行动通讯支援频段激增　CMOS PA机会来了！

功率放大器能增加讯号的输出功率，可放大行动通讯如2G、3G、4G甚至射频(RF)讯号，在行动通讯装置电路设计中扮演重要角色。现今，主流功率放大器是以砷化镓(GaA)制程为主，不过，随着行动装置对电子元件微小化与低成本的要求日益高涨，也让标准CMOS制程的功率放大器有机入进入2G以外的市场。

Acco-Semi总裁暨执行长Greg Caltabiano

Caltabiano表示，2G的时代中，每支手机支援的频谱很有限，但是进到3G甚至是4G，所需支援的频段暴增，需要的功率放大器自然会增加，成本相对也会变高。然而智慧型手机或平板装置却不可能因为支援多重频段而将售价大幅提升，也不能因为多增加了几颗功率放大器即占用更多宝贵的印刷电路板(PCB)空间，因此现有的功率放大器面临了成本与元件微缩的挑战。

不过，早在2011年以前，就有些CMOS功率放大器的业者看到现在功率放大器的问题，因此，积极研发采用CMOS制程的功率放大器。Caltabiano指出，采用CMOS制程的优点是可以依循多年来透过摩尔定律(Moore’s Law)发展的成熟制程技术，制造低成本、高效能、尺寸小，又能支援多重频段(Multi-band)的功率放大器。也因这些优势，使得CMOS功率放大器能进入2G市场，并放眼频段更多且复杂的3G与4G行动通讯领域。

PA与基频处理器整合有谱？

值得注意的是，采用标准CMOS制程的功率放大器，也提升功率放大器与基频处理器(BP)或应用处理器(AP)整合的可能性。据了解，为节省印刷电路板空间，BP与AP或记忆体已开始利用先进制程技术如3D IC进行整合，不论整合的成果如何，终端产品要能持续微缩，途径之一即是异质晶片整合，但异质晶片整合实非易事，因此先前也未有业者进行将功率放大器与BP整合的计画。

Caltabiano解释，若是BP、AP与功率放大器使用同样的制程技术，则会比较容易整合为单晶片，虽然目前尚未看到CMOS功率放大器被整合至BP或AP中，但在物联网(IoT)应用市场的驱动下，很有可能会实现整合CMOS功率放大器及AP或BP的愿景。

不可否认的是，标准CMOS制程功率放大器并非没有任何缺点。细数投入CMOS功率放大器研发的业者，如Javelin、Black Sand、被Skyworks购并的Axiom等，这些业者所研发的CMOS功率放大器大多只能用在2G，适用于3G的产品多只能支援单个频段，甚至无法打出更大的功率，与砷化镓功率放大器的效能仍有一定差距。

此外，高通(Qualcomm)去年宣布其研发的CMOS功率放大器已获智慧型手机制造商采用，但据了解该产品并非标准CMOS制程，而是绝缘层覆矽(SOI)CMOS，未来若要整合到AB或BP，仍有一定的技术挑战待解。

新技术改善CMOS PA不足

为解决上述CMOS功率放大器的限制，Acco-Semi已开发一个独特电晶体设计，这种设计虽然采用标准化CMOS制程，但却能提供等同于砷化镓功率放大器的效能，并可支援多频多模。这也让CMOS功率放大器有更多的机会可以在3G及4G市场崭露头角，因此，虽然现阶段CMOS功率放大器在3G与4G市场市占仍微乎其微，但随着4G LTE与物联网应用发展如火如荼、各类物联网装置或智慧型手机持续小型化且成本续降之际，CMOS功率放大器挟其优势将可望在市场占有一席之地。

作者：Anthea Chuang