CMOS設(shè)計(jì)人員多年來一直把各種功能集成到大型集成電路中,。大家已經(jīng)看到，摩爾定律在日常生活中給性能和成本帶來了難以置信的影響,。在移動通信終端中,，許多元器件要么已經(jīng)集成到RFIC中，要么因直接數(shù)字上/下變頻器的出現(xiàn)而消失,。 在通信終端中,，到目前一直有兩個(gè)RF元器件沒有集成，即濾波器和RF功放器,，這兩種器件采用的構(gòu)建技術(shù)都不兼容芯片上CMOS集成,。在傳統(tǒng)上，濾波器一直采用陶瓷或表面聲波(SAW)技術(shù)構(gòu)建,，而RF功放器則一直使用GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)或FET器件構(gòu)建,。

由于這些技術(shù)與RFIC使用的硅或SiGe工藝有著很大區(qū)別，因此功放器和濾波器一直作為分散器件,，與現(xiàn)在執(zhí)行手機(jī)大部分RF功能的大規(guī)模集成芯片組分開,。聲音諧振器技術(shù)和先進(jìn)的低噪聲高線性度晶體管技術(shù)已經(jīng)明顯縮小了每種分散功能的體積。圖1是當(dāng)前CDMA PCS手機(jī)設(shè)計(jì)中使用的單獨(dú)的薄膜腔聲諧振器(FBAR)濾波器和增強(qiáng)模式偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(E-pHEMT)功放器,。

但是,，當(dāng)前的單片電路濾波器和放大器技術(shù)允許設(shè)計(jì)人員突破RF集成障礙，重要的技術(shù)進(jìn)步包括：

表面聲波(SAW)濾波器

FBAR濾波器

異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBTs)

E-pHEMT

由于每種技術(shù)都把某種RF功能精簡到單片電路設(shè)備上,，因此可能需要重要舉措來提高集成度,。以前的技術(shù)如陶瓷濾波器需要采用非單片電路結(jié)構(gòu)，單片電路放大器集成起來很不方便,。

最近,，多家公司已經(jīng)開始采用多種芯片技術(shù)和多板上多芯片(MCOB)封裝開發(fā)RF模塊。這種方法通過采用優(yōu)化的半導(dǎo)體工藝,，可以實(shí)現(xiàn)最佳的濾波器和功放器性能,。GaAs HBT或E-pHEMT放大器可以與基于硅的FBAR濾波器集成在一個(gè)價(jià)格低廉的封裝中。同時(shí),，MCOB模塊可以大大降低體積,，改善RF前端的性能。

集成式RF前端模塊(FEM)的第一個(gè),、也是最明顯的優(yōu)勢是可以進(jìn)一步縮小體積,。圖2是雙頻CDMA手機(jī)的典型布局。$輪廓指明了容納800 MHz和1900 MHz頻段的雙工器,、濾波器和放大器所需的空間。藍(lán)色輪廓同比例顯示了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)集成了雙工器/放大器的FEM所需的電路板空間。尺寸大大降低主要?dú)w功于消除若干個(gè)元器件使用的多個(gè)輸入/輸出接口,。

RF FEM的第二個(gè)明顯優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)的效率改善,。通過優(yōu)化輸出上功放器和濾波器/雙工器之間的接口，設(shè)計(jì)人員可以把典型手機(jī)的通話時(shí)間延長半小時(shí)以上,。

能夠把功放器和濾波器與實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率或線性度性能的阻抗自由匹配起來,，可以產(chǎn)生明顯的好處。圖3中比較了放大器和雙工器組合,，其中使用同一放大器,，但集成程度不同。在全部三項(xiàng)測試中,，雙工器的輸出功率都設(shè)為+24.5 dBm,。改進(jìn)的匹配程度及降低集成式前端模塊中發(fā)射鏈的插入損耗，可以大大改進(jìn)效率,。在CDMA手機(jī)中,，改進(jìn)的效率可以把通話時(shí)間延長35 – 45分鐘。

第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于RF元器件之間的線路長度可能非常短,，因此集成式FEM更不容易受到RF干擾,。通過把多種功能集成到一個(gè)微型MCOB器件中，RFIC的發(fā)射機(jī)輸出與天線之間的整體電長度會變得非常短,，因此,，PCB的RF段收到的干擾和發(fā)射的干擾都會比較少，從而降低對其它元器件的潛在影響,。

這一性能改善將把我們帶到哪里,？通過采用零IF結(jié)構(gòu)及數(shù)字應(yīng)用技術(shù)的其它進(jìn)步，似乎很明確的一點(diǎn)是,，進(jìn)一步集成對RF元器件不可避免,。問題仍然是：進(jìn)一步集成RF放大器和濾波器會發(fā)生在RFIC和/或基帶芯片組中，還是有單獨(dú)的RF集成道路,？

多種市場發(fā)展態(tài)勢表明,，這種集成可能是分開的，也就是說,，將在單獨(dú)的元件中進(jìn)行RF集成,。例如，在GSM和W-CDMA市場中,，RFIC通常由基帶芯片之外的不同廠商提供,。由于CMOS技術(shù)正在不斷改進(jìn)速度和性能，大多數(shù)專家同意,，基帶/RFIC芯片組在未來幾年內(nèi)將變得可行,。CMOS技術(shù)的低成本使經(jīng)濟(jì)推動因素相當(dāng)顯著：一旦CMOS能夠支持RFIC的功能,，我們可以預(yù)計(jì)市場將需要可能實(shí)現(xiàn)的較低價(jià)位。

另一方面,，功放器和專用濾波器等RF元器件要求的性能與半導(dǎo)體工藝有著很大的差異,。功放器要求高線性度，晶體管導(dǎo)致的噪聲較低,，同時(shí)把信號電平提升到接近1 W,。基于CMOS的放大器近年來取得一定的進(jìn)步,，但預(yù)計(jì)不會與高遷移性材料爭奪高功率應(yīng)用,，因?yàn)镃MOS工藝是為低電流/低電容晶體管應(yīng)用優(yōu)化的。因此,，在要求大量功率的移動無線應(yīng)用中,，CMOS放大器在線性度和效率方面有著明顯的缺點(diǎn)。