5月18日，杭州地芯科技有限公司（以下简称：地芯科技）在上海IOTE2023期间发布了全球首款基于CMOS工艺的支持4G的线性CMOS PA——GC0643。GC0643是一款4*4mm多模多频功率放大器模块（MMMB PAM），它应用于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，支持的多频段多制式应用。该模块还支持可编程MIPI控制。
对于PA来说，COMS工艺有何优势？
众所周知，射频PA是通信链路中至关重要的器件，负责将发射链路中的射频信号做最后的放大，输送到天线，PA往往是整个通信链路中功耗最大的器件之一。因此射频PA对信号的保真度以及发射效率极大地影响整个通信系统的质量和功耗。
具体来说，射频PA可以分为饱和PA和线性PA两种架构，分别对恒包络（PAR=0dB）的调制信号（FSK，PSK，GMSK等），存在幅度调制的通信信号（QAM，ASK，OFDM，CDMA等）进行放大。2G GSM，BLE，Zigbee等通信制式是恒包络信号，饱和PA即可满足放大需求；CDMA，3G WCDMA，4G LTE，5G，WiFi4/5/6等为幅度调制的宽带信号，需要线性PA进行保真放大。
虽然现代通信集成电路中，处理器，基带以及射频收发机等模块均已使用非常成熟的CMOS工艺量产数十年。但是由于射频PA对功率等级、线性度、效率、频率响应等特殊的要求，以及其相对收发链路中其他模拟射频器件较弱的电路复杂性，大部分的应用仍然使用分立的III-V族工艺实现，尤其是GaAs工艺。但是，相对于集成电路中最为广泛使用的CMOS工艺技术来说，GaAs工艺的成本要更高。这也促使了一些芯片厂商开始推动CMOS PA的产品化和商用化。
据地芯科技副总裁张项平介绍，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。就成本来说，同样的CMOS工艺的成本只有GaAs工艺的1/5到1/4。但是，COMS工艺也存在击穿电压低、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。
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。
GC0643技术亮点
基于CMOS工艺路线的全新多模多频PA设计思路
创新型开关设计支持多频多模单片集成
创新的线性化电路设计
低功耗、低成本、高集成度、高可靠性的最佳解决方案
应用领域
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
GC0643具体性能如下：
在3.4V的电源电压下，在CMOS工艺难以企及的2.5G高频段，该CMOS PA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。
张顶平进一步指出，“GC0643的系统指标大概是30~33，我们还有3-6dB的余量。因为我们没有打线，所以一致性非常好。虽然坦率来说GaAs能做到的余量更多，但在没有一致性偏差的情况下，我们有3-6dB的余量，在物联网应用场景下，也是足够的。”
地芯科技CEO吴瑞砾表示，“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。”他也指出，“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。”
另外据张项平透露，为了便于GC0643更好的商用，其采取了与竞品“Pin to Pin”兼容的策略，这也使得客户能够非常容易使用它来进行替代，以进一步降低成本。
“相对于其他基于GaAs工艺的竞品来说，通常需要用到3-7颗die，并通过SIP工艺进行合封。而地芯科技基于CMOS工艺的GC0643，将所有的模块、控制、开关等都做到了1颗die里面，并且是Flip-chip倒装工艺，没有打线，信号的一致性也更好。成本显著低于竞品。”张项平进一步解释道。
需要指出的是，地芯科技目前的CMOS PA
关于地芯科技
杭州地芯科技有限公司成立于2018年，总部位于中国(杭州)人工智能小镇，并在上海及深圳设有公司分部。公司研发方向包括5G无线通信高端芯片、低功耗高性能的物联网芯片、高端工业电子模拟射频芯片以及无线通信模组等产品，横跨信号链、监测链、时钟链等多类型芯片，终端应用场景覆盖无线通信、消费电子、工业控制、医疗器械等多种领域。
公司的核心研发团队成员80%以上为硕士与博士学历，具有10至20年的芯片研发与量产经验，曾工作于高通、联发科、三星、TI等半导体企业，毕业于清华大学、浙江大学、加州大学洛杉矶分校、新加坡国立大学等海内外名校，涵盖系统、射频、模拟、数字、算法。软件、测试、应用、版图等技术人才，具有完备的芯片研发与量产能力。
作为国家高新技术企业、浙江省科技型中小企业，杭州市雏鹰计划企业以及杭州市余杭区企业研发中心，地芯科技致力于成为全球领先的5G无线通信、物联网以及工业电子的高端模拟射频芯片的设计者。
编辑：芯智讯-浪客剑
