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(you)MSL3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zai10-90%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
，GaAs器(qi)件(jian)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)柵(zha)極(ji)遲(chi)滯(zhi)，在(zai)低(di)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下(xia)尤(you)其(qi)顯(xian)著(zhu)
，它(ta)可(ke)以(yi)限(xian)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)。高(gao)速(su)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)在(zai)開(kai)始(shi)傳(chuan)輸(shu)之(zhi)前(qian)等(deng)待(dai)該(gai)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)。長(chang)的(de)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)可(ke)能(neng)會(hui)限(xian)製(zhi)該(gai)係(xi)統(tong)的(de)速(su)度(du)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)，並(bing)且(qie)還(hai)可(ke)能(neng)在(zai)生(sheng)產(chan)場(chang)合(he)延(yan)長(chang)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)。

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

shenhuajiafangdaqihekaiguanyiqigaoxianxingduhelianghaozaoshengtexingdeyoushizhujianchengweigaoxingnengshepinshebeishejideshouxuan
，zheshiwuyongzhiyide。erguiqijiansuiranzaikekaoxing、成本、jichengdufangmianyouchusedebiaoxian
，danjiaozhishenhuajiahaishichaqiangrenyi，congerdaozhishichangduishenhuajiaxianruweizhu。erjinriguijiqijiandezhongyaoxingyouzhongxinbeirenmensuorenshi
，liyongxinjishuduiguijiqijiandezaoshengxingnenghexianxingdujinxinglegaijin，weilaihuojiangqudaishenhuajiayeweikezhi。

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