兼顾效率与线性，地芯科技发布全球首款线性CMOS PA

射频前端（RFFE）占手机价值量约10%，其中功率放大器（PA）与滤波器技术难度最大、价值量最高，分别占34%、54%。PA的主要设计难点在于效率与线性的平衡。

PA主要工艺技术包括低频段的 Si-CMOS 和高频段的 GaAs/GaN。CMOS工艺是集成电路中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。据悉，目前在饱和PA场景下，CMOS工艺已经成为主流；在线性PA场景下，GaAs/GaN等成为主流，CMOS工艺鲜有建树。

5月18日，地芯科技发布全球首款基于CMOS工艺的支持4G的线性CMOS PA——GC0643。这是一款4*4mm多模多频功率放大器模块，可应用于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，支持多频段多制式应用，还能支持可编程MIPI控制。

据介绍，在3.4V电源电压、2.5G高频段，该产品可输出32dBm的饱和功率，效率接近50%；在LTE10M12RB的调制方式下，-38dBcUTRAACLR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逼近34dBm，并通过了VSWR1:10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，使线性CMOS PA进入Psat为30-36dBm主流市场具备可能性。”地芯科技CEO吴瑞砾对第一财经表示。

“Common-Source架构的CMOS PA和HBT的架构类似，其非线性实际上并非特别棘手到难以处理，主要问题在于无法承受太高的电源电压。”吴瑞砾表示，“CMOS工艺提供了丰富种类的器件，以及灵活的设计性，通过巧妙的电路设计，可以通过模拟和数字的方式补偿晶体管本身的非线性。这也是CMOS PA设计最重要的课题之一。”

资料显示，PA通过电源获取能量来增加输出信号的功率，即在输出信号的波形与输入信号一致的情况下，增大输出信号的振幅。其主要技术指标包括：（1）输出功率，即需要达到多少输出功率，以保证传输距离；（2）效率，即输出功率与电源提供功率之比，用来衡量在同样的输出功率下耗电的多少；（3）线性度，即输出功率与输入功率之比，非线性失真会产生新的频率分量，对发射的信号造成干扰。

而效率与线性度之间存在难以调和的矛盾，因此效率与线性度的平衡是PA设计时主要需要考虑的问题。

一方面，高效率需要高功率输出。效率与输出功率成正比，在最大输出功率时达到最高效率（50%-60%）。另一方面，高功率输出下无法保证线性度。输入功率在一定范围内时，功率放大器的输出功率与输入功率呈线性关系，但当输入功率升高到一定数值时，输出功率不再继续增加，即趋向于饱和输出功率。