砷化鎵射頻（RF）元件憑藉著優(yōu)異的雜訊處理及高線性等特色，成為高效能通訊設(shè)備開發(fā)人員長(zhǎng)久以來的首選方案；然而，近來隨著絕緣層覆矽（SOI）制程技術(shù)的突破，以矽材料為基礎(chǔ)的RF元件性能已大幅突破，成為替代砷化鎵方案的新選擇。
　　近來矽基產(chǎn)品在技術(shù)上的突飛猛進(jìn)，再結(jié)合設(shè)計(jì)制程的改變，使其在高效能射頻（RF）及微波應(yīng)用中，已逐步展現(xiàn)做為砷化鎵替代方案的可行性。設(shè)備技術(shù)的快速進(jìn)展帶動(dòng)的需求，通?？梢砸龑?dǎo)發(fā)展出最佳設(shè)計(jì)，即使此一最佳設(shè)計(jì)在開始之初可能遭到質(zhì)疑，但仍有獲得實(shí)踐及突破的機(jī)會(huì)。直到最近，工程師 們?cè)跒?a target='_blank' class='arckwlink_none'>4G基地臺(tái)、寬頻中繼器、分散式天線等裝置設(shè)計(jì)RF及微波電路時(shí)，都會(huì)選擇使用砷化鎵場(chǎng)效電晶體（GaAs FET），以達(dá)到最佳雜訊控制及線性效果。
　　但在相同應(yīng)用之中，囿于種種原因，矽基產(chǎn)品方案卻很少為設(shè)計(jì)師們所考慮，如今矽基產(chǎn)品已有較以往更為有效的設(shè)計(jì)，包括大小、成本、可靠度、穩(wěn)定時(shí)間等都已大幅提升，除此之外，在雜訊、失真、瞬間回應(yīng)等方面亦皆有所改進(jìn)，可以做為電路設(shè)計(jì)的重要組成。
　　砷化鎵技術(shù)優(yōu)劣參半
　　砷化鎵技術(shù)在無線應(yīng)用領(lǐng)域，始終扮演著重要角色，其優(yōu)點(diǎn)是低雜訊及高度線性效果，此二者均超越了矽基產(chǎn)品。因?yàn)殡s訊及線性是系統(tǒng)中的可變?cè)鲆娣糯笃?/u>、數(shù) 位步進(jìn)衰減器、切換器、調(diào)變器及混波器等重要組件的關(guān)鍵因素，而砷化鎵在這兩個(gè)方面的優(yōu)越性能，使其長(zhǎng)期成為工程師的首選。
　　而矽基產(chǎn)品通常應(yīng)用于數(shù)位環(huán)境，砷化鎵則只能使用在類比應(yīng)用中。數(shù)位的設(shè)計(jì)通常需要在多層基板之中納入多晶片模組，但如此的設(shè)計(jì)通常頗為昂貴，且對(duì)于潮濕的環(huán)境相當(dāng)敏感，以致必須予以特殊設(shè)計(jì)及處理。
　　基于砷化鎵的模組靈敏度等級(jí)通常是MSL3，故必須在密封后的一周之內(nèi)予以啟用，以確保不會(huì)因濕氣而導(dǎo)致?lián)p壞或功效不佳，甚至導(dǎo)致設(shè)備在使用之初即失 效。而以矽為材料的積體電路，是以四方平面無接腳（QFN）的方式予以個(gè)別封裝，故靈敏度等級(jí)是較低的MSL1，不需要特殊處理，即可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)卷軸執(zhí)行運(yùn) 送。
　　矽基產(chǎn)品的QFN封裝方法，相較于砷化鎵的多個(gè)層板疊壓方式，前者可以擁有較佳可靠度及更低的熱電阻，簡(jiǎn)化了散熱管理的設(shè)計(jì)。此外，砷化鎵產(chǎn)品具有較低的靜電釋放（ESD），表示其只能承受500V的人體放電模式（Human-Body Model， HBM），而矽基產(chǎn)品則可承受2kV，二者相較的結(jié)果是砷化鎵產(chǎn)品可能會(huì)在組裝區(qū)域中，被較低等級(jí)的ESD事件所損壞，而相同功能的矽基產(chǎn)品則只需要較少 的防靜電措施。
　　絕緣層覆矽（Silicon-On-Insulator， SOI）切換器通常具有如圖1的RON x COFF等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以在較大的隔離中，呈現(xiàn)較低的插入損耗。圖1　基地臺(tái)無線電區(qū)塊圖顯示了矽基產(chǎn)品如何取代砷化鎵（深灰色），同時(shí)又可以在高效RF裝置中獲得更好的可靠度、 更高的集成及更低的成本。最后要說明的是砷化鎵產(chǎn)品往往需要依賴外部的被動(dòng)元件，如感應(yīng)器或電阻，使得整體空間必須放大，才足以容納這些外部元件，但同時(shí)也增加了復(fù)雜度。
　　砷化鎵切換器Gate Lag明顯
　　需要高速處理資料的設(shè)備，包括3G及4G通訊系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)等，都需要RF電晶體，才得以在接到指令后的時(shí)間要求內(nèi)，完成處理或保持訊號(hào)的完整，稱為安 定時(shí)間（Settle Time）。此一安定時(shí)間會(huì)受到切換器的Gate Lag設(shè)定值所影響。一般而言，啟動(dòng)切換器后的Gate Lag可以是上升時(shí)間結(jié)束的10-90%，以及在完全穩(wěn)定之后，與電阻的差異。這個(gè)值通常會(huì)在啟動(dòng)后的97.5-100%之間，Gate Lag也可視為RF輸出功率由90%及完全100%的時(shí)間差。
　　砷化鎵產(chǎn)品都有明顯的Gate Lag，特別是在低溫環(huán)境下，它會(huì)顯著影響系統(tǒng)效能。一個(gè)高速通訊系統(tǒng)就必須在作業(yè)之前，先等待Gate Lag造成的延遲，較長(zhǎng)的安定時(shí)間可能會(huì)限制系統(tǒng)的處理速度及靈活性，也會(huì)拉長(zhǎng)生產(chǎn)方案的測(cè)試時(shí)間。
　　矽基RF方案性能突破
　　雖然砷化鎵產(chǎn)品有著上述缺點(diǎn)，但其卓越的雜訊系數(shù)及Third-Order-Intercept（IP3）線性處理能力，仍是難以取代的特色。直到現(xiàn)在，可以做為替代品的矽基產(chǎn)品，才以新一代技術(shù)克服傳統(tǒng)的限制，提供了更可靠及更為經(jīng)濟(jì)的解決方案。新一代的RF切換器，如IDT的F2912產(chǎn)品，其采用SOI技術(shù)可以在功率放大器（PA）裝配環(huán)境的高溫下穩(wěn)定運(yùn)作，這些以矽為材料的切換器可以在大于120℃的高溫下，仍然保有卓越的處理效能（0.7B插入損耗、+65dBm IP3及60dB的隔離）（圖2）。
　　
　　圖2　SOI切換器的處理效能（F2912）
　　IDT公司另一個(gè)以矽為材料的可變?cè)鲆娣糯笃鳎↖F Variable-Gain Amplifiers， VGA）產(chǎn)品F1240，可經(jīng)由FlatNoise技術(shù)，提供突破性的SNR功能，F(xiàn)latNoise技術(shù)可以確保即使在增益減低時(shí)，仍可將雜訊系數(shù)維持 在較低水準(zhǔn)（如圖3），而在過去的環(huán)境中，工程師必須毫無選擇地接受每1dB帶來的增益降低，而在強(qiáng)化的SNR系統(tǒng)中，可以在最多2dB的雜訊下，仍然保 有較高線性處理效能。