Peregrines neue Prozesstechnologie setzt Maßstäbe im HF-Front-End-Design
»UltraCMOS STeP5 bietet ungeahnte Möglichkeiten«
Peregrine Semiconductor hat seine proprietäre UltraCMOS-Prozesstechnologie weiterentwickelt und darauf aufbauend zwei neue Familien mehrbandiger HF-Schalter vorgestellt. Damit zielt das Fabless-Unternehmen vor allem auf das derzeit noch problematische 4G/LTE-HF-Front-End-Design ab.
Peregrines patentierte UltraCMOS-Technologie hat erneut einen deutlichen Entwicklungsschritt vollzogen. Die neue STeP5-Prozesstechnik (STeP steht für Semiconductor Technology Roadmap) setzt neue Marken hinsichtlich der HF-Eigenschaften, der Linearität und Isolierung sowie in Bezug auf die Performance über die Temperatur und unter Last. Die hohe Integration sorgt für kleinste Bauformen und geringe Stromaufnahme der HF-ICs.
Eigene Prozesse in diesem Umfang zu entwickeln, ist für ein Start-up-Unternehmen an sich ungewöhnlich, aber dennoch hat sich Peregrine mit seiner UltraCMOS-Technologie bereits eine gute Position im Telekommunikationsmarkt gesichert. Und die Erfolgskurve des Unternehmens geht ungebrochen steil nach oben: Mit einem jährlichen Wachstum von durchschnittlich über 30 Prozent entwickelte sich der Umsatz von rund 10 Millionen US-Dollar in 2003 auf über 90 Millionen in 2010. Eine enorme Steigerung ist auch in den Stückzahlen zu sehen: Bislang hat Peregrine bereits über 1 Milliarde HF-ICs ausgeliefert. Tendenz stark steigend, denn Peregrines HF-ICs wie etwa die neu vorgestellten HF-Schalter SP8T bzw. SP10T – beide bereits basierend auf der STeP5-Technik - sind in nahezu allen namhaften mobilen Endgeräten und Smart Phones integriert.
Um der zunehmenden Integrationsdichte gerecht zu werden, die sich vor allem im RF Front End bemerkbar macht, setzt Peregrine auf einen Silicon-on-Sapphire-basierten (SoS) Ansatz, eine Variante der Silicon-on-Insulator-Technik (SOI) mit einer dünnen Siliziumdioxid-Schicht auf einem hochisolierenden Saphirsubstrat. Das Resultat ist zum einen die Reduzierung des On-resistance-Wertes, der nun im Bereich von GaAs-basierten Technologien liegt, sowie eine drastische Miniaturisierung: Gegenüber einem GaAs-basierten RF Front End ist Peregrines STeP5-SoS-Lösung eigenen Angaben zufolge um bis zu 83 Prozent kleiner. Peregrines erklärtes Ziel ist es, die höchste Performance und Integrationsdichte im HF-IC-Bereich zu erzielen.
»UltraCMOS STeP5 bietet Produktdesignern ungeahnte Möglichkeiten«, sagt Rodd Novak, Marketing-Chef von Peregrine Semiconductor. »Wir können damit einzigartige HF-Schalter entwickeln, die Spitzenergebnisse hinsichtlich Linearität, Einfügedämpfung, Isolation und Leistungsaufnahme erreichen - und das alles monolithisch integriert mit einem kleinstmöglichen Fußabdruck.«
Herausforderung LTE
Mit den auf der neuen Technologie basierenden HF-Mehrbandschaltern zielt Peregrine vor allem auf den 4G/LTE-Markt ab. Zwar bietet dieser ein großes Marktpotential für die Hersteller von HF-Komponenten, allerdings herrscht nach Novaks Überzeugung hierbei noch eine relativ große Unsicherheit: »Es gibt einfach noch zu viele unterschiedliche Designansätze.« Der Grund: Das 4G/LTE-Netz stellt aufgrund des fragmentierten HF-Spektrums besondere Anforderungen an das HF-Front-End eines Mobiltelefons, so dass die Koexistenz zwischen den Bändern und die Konnektivität zu anderen Standards wie etwa GPS, Wi-Fi oder Bluetooth zur Herausforderung wird. »Die mangelnde internationale Abstimmung bei der Frequenzverteilung hatte allein schon 28 LTE-Standards zur Folge, die in der 3GPP-Spezifikation festgelegt sind«, so Novak.
»Das größte Problem für die Entwickler von Mobiltelefonen für 4G und LTE ist die Koexistenz mehrerer Frequenzbänder und die entsprechende Linearität, die einen störungsfreien Betrieb gewährleistet«, unterstreicht auch Allen Nogee, Forschungsleiter im Bereich drahtlose Kommunikation bei In-Stat. »Dem HF-Front-End wird der größte Teil der Entwicklungsarbeiten gewidmet, um ein bestmögliches HF-Signalverhalten zu erzielen. Denn tatsächlich lässt sich die spektrale Effizienz bei LTE nur mit höherer Linearität und Leistungsaufnahme realisieren. Mit den neuen STeP5-UltraCMOS-Produkten hat Peregrine offensichtlich einen Volltreffer gelandet.«
Zu Peregrines jüngster Familie mehrbandiger HF-Schalter gehören die SP10T-Typen PE426151, PE426152 und PE426153 sowie die SP8T-Versionen PE426821 und PE426851 mit integrierten MIPI-, SPI- oder GPIO-Schnittstellen. Sie erfüllen die Anforderungen an Linearität und Einfügungsdämpfung von 4G LTE HF-Front-Ends in allen Bedingungen.
Die neuen Schalter im Einzelnen:
- SP8T HF-Schalter PE426821 und PE426851: Die Einfügungsdämpfung beträgt 0,35 dB bei 900 MHz und 0,45 dB bei 1900 MHz, die Linearität (2fo, 3fo) -42 dBm bei 824 MHz bis 2,6 GHz, die Intermodulationsverzerrungen IMD 2. und 3. Ordnung betragen -111 dBm, die Isolation erreicht 37 dB auf allen Pfaden (900/1900 MHz) und 4 kV HBM ESD (ANT) sowie 2 kV für alle Anschlüsse.
- SP10T HF-Schalter PE426151, PE426152 und PE426153: Die Einfügungsdämpfung beträgt 0,4 dB bei 900 MHz und 0,5 dB bei 1900 MHz, die Linearität (2fo, 3fo) -42 dBm bei 824 MHz bis 2,6 GHz, die Intermodulationsverzerrungen IMD 2. und 3. Ordnung betragen -111 dBm, die Isolation erreicht 38 dB auf allen Pfaden (900/1900 MHz) und 4 kV HBM ESD (ANT) sowie 2 kV für alle Anschlüsse.
Alle SP8T- und SP10T-HF-Schalter sind für den Betrieb bis 3 GHz konzipiert und für Flip-Chip-Montage (KGD) geeignet.
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