砷化镓器件優勢和劣勢

砷(shen)化(hua)镓(jia)一(yi)直(zhi)是(shi)推(tui)動(dong)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)革(ge)新(xin)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)
，它(ta)可(ke)提(ti)供(gong)超(chao)越(yue)當(dang)代(dai)矽(gui)器(qi)件(jian)的(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)指(zhi)數(shu)和(he)高(gao)線(xian)性(xing)度(du)。由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)和(he)線(xian)性(xing)度(du)是(shi)決(jue)定(ding)總(zong)失(shi)真(zhen)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)，而(er)總(zong)失(shi)真(zhen)由(you)一(yi)些(xie)關(guan)鍵(jian)功(gong)能(neng)所(suo)引(yin)入(ru)
，包(bao)括(kuo)可(ke)變(bian)增(zeng)益(yi)放(fang)大(da)器(qi)（VGA）
、數字步進衰減器（DSA）
、開關、混頻器和調製器等，GaAs器件通常是那些需要最好信令性能應用的默認選擇。

作zuo為wei一yi種zhong比bi傳chuan統tong基ji於yu矽gui的de製zhi造zao工gong藝yi更geng專zhuan業ye的de技ji術shu，砷shen化hua镓jia的de應ying用yong相xiang對dui局ju限xian於yu純chun模mo擬ni功gong能neng。如ru果guo把ba數shu字zi電dian路lu包bao括kuo在zai一yi起qi通tong常chang需xu要yao在zai層ceng疊die基ji板ban設she計ji一yi個ge多duo芯xin模mo塊kuai
，這zhe種zhong結jie構gou非fei常chang昂ang貴gui

，並bing可ke導dao致zhi潮chao濕shi敏min感gan度du退tui化hua，從cong而er需xu要yao特te殊shu的de儲chu存cun和he處chu理li條tiao件jian。基ji於yu砷shen化hua镓jia的de模mo塊kuai通tong常chang具ju有youMSL3靈敏度等級，因此必須在密封後一周內用掉
，以保證吸收的潮濕不至於損壞器件從而導致早期失效。基於矽的器件通常是單芯片以QFN封裝實現，具有較低的靈敏度MSL1等級，可以采用標準的卷軸運輸，不需要特殊的處理流程。

相比基於GaAs的層疊模塊
，QFN封裝的矽器件也受益於更低的熱阻，這有助於實現更高可靠性，簡化熱管理和散熱設計的要求。

此外，GaAs器件具有相對較低的抗靜電放電（ESD）能力，通常僅能承受500V的人體靜電放電（HBM）域值，而相比之下矽器件可承受2kV。因此
，GaAs器件可以很容易地被一個典型的裝配區域可能發生低級別ESD事件損壞，類似的矽器件則不需要特別嚴格的防靜電保護措施。

絕緣體上矽片（SOI）開關也通常具有優良的RON x COFF，因此表現出較低的插入損耗
，同時還允許更大的隔離度。

最後，包含有GaAs器件的電路一般都需要依賴電感和電阻等外部無源元件，這些元件會占用額外的空間，並增大方案的複雜性。

圖1：基站無線電方框圖可表明哪些以及如何用矽器件來取代砷化镓（藍色），以便在高性能射頻設備中實現更好的可靠性、集成度和成本

砷化镓開關中的柵極遲滯

針對高數據速率3G和4G通信係統的基礎設施設備以及其他的工業係統
，需要RF晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)完(wan)成(cheng)開(kai)關(guan)後(hou)盡(jin)快(kuai)穩(wen)定(ding)下(xia)來(lai)，以(yi)便(bian)滿(man)足(zu)時(shi)間(jian)關(guan)鍵(jian)的(de)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)或(huo)保(bao)持(chi)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)受(shou)與(yu)開(kai)關(guan)相(xiang)關(guan)聯(lian)的(de)柵(zha)極(ji)遲(chi)滯(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)。開(kai)關(guan)接(jie)通(tong)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)柵(zha)極(ji)遲(chi)滯(zhi)可(ke)以(yi)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)在(zai)10-90%上升時間完成點與開關完全穩定點之間的開關電阻的差值
，典型地看，這是97.5%和100%導通時之間的差值。柵極遲滯也可以看作是器件的RF功率輸出在90%振幅和完全穩定到100%時的時間差值。

眾所周知，GaAsqijianyoumingxiandezhajichizhi
，zaidigongzuohuanjingwenduxiayouqixianzhu，takeyixianzhixitongdexingneng。gaosutongxinxitongbixuzaikaishichuanshuzhiqiandengdaigaiwendingshijian。changdewendingshijiankenenghuixianzhigaixitongdesuduhelinghuoxing，bingqiehaikenengzaishengchanchangheyanchangceshishijian。

矽器件彌補性能差距

盡管砷化镓有上述公認的缺點，但與矽器件相比其卓越的噪聲係數和三階截取（IP3）線性度會勝過這些不足。然而
，隨著當今新技術發展的優勢逐漸克服傳統的局限
，矽器件已經是GaAs較強的競爭對手，可以提供更經濟和更可靠的解決方案。

IDT公司的F2912等新一代RF開關采用SOI技術，可以在或靠近PA裝配線的非常高的溫度環境下可靠地工作。這些新的矽基開關在溫度高達+120℃時仍具有卓越的性能（0.4dB插入損耗
，+65dBm IP3，60dB隔離度）。

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類似於IDT F1240等新一代矽中頻（IF）可變增益放大器通過集成FlatNoise 技術已經使信噪比（SNR）實現了突破性改進。 即使在增益降低時，FlatNoise技術可確保噪聲係數保持很低（圖2b）。而過去，伴隨著增益每1dB的降低，工程師就不得不接受1dB噪聲係數的降低。其結果是
，該係統的SNR可以實現最多2dB的改善，同時仍然保持非常高的線性度。


線性度是最近在矽器件中得到顯著改善的另一個重要參數。 IDT公司的F0480矽基RF VGA采用了全新的Zero-DistortionTM（零失真）技術，能夠實現大於40dBm的OIP3，2000MHz帶寬
，以及在隻有100 mA靜態電流下的23dB調整範圍。總體而言，提高VGA的線性度和帶寬使設計師在實現接收係統時具有更高的靈活性。


IDT公司通過開發Glitch-Free（無幹擾）技術還克服了一個影響數字步進衰減器的重要缺陷。Glitch-Free技術降低了眾所周知發生在MSB態從10dB轉變到0.5dB時出現的瞬態過衝。在發射器等精密電平設置環境下
，該技術可確保增益平滑地過渡到相鄰的設置。從曆史經驗看，較大的10dB幹擾（glitch）已經能夠損害下遊的功率放大器。此外，傳統的DSA需要很長的時間實現穩定
，這可降低時域雙工（TDD）係統的處理性能（turnaround performance）。通過近乎消除這種過衝，Glitch-Free技術顯著提高了係統的可靠性，並允許實現更靈活的TDD係統。


結語

砷(shen)化(hua)镓(jia)放(fang)大(da)器(qi)和(he)開(kai)關(guan)以(yi)其(qi)高(gao)線(xian)性(xing)度(du)和(he)良(liang)好(hao)噪(zao)聲(sheng)特(te)性(xing)的(de)優(you)勢(shi)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)為(wei)高(gao)性(xing)能(neng)射(she)頻(pin)設(she)備(bei)設(she)計(ji)的(de)首(shou)選(xuan)
，這(zhe)是(shi)毋(wu)庸(yong)置(zhi)疑(yi)的(de)。而(er)矽(gui)器(qi)件(jian)雖(sui)然(ran)在(zai)可(ke)靠(kao)性(xing)、成本、集(ji)成(cheng)度(du)方(fang)麵(mian)有(you)出(chu)色(se)的(de)表(biao)現(xian)，但(dan)較(jiao)之(zhi)砷(shen)化(hua)镓(jia)還(hai)是(shi)差(cha)強(qiang)人(ren)意(yi)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)市(shi)場(chang)對(dui)砷(shen)化(hua)镓(jia)先(xian)入(ru)為(wei)主(zhu)。而(er)近(jin)日(ri)矽(gui)基(ji)器(qi)件(jian)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)又(you)重(zhong)新(xin)被(bei)人(ren)們(men)所(suo)認(ren)識(shi)
，利(li)用(yong)新(xin)技(ji)術(shu)對(dui)矽(gui)基(ji)器(qi)件(jian)的(de)噪(zao)聲(sheng)性(xing)能(neng)和(he)線(xian)性(xing)度(du)進(jin)行(xing)了(le)改(gai)進(jin)
，未(wei)來(lai)或(huo)將(jiang)取(qu)代(dai)砷(shen)化(hua)镓(jia)也(ye)未(wei)可(ke)知(zhi)。

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