森说,高级营销主任高通。”,所以挑战的规模在LTE设备,这意味着设计一个设备的能力,并能够船在任何地方,真的是你有多少乐队的函数在LTE。”

问题是许多国家支持自己的LTE频率,使得手机很难提供覆盖所有40乐队。“每个国家都有自己的频率挑战,”肖恩·史密斯说,移动设备的全球营销副总裁TriQuint。“那么,你是处理多个乐队在每个国家在3 g的水平。这在LTE遍布。然后与全球漫游,(乐队)不能相互干扰。这就是RF复杂性是重要的。”

在复杂性的另一个例子,AT&T使用带17和买了一些频谱在四级LTE。严格意义上说,这两个乐队不是连续的。但AT&T实现载波聚合技术让他们看起来连续的。“载波聚合的好处和优势,但这导致射频架构改变新的要求(满足),”史密斯说。

一般来说,2 g和3 g手机相对比较简单。芯片制造商船一个射频前端,包括一个离散的PA,将支持一个特定的乐队。相比之下,oem与LTE将面临艰难的抉择。理论上,oem可以建立一个“通用”手机能够支持所有LTE乐队,但这可能是大型和昂贵的部分原因是RF内容,屏幕尺寸和其他特性。“你会支付很多额外成本的乐队可能或不可能被使用,”史密斯说。

在一个更实际的场景中,oem可以开发“区域”手机在一个给定的地区支持有限的乐队。但是,问题是有多少射频内容“区域”手机需要什么?这取决于手机的类型和价格点。作为一个经验法则,史密斯到四个乐队。手机需要四个或更多的乐队需要多模,多波段,而便宜的离散不适合任何一个电话的事,不到。

“今年所有的智能手机出货量,平均乐队实际上还不到四计数。大约60%到70%的市场可能会倾向于更多的离散方案,是否这是一个离散的PA或把两个权力安培在一个包中,”他说。“大约30%到40%的市场将利用多模,多波段不是。今天的航运可能会(支持)6到7。然后,最重要的是,他们也有离散,可填充或de-populated取决于该地区他们想支持。”

原始设备制造商面临着其他复杂的选择。到目前为止,巴勒斯坦权力机构已经由砷化镓。现在有一些新的和新兴不是基于CMOS, SOI和SOS,所有这些承诺提供更多的能量比砷化镓集成和较低。接下来是什么?“射频天线开关从III-V SOI材料,”Paul Boudre说Soitec首席运营官。“砷化镓pHEMT不会消失,但它仍将为更具体的设备。”

Soitec看到其射频业务激增,公司开发基于保税蓝宝石上硅基质(bso)和高电阻率SOI。“我们的技术在智能手机和其他RF-based通信设备市场占有率证明我们工程基质有竞争力,”Boudre说。

砷化镓仍然是一个更好的解决方案的PA, TriQuint的史密斯认为,但SOI仍有它的位置。“所有传统的射频制造商SOI设计师在SOI和使我们的许多开关,”史密斯说。“SOI更好的插入损耗和一些自然线性方面由于材料砷化镓pHEMT开关不能很容易满足。SOI性能达到或超过了(砷化镓pHEMT)。和有成本优势”。

新的竞争者

利用批量CMOS和SOI的好处,高通最近推出了RF360,前端解决方案,结合了一个PA,天线开关,天线匹配的调谐器和一个信封力量追踪。支持所有七个细胞模式,RF360也适用与高通的数字手机芯片组。

高通PA和天线开关设备集成。“我们试图解决的是我们所说的LTE乐队分裂问题,“高通是卡森说。“PA的集成和天线开关释放板区域,这样你就可以有足够的空间过滤器,双工器和额外的交换机支持漫游乐队,和有一个设计,可以运往市场。”

另一个关键是,设备有一个流行包,50%的削减板空间。“它允许(oem)有一个更快的开发周期,”史蒂夫·布朗补充道,在高通产品管理高级主管。“通过改变流行包的顶部,你可以有一组不同的乐队对于一个给定的地区特点和电话。”

RF360基于CMOS和SOI。“这是一个混搭的SOI CMOS,”布朗说。“我们所做的就是看看每个不同的地区,最好的方法集成的最高水平。”

不是,许多人认为,砷化镓有巨大power-added-efficiency对CMOS (PAE)的优势。布朗否认了这一观点,称CMOS和SOI确实准备LTE。“你可以使用非常复杂的CMOS射频前端解决方案。UMTS举个例子,我们有一个GSM, CDMA和LTE前端都在一块硅,”他说。

高通的PA的另一个关键技术被称为包络跟踪。在这种方法中,电压不断调整以确保巴勒斯坦权力机构操作在最高效率。“爸爸效率是一个挑战,”卡森说。“你不想浪费力量和产生热量。这两件事对智能手机的设计至关重要,因为你想保护电池寿命。如果你不做一些类似信封跟踪,你真的浪费力量。”

高通公司的竞争对手正在密切关注公司的新的射频解决方案。“我认为这是一个长期竞争威胁?当然,”TriQuint的史密斯说。“但我也认为互补金属氧化物半导体解决方案不性能优越的砷化镓(PA)。”

高通已经占主导地位的手机芯片组业务。许多oem厂商可能想要区分他们的射频前端,而不是被使用高通的芯片和射频解决方案,游隼的诺瓦克说。在任何情况下,高通的解决方案是一个一步带来期待已久的单片机,单片射频前端。但是不太可能,oem厂商将看到一个单片机射频解决方案很快由于成本。“射频架构也正在改变得如此之快,”诺瓦克说。