实现1美元IoT节点 CMOS RF技压砷化镓方案

2014-11-03 08:27:15来源: 新电子 关键字:IoT  CMOS  RF

    互补式金属氧化物半导体射频(CMOS RF)方案将乘物联网之势快步崛起。为加速物联网装置和应用普及,业界正积极研发成本低至1美元的无线感测网路节点(WSN),引发系统关键零组件大幅降价的需求;对此,RF晶片商正酝酿以CMOS制程取代传统砷化镓(GaAs)方案,以缩减一半以上晶片成本,实现超低价WSN。

    RFaxis全球销售副总裁Raymond Biagan表示,物联网须透过大量WSN,才能实现数以百亿计的装置互连,因此相关业者对WSN系统中关键的RF元件成本格外重视,并将其视为加速物联网装置普及的重要触媒。随着RF成本压力遽增,晶片商也开始从较昂贵的砷化镓制程,转向标准化、价格亲民的矽锗(SiGe)和CMOS RF方案;其中,CMOS RF可在性能媲美砷化镓产品的前提下,降低一半以上制造和测试成本,并达成更高元件整合度,更已成为业界布局焦点。

    RFaxis市场与产品应用副总裁钱永喜补充,多家国际市场研究机构已提出物联网市场预测,大部分皆认为2020年整体联网装置将上看百亿部,但要支援数量如此庞大的装置互连情境,WSN成本须低于1美元才能广为布建,加速组织完整的物联网路。换句话说,RF晶片商要打入物联网市场,就要将缩减成本当作第一要务,思考其产品如何满足1美元以下的终端设备价格。

    尽管目前砷化镓RF晶片仍是市场主流,出货占比高达九成,但其囿于制程和材料特殊性,无论在生产和设计成本方面皆所费不赀,未来在物联网掀动的低成本RF设计风潮下,光环将逐渐被CMOS RF取代。

    钱永喜坦言,以他过去曾投入砷化镓晶圆代工产业的经验,此方案要满足1美元终端设计几乎是不可能任务,因此未来几年CMOS RF势将加速瓜分砷化镓RF市占,可望从2014年约两百万颗出货,大幅跃升至2018年的两亿颗出货量。

    除成本以外,物联网装置开发商亦相当关注RF晶片传输效率和尺寸,以实现更低功耗且小体积的WSN,减轻布建困难度。Biagan强调,相较于砷化镓方案,CMOS制程有助提高功率放大器(PA)、低杂讯放大器(LNA)、收发开关电路、匹配网路(Associated Matching Network)和谐波滤波器(Harmonic Filter)等RF元件的整合度。以RFaxis为例,已透过CMOS制程开发出整合上述元件的RFeIC系列产品,可取代传统PA和其他RF晶片分离式的设计,或RF前端模组(FEM),为系统业者争取更多设计空间,同时减轻测试负担。

    与此同时,CMOS RF亦可透过低电压设计,显着降低驱动和运作功耗。钱永喜分析,砷化镓和矽锗RF基于制程和材料特性,至少要导通2.6伏特(V)的电压才能驱动,并须供应3.3或5伏特电压才能持续运作;相较之下,CMOS仅需1.2伏特驱动电压和2.4伏特运作电压,在系统电流相等的前提下,省电效益将高达30~40%,有助提升RF传输效率和线性度(Linearity)。

    钱永喜也透露,最新一代无线区域网路(Wi-Fi)802.11ac Wave 2标准对RF元件规格非常讲究,不仅要求达到-40dB EVM的线性度表现,亦须将讯号失真率控制在1%以下。对此,RFaxis的CMOS RF单晶片规格已率先达阵,正携手通讯晶片商开发相关参考设计,可望赶在2015年上市;目前多家一级(Tier 1)网通设备厂,更已计画将此元件列入首波采购清单,替代既有的砷化镓RF晶片。

关键字:IoT  CMOS  RF

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/IoT/2014/1103/article_946.html
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