移動手持設備需要用到多個高選擇性的過濾器，才能適應不斷增長的頻率波段，今天的便攜式多媒體設備必須處理好這個問題。每一代手機都會支持更多的頻率，因此過濾器的數量總是在增長，這就強迫設計者增加開關元件來優化整個鏈路的預算。

和移動手持設備中的其他元件一樣，這些開關的成本、性能和大小都必須進行嚴格審查，因為它們面對的是全球較大發貨量的消費電子市場。另外，開關生產商也必須有自己的技術發展路線，以便能跟上下一代或更遠的手機對新波段及功能的要求。應對這種挑戰，藍寶石CMOS射頻開關已經推出了單刀9擲（SP9T）的配置，它可以提供更高的線性度，同時在尺寸縮小的同時仍然很容易進行設計。

 增加帶寬，改變需求

出于管制、政治以及技術方面的多種原因，美洲、歐洲和亞洲用于手機通訊的頻率波段多有不同。結果就是，為手機設計的產品必須有支持多波段的能力。比如，對GSM手機來說，支持四頻（850/900/1800/1900MHz）也不是很奇怪。UMTS，一般認為的GSM的接任者，也必須能支持多波段以便可以全球漫游和進行數據傳輸。如果這種要求再加上對高集成度、低能耗、小尺寸以及鏈路預算較大化（高線性度）等的要求，系統設計師所面臨的挑戰就更加讓人頭疼了。

隨著手機服務在全世界的繁榮發展（目前全球有30億手機用戶，服務覆蓋80%的世界人口），頻率波段只會持續增加。而為了保證網絡有效運作所需的工作范圍，對性能的要求也非常嚴格，所以在手機前端中使用高選擇性過濾器也很常見。這里是這樣工作的：隨著頻率波段數增加，手機設計師就求助于開關元件來優化鏈路預算。

回到手機還是單波段的時代，設計師們使用PIN二極管當作開關，它們性能高并且成本也低。但是，一旦手機上有了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工作，PIN二極管就因為四波段GSM的引入而失寵了。

 發展中的性能挑戰

為了彌補四波段需求帶來的技術鴻溝，手機設計師們已經開始采用基于UltraCMOS和砷化鎵（GaAs）技術的集成電路解決方案。這些技術已經解決了PIN二極管在多波段工作方面的諸多問題，同時也基本把PIN二極管趕出了開關領域。

在推出3G無線的早期，設計師們在GSM/EDGE手機上增加了WCDMA。這就給前端帶來了新的挑戰，要求它具有+68dBm的三階交調截取點（third-order intercept，IP3），這樣才能保證網絡的健壯性。這就意味著開關所產生的扭曲信號不能大于WCDMA傳輸信號的萬億分之三，或者說等價于一個硅原子同半英里長的原子鏈的比例。UltraCMOS技術可以滿足這種相當困難的線性化要求，并且它早已作為領先的射頻前端開關技術出現了，它的好處包括低損耗、低電容藍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，對更多開關的需求以極快的速度增長。比如，在2007年，3G手機中的大多數帶有4波段GSM/EDGE和單頻段的WCDMA，這需要使用一個SP7T開關。到2008年就需要加入對3個WCDMA頻段的支持，這就要將開關的復雜度增加到SP9T（見圖1）。據信這種增加開關復雜度的趨勢還將繼續。舉個例子來說，在寫作本文的時候，全世界范圍內已經定義了多達9種WCDMA頻段，而這個數字仍然在增長。

采用UltraCMOS制作的SP9T開關，設計師就可以達到性能上的要求，而這個要求通常都超出了基于砷化鎵技術的SP9T開關，同時還能滿足對于更小尺寸的要求。與砷化鎵開關不同，UltraCMOS器件不需要外部的旁路或過濾器件，同時又能采用倒裝片封裝（Flip chip）的集成電路，這種方式不需要過多注意走線控制并且能簡化印刷線路板（PCB）的布局。

 選擇系統設計

射頻前端開關必須同時支持WCDMA和GSM/EDGE信號，所以它必須是手機中線性度較高的元件，這樣才能保證所需的工作范圍。實際上，在全球任何大批量的產品中，它都必須是具有較高線性開放式的固態器件。手機系統設計師在開關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，以便能擴大工作范圍并對鏈路預算進行優化，還需要考慮額外的一些性能：電壓處理、晶片尺寸、系統尺寸、設計難易度以及ESD耐受度。

電壓處理

在UltraCMOS器件中，藍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）來使用非常高的電壓，這一招可以用在天線開關中。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性能進行優化，并且也消除了對外部直流屏蔽電容的需求。

晶片尺寸

圖2中是一個WEDGE SP9T開關分別采用UltraCMOS技術和GaAs技術的對比。注意它們在晶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計規則，以及具有可以把FET擺放到任何方向的靈活性，UltraCMOS就可以把射頻開關做得比GaAs技術更小巧。補充器件、模擬控制能力以及MOS電容允許對兩個系列進行控制，并且用一個簡單的四線接口就能避開射頻FET，同時保證泄露電流極低。圖2還顯示了采用兩種技術的解碼器的面積比例是4:16。

系統尺寸

采用標準倒裝片芯片級封裝技術的開關可以顯著減少手機前端模塊（FEM）的尺寸。這些FEM通常都使用費錢的低溫共燒陶瓷（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）封裝轉向倒裝片可以消減LTCC基底面積大約43%，同時又能把支持的頻段數量從5提高到7。

易于設計

有了倒裝片技術，開關就可以作為表面安裝器件（SMD）來使用。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備。如果采用卷帶式供貨，這些倒裝片開關就可以采用標準插裝機器進行安裝，這樣就能使生產費用降至較低。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，這對于要求手機更薄的設計來說就可以滿足嚴格的高度要求。

UltraCMOS晶片還允許在所有端口上都不必使用FET，這同樣對模塊設計簡易性以及性能有極大影響。由于不用FET，所以所有的信號通道都不必接地，從而系統其他部分產生的噪音對這些活動通路就完全沒有影響。通過對開關端口平面上的隔離端口阻抗進行控制，模塊設計師就不需要同時對整個信號鏈進行優化，而只需要關注活動通路。不用FET同時也可以帶來極高的隔離性能，這樣就能降低收發器的寄生要求，同時可以保證對接收SAW過濾提供高射頻電壓和ESD保護。

ESD保護

因為UltraCMOS也是CMOS技術，它就擁有集成ESD保護的器件的優勢。因此，用這種工藝生產的器件都具有控制針腳上2級（2000V）HBM和射頻針腳上1500V HBM的性能，因此UltraCMOS開關在ESD破壞方面具有極高的強壯性。這可以降低生產過程中的模塊散落率，同時也消減了天線部分為了滿足嚴格的IEC61000-4-2規范而對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總結了兩種技術的SP9T性能。插入損耗性能上兩者大致相同，但UltraCMOS的線性度超過了GaAs。UltraCMOS的寬廣VDD范圍同現有手機的供電電壓相匹配，但用于直接使用電池電壓或1.8V供電電壓工作的偏置發生器還在開發中。

UltraCMOS射頻開關對手機前端極具價值，特別是在要求極高IP3的多波段產品中。由于3G手機的復雜度不斷提高，開關也就同時需要不斷提高它的擲數。我們還樂于見到在一塊晶片中集成多個開關。這些發展將更多地利用UltraCMOS的優勢，同時GaAs開關則越來越難以達到。在市場上，對一個技術的成功來說，一個可實現的長期的改進路線圖將被證明是一個關鍵因素。好消息是UltraCMOS已經被用來解決手機設計師的未來需求了。