移動(dòng)手持設(shè)備需要用到多個(gè)高選擇性的過(guò)濾器，才能適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的頻率波段，今天的便攜式多媒體設(shè)備必須處理好這個(gè)問(wèn)題。每一代手機(jī)都會(huì)支持更多的頻率，因此過(guò)濾器的數(shù)量總是在增長(zhǎng)，這就強(qiáng)迫設(shè)計(jì)者增加開(kāi)關(guān)元件來(lái)優(yōu)化整個(gè)鏈路的預(yù)算。

和移動(dòng)手持設(shè)備中的其他元件一樣，這些開(kāi)關(guān)的成本、性能和大小都必須進(jìn)行嚴(yán)格審查，因?yàn)樗鼈兠鎸?duì)的是全球較大發(fā)貨量的消費(fèi)電子市場(chǎng)。另外，開(kāi)關(guān)生產(chǎn)商也必須有自己的技術(shù)發(fā)展路線，以便能跟上下一代或更遠(yuǎn)的手機(jī)對(duì)新波段及功能的要求。應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，藍(lán)寶石CMOS射頻開(kāi)關(guān)已經(jīng)推出了單刀9擲（SP9T）的配置，它可以提供更高的線性度，同時(shí)在尺寸縮小的同時(shí)仍然很容易進(jìn)行設(shè)計(jì)。

 增加帶寬，改變需求

出于管制、政治以及技術(shù)方面的多種原因，美洲、歐洲和亞洲用于手機(jī)通訊的頻率波段多有不同。結(jié)果就是，為手機(jī)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須有支持多波段的能力。比如，對(duì)GSM手機(jī)來(lái)說(shuō)，支持四頻（850/900/1800/1900MHz）也不是很奇怪。UMTS，一般認(rèn)為的GSM的接任者，也必須能支持多波段以便可以全球漫游和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果這種要求再加上對(duì)高集成度、低能耗、小尺寸以及鏈路預(yù)算較大化（高線性度）等的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師所面臨的挑戰(zhàn)就更加讓人頭疼了。

隨著手機(jī)服務(wù)在全世界的繁榮發(fā)展（目前全球有30億手機(jī)用戶，服務(wù)覆蓋80%的世界人口），頻率波段只會(huì)持續(xù)增加。而為了保證網(wǎng)絡(luò)有效運(yùn)作所需的工作范圍，對(duì)性能的要求也非常嚴(yán)格，所以在手機(jī)前端中使用高選擇性過(guò)濾器也很常見(jiàn)。這里是這樣工作的：隨著頻率波段數(shù)增加，手機(jī)設(shè)計(jì)師就求助于開(kāi)關(guān)元件來(lái)優(yōu)化鏈路預(yù)算。

回到手機(jī)還是單波段的時(shí)代，設(shè)計(jì)師們使用PIN二極管當(dāng)作開(kāi)關(guān)，它們性能高并且成本也低。但是，一旦手機(jī)上有了GSM/EDGE，甚至還有WCDMA，PIN二極管就再也滿足不了性能和尺寸要求了。由于需要1/4波傳輸線和更大的前向偏置電流來(lái)工作，PIN二極管就因?yàn)樗牟ǘ蜧SM的引入而失寵了。

 發(fā)展中的性能挑戰(zhàn)

為了彌補(bǔ)四波段需求帶來(lái)的技術(shù)鴻溝，手機(jī)設(shè)計(jì)師們已經(jīng)開(kāi)始采用基于UltraCMOS和砷化鎵（GaAs）技術(shù)的集成電路解決方案。這些技術(shù)已經(jīng)解決了PIN二極管在多波段工作方面的諸多問(wèn)題，同時(shí)也基本把PIN二極管趕出了開(kāi)關(guān)領(lǐng)域。

在推出3G無(wú)線的早期，設(shè)計(jì)師們?cè)贕SM/EDGE手機(jī)上增加了WCDMA。這就給前端帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，要求它具有+68dBm的三階交調(diào)截取點(diǎn)（third-order intercept，IP3），這樣才能保證網(wǎng)絡(luò)的健壯性。這就意味著開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的扭曲信號(hào)不能大于WCDMA傳輸信號(hào)的萬(wàn)億分之三，或者說(shuō)等價(jià)于一個(gè)硅原子同半英里長(zhǎng)的原子鏈的比例。UltraCMOS技術(shù)可以滿足這種相當(dāng)困難的線性化要求，并且它早已作為領(lǐng)先的射頻前端開(kāi)關(guān)技術(shù)出現(xiàn)了，它的好處包括低損耗、低電容藍(lán)寶石基底層以及它作為本征MOS器件所具有的特別出色的線性度。

近來(lái)，對(duì)更多開(kāi)關(guān)的需求以極快的速度增長(zhǎng)。比如，在2007年，3G手機(jī)中的大多數(shù)帶有4波段GSM/EDGE和單頻段的WCDMA，這需要使用一個(gè)SP7T開(kāi)關(guān)。到2008年就需要加入對(duì)3個(gè)WCDMA頻段的支持，這就要將開(kāi)關(guān)的復(fù)雜度增加到SP9T（見(jiàn)圖1）。據(jù)信這種增加開(kāi)關(guān)復(fù)雜度的趨勢(shì)還將繼續(xù)。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在寫作本文的時(shí)候，全世界范圍內(nèi)已經(jīng)定義了多達(dá)9種WCDMA頻段，而這個(gè)數(shù)字仍然在增長(zhǎng)。

采用UltraCMOS制作的SP9T開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)師就可以達(dá)到性能上的要求，而這個(gè)要求通常都超出了基于砷化鎵技術(shù)的SP9T開(kāi)關(guān)，同時(shí)還能滿足對(duì)于更小尺寸的要求。與砷化鎵開(kāi)關(guān)不同，UltraCMOS器件不需要外部的旁路或過(guò)濾器件，同時(shí)又能采用倒裝片封裝（Flip chip）的集成電路，這種方式不需要過(guò)多注意走線控制并且能簡(jiǎn)化印刷線路板（PCB）的布局。

 選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)

射頻前端開(kāi)關(guān)必須同時(shí)支持WCDMA和GSM/EDGE信號(hào)，所以它必須是手機(jī)中線性度較高的元件，這樣才能保證所需的工作范圍。實(shí)際上，在全球任何大批量的產(chǎn)品中，它都必須是具有較高線性開(kāi)放式的固態(tài)器件。手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在開(kāi)關(guān)方面也就面臨著兩種選擇：UltraCMOS和砷化鎵（GaAs）。除去要考慮射頻性能，以便能擴(kuò)大工作范圍并對(duì)鏈路預(yù)算進(jìn)行優(yōu)化，還需要考慮額外的一些性能：電壓處理、晶片尺寸、系統(tǒng)尺寸、設(shè)計(jì)難易度以及ESD耐受度。

電壓處理

在UltraCMOS器件中，藍(lán)寶石上的晶體管互相之間是介電隔離的，所以可以把它們放成一串（或堆疊）來(lái)使用非常高的電壓，這一招可以用在天線開(kāi)關(guān)中。盡管CMOS是一種低壓器件，但50V的峰-峰電壓還是可以接受的。另外，芯片上偏置生成可以對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化，并且也消除了對(duì)外部直流屏蔽電容的需求。

晶片尺寸

圖2中是一個(gè)WEDGE SP9T開(kāi)關(guān)分別采用UltraCMOS技術(shù)和GaAs技術(shù)的對(duì)比。注意它們?cè)诰�片尺寸上的重大差異：UltraCMOS晶片只有1.43 mm²，差不多是GaAs SP9T晶片尺寸面積2.85mm²的一半。由于使用了更好的鋁金屬化的設(shè)計(jì)規(guī)則，以及具有可以把FET擺放到任何方向的靈活性，UltraCMOS就可以把射頻開(kāi)關(guān)做得比GaAs技術(shù)更小巧。補(bǔ)充器件、模擬控制能力以及MOS電容允許對(duì)兩個(gè)系列進(jìn)行控制，并且用一個(gè)簡(jiǎn)單的四線接口就能避開(kāi)射頻FET，同時(shí)保證泄露電流極低。圖2還顯示了采用兩種技術(shù)的解碼器的面積比例是4:16。

系統(tǒng)尺寸

采用標(biāo)準(zhǔn)倒裝片芯片級(jí)封裝技術(shù)的開(kāi)關(guān)可以顯著減少手機(jī)前端模塊（FEM）的尺寸。這些FEM通常都使用費(fèi)錢的低溫共燒陶瓷（LTCC）制作，因此減少模塊面積可以直接影響到整體解決方案的成本。圖3顯示了從引線鍵合（Wire bonding）封裝轉(zhuǎn)向倒裝片可以消減LTCC基底面積大約43%，同時(shí)又能把支持的頻段數(shù)量從5提高到7。

易于設(shè)計(jì)

有了倒裝片技術(shù)，開(kāi)關(guān)就可以作為表面安裝器件（SMD）來(lái)使用。由于FEM里的其他器件通常也都是SMD類型的，所以就不再需要任何引線鍵合的設(shè)備。如果采用卷帶式供貨，這些倒裝片開(kāi)關(guān)就可以采用標(biāo)準(zhǔn)插裝機(jī)器進(jìn)行安裝，這樣就能使生產(chǎn)費(fèi)用降至較低。另外，由于倒裝片的安裝高度低于250μm，因此也就降低了整體模塊厚度，這對(duì)于要求手機(jī)更薄的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)就可以滿足嚴(yán)格的高度要求。

UltraCMOS晶片還允許在所有端口上都不必使用FET，這同樣對(duì)模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易性以及性能有極大影響。由于不用FET，所以所有的信號(hào)通道都不必接地，從而系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生的噪音對(duì)這些活動(dòng)通路就完全沒(méi)有影響。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)端口平面上的隔離端口阻抗進(jìn)行控制，模塊設(shè)計(jì)師就不需要同時(shí)對(duì)整個(gè)信號(hào)鏈進(jìn)行優(yōu)化，而只需要關(guān)注活動(dòng)通路。不用FET同時(shí)也可以帶來(lái)極高的隔離性能，這樣就能降低收發(fā)器的寄生要求，同時(shí)可以保證對(duì)接收SAW過(guò)濾提供高射頻電壓和ESD保護(hù)。

ESD保護(hù)

因?yàn)?span>UltraCMOS也是CMOS技術(shù)，它就擁有集成ESD保護(hù)的器件的優(yōu)勢(shì)。因此，用這種工藝生產(chǎn)的器件都具有控制針腳上2級(jí)（2000V）HBM和射頻針腳上1500V HBM的性能，因此UltraCMOS開(kāi)關(guān)在ESD破壞方面具有極高的強(qiáng)壯性。這可以降低生產(chǎn)過(guò)程中的模塊散落率，同時(shí)也消減了天線部分為了滿足嚴(yán)格的IEC61000-4-2規(guī)范而對(duì)ESD電路的需求，另外還能減少電路板面積并減少一些插入損耗。

 射頻性能

表1總結(jié)了兩種技術(shù)的SP9T性能。插入損耗性能上兩者大致相同，但UltraCMOS的線性度超過(guò)了GaAs。UltraCMOS的寬廣VDD范圍同現(xiàn)有手機(jī)的供電電壓相匹配，但用于直接使用電池電壓或1.8V供電電壓工作的偏置發(fā)生器還在開(kāi)發(fā)中。

UltraCMOS射頻開(kāi)關(guān)對(duì)手機(jī)前端極具價(jià)值，特別是在要求極高IP3的多波段產(chǎn)品中。由于3G手機(jī)的復(fù)雜度不斷提高，開(kāi)關(guān)也就同時(shí)需要不斷提高它的擲數(shù)。我們還樂(lè)于見(jiàn)到在一塊晶片中集成多個(gè)開(kāi)關(guān)。這些發(fā)展將更多地利用UltraCMOS的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)GaAs開(kāi)關(guān)則越來(lái)越難以達(dá)到。在市場(chǎng)上，對(duì)一個(gè)技術(shù)的成功來(lái)說(shuō)，一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)期的改進(jìn)路線圖將被證明是一個(gè)關(guān)鍵因素。好消息是UltraCMOS已經(jīng)被用來(lái)解決手機(jī)設(shè)計(jì)師的未來(lái)需求了。