3G手機大餅誘人　砷化鎵PA向CMOS PA下戰帖

功率放大器一向在手機中扮演關鍵的角色，由於其主要功能便是將發射訊號放大，讓遠方基地台能接收到手機的輸出訊號，因此其輸出訊號功率較高，且向為手機系統中耗電量最大的元件。再加上其轉換效率約在50%之譜，無法轉換為射頻訊號的能量均會轉換成熱量，因此必須搭配良好的散熱設計。而隨著3G通訊世代來臨，如何滿足高速傳輸、豐富多媒體內容之訊號傳遞，在在成為業者的全新考驗。  

殷鑑不遠　CMOS PA圖謀再起  

為了搶食這波3G手機市場大餅，新成立之功率放大器業者Javelin日前推出基於互補式金屬氧化物半導體(CMOS)之3G功率放大器(圖1)，並宣稱此類產品在成本、功耗與效能上均較砷化鎵(GaAs)優越，甚至可在近期取代砷化鎵打造之功率放大器。

圖1　Javelin將於2010年6月進行量產之CMOS 3G功率放大器。

圖2　Javelin亞太區總監T. H. Koh透露，該公司打造之功率放大器，由於擁有多項創新專利與優勢，可望在近期逐漸取代GaAs功率放大器。

Javelin亞太區總監T. H. Koh(圖2)指出，將於今年6月量產之CMOS功率放大器，乃瞄準3G全球行動電信系統(UMTS)頻段，期望搭上這波3G手機熱潮，為業界帶來全新刺激。  

Javelin總裁暨執行長Brad Fluke分析，從過去半導體發展之經驗來看，隨著製程微縮之演進，CMOS總是因為能夠滿足複雜的模擬電路要求而成為贏家。尤其因為目前多數晶圓代工廠亦已熟悉CMOS製程之製作，因此更有助CMOS功率放大器之問世。Koh認為，由於CMOS具有高度彈性，因此設計人員得以將多項零件整合至單一元件中，在節省零組件數量的同時，也大幅縮減了尺寸、成本與上市時間。  

CMOS功率放大器支持者認為，由於CMOS技術較為成熟，因此不但可為功率放大器帶來成本優勢，亦可延伸出低功耗、低噪音與高效能之優勢。如此次Javelin推出之產品便只需兩個外部零件即可允許手機製造商迅速導入。其他特色尚包括穩定的跨輸出負載、開路和短路保護與同頻段中雜訊最低等。  

不過，若回顧歷史便可發現，Javelin並非首家瞄準CMOS功率放大器之業者。過去包括ACCO Semiconductor、Axiom等均先後推出應用於整體封包無線電服務(GPRS)/全球行動通訊系統(GSM)之功率放大器，惟並未受到大幅歡迎。  

GaAs優勢難取代　功率放大器偎大邊  

圖3　Anadigics總裁暨執行長Mario Rivas表示，雖然陸續有業者投身CMOS PA，但就PA之占比來看，砷化鎵PA無疑已在這場戰役勝出。

相較於成立於2007年之Javelin，早在1985年便設立的Anadigics，便不對CMOS功率放大器抱持太多期望。該公司總裁暨執行長Mario Rivas(圖3)分析，正因為功率放大器隨著3G的普及而角色愈加吃重，其轉換效率之好壞更加引人注目。而目前如Anadigics推出之GaAs功率放大器已可達到45%之比值，但CMOS功率放大器之轉換效率則略遜一籌。  

另外，若以功率放大器之業者分類來看，砷化鎵仍占據絕大多數，包括目前在業界活躍之RFMD、Skyworks與安華高(Avago)等，幾乎全數採用砷化鎵技術。且就各家手機大廠之支持態勢來看，從過去至今均少見手機業者大規模採用CMOS功率放大器，此類產品之發展恐不樂觀。  

Rivas進一步解釋，由於手機中的功率放大器肩負與遠方的基地台聯繫、穿越各式障礙物等重要任務，加上3G之發達，將更須提升電源效率與線性輸出功率之效能。但受限於技術特性，目前CMOS在滿足功耗效率、堅固耐用性或線性度之議題上，恐只能達到低階設備要求。  

值得一提的是，目前在功率放大器市場，部分領域由RFMD、Skyworks兩大龍頭所囊括，兩強合計逾六成之市占，恐怕是後進業者必須優先突破之障礙。而CMOS功率放大器再次躍居舞台，最終能否獲得客戶青睞，看來一場硬仗已難避免。