无线通讯应用扩张,射频芯片加速微型化

2014-07-21 08:35:17来源: 新电子

    射频元件规格将日益精进。汽车、家庭自动化、智慧电表、医疗与健身/保健等应用,正快速朝向联网和智慧化发展,驱动射频晶片开发商加紧技术创新脚步,以打造整合度更高、尺寸更小且支援多频或多模设计的新方案。

英飞凌射频/保护元件事业处协理麦正奇

    射频元件规格再突破。汽车、家庭自动化、智慧电表、医疗与健身/保健等应用,正快速朝向联网化、智慧化发展,驱动Wi-Fi、蓝牙、GPS、3G、LTE等射频晶片开发商加快技术创新脚步,以打造整合度更高、尺寸更小且支援多频或多模设计的新方案。

    射频(RF)技术是半导体中变动快速且成长最快的领域之一,多年来随着人们生活方式的改变,无线连结装置已成为每个人不可或缺的必需品。回顾1980年以前,射频电子显得有点神秘,过去大多应用于军事用途,直至第一个采用低杂讯放大器(LNA)的民间应用--卫星电视出炉,才开启新局面。

    英飞凌(Infineon)在射频技术领域投入超过50年(图1),第一款射频锗电晶体于1954年推出,距今将近60年,这也是西门子(Siemens)半导体公司(现为英飞凌)的起点。而1956年,该公司又开发出第一款Si-NPNRF电晶体,当时矽与砷化镓双极性电晶体(GaAs BJT)已开始用于高频率应用。1950和1960年代推出的产品更使电晶体收音机大受欢迎。

图1 50年来射频晶片技术演进过程

    随后在1970与1980年代,业界也持续推出射频金属氧化物场效电晶体(RF MOSFET)与变容二极体技术产品,打开射频元件在电视机市场的应用版图。1990年代的生活方式从家用有线电话转变为个人行动装置,20年前行动通讯市场仅有2G全球行动通讯系统(GSM)手机,可让使用者传送、接收语音与简讯,但是随着1992年代无线技术进化,网际网路也逐渐成为分享资讯的通讯平台。

射频技术日新月异 传输频率大跃进

    观察市场趋势的变化,射频元件的传输频率成为晶片商在市场上相互较劲的关键要素。在1990与2000年代,英飞凌射频产品的传输频率以指数成长至超过200GHz,以指数型曲线达到全新等级的优异传输频率,奠定离散电晶体与二极体的射频效能标准。

    几年前,业界没有人想到无线区域网路(Wi-F i)、蓝牙(Bluetooth)、全球卫星定位系统(GPS)及3G/4G等无线技术,能整合至智慧型手机及平板装置之类的产品。另外,随着网际网路工具使用逐渐普及,无线通讯技术和相关装置的互动方式已迈入另一个新阶段。

    以英飞凌为例,该公司已历经七个双极世代的射频技术演进,反映此技术从60年代后期至最新8寸矽锗碳(SiGe:C)制程的大幅转变(图2)。矽锗碳对射频元件而言是一项重要的制程技术突破,透过该制程可提供高达200GHz及0.6dBNFmin@1.8GHz的fT*BVCEO产品。

图2 射频晶片矽锗制程演进过程

    值得关注的是,2008年第一款以射频互补式金属氧化物半导体(CMOS)技术、制程与设计专业知识开发的Bulk CMOS RF开关问世,更彻底改变行动通讯前段开关市场,随后在2012年此技术也进一步升级至130奈米。

小型、高整合及多功能设计成显学

    由于各种无线通讯应用设计持续增加,加上用户对提升无线使用体验殷切的需求,包括汽车、家庭自动化、智慧电表、教育、医疗与健身/保健等领域皆需要更具智慧的连线能力,同时也须整合具备3G、长程演进计划(LTE)与Wi-Fi功能的智慧型手机与平板电脑,扩大支援使用者的联网需求。

    据市场研究单位统计,全球Wi-Fi电子产品出货量正快速成长,年成长率约20%。消费者持续选择具有Wi-Fi功能的行动装置以存取网际网路,Wi-Fi热点的数量也持续增加,透过次世代传输量极高(最低目标1Gbit/s)的802.11ac产品,可提供双频段、双并行(DBDC)无线存取点、路由器与闸道器,Wi-Fi讯号将会变得更强。

    即将到来的无线技术,例如IEEE 802.11ac/ad/af、LTE、LTE-Advanced、IMT-Advanced,将改变未来多模式与多频段多重输入多重输出(MIMO)行动装置的射频架构,并以行动产业处理器介面(MIPI)或DigRF V4介面支援愈来愈多的语音、资料及视讯应用。另外,随着4G LTE开始应用于日常生活中,估计下一代行动通讯技术5G也将于2020年推出,进一步提供更快的传输速率。

    在目前的射频元件市场开发中,封装是极重要的技术,因为消费者不断追求轻薄短小的行动装置。随着更多的应用整合至单一平台,预期射频元件设计趋势将聚焦于小型化尺寸、更高的整合度、更多的频段与模式、更强的抗干扰能力,以及可支援多种新兴无线功能共存、多种收发器的控制介面的形式。

    总而言之,行动通讯与Wi-Fi技术将不断演化,资料传输速率是技术的主要改进要点,包括速度、距离涵盖范围与技术标准的提升,皆是射频晶片商未来的投资重点。


 

关键字:无线通讯  射频芯片

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2014/0721/article_12443.html
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