降低LTE/11ac失真 手機射頻前端翻新電路設計

作者: 黃耀瑋
2014 年 04 月 14 日

4G手機射頻前端(RF Front-end)將展現全新面貌。為符合LTE和802.11ac標準對訊號失真的嚴格規範,智慧型手機廠對射頻前端的線性度及抗雜訊表現要求日益提高,因而驅動射頻晶片商革新前端元件建模(Modeling)及電路設計技術,同時投入發展新的訊號隔離、開關(Switch)和電源管理機制,促進手機射頻前端全面進化。


立積電子董事長馬代駿表示,隨著無線通訊標準持續演進、聯網環境日益複雜,手機廠和網通設備業者對射頻前端元件的性能要求也與日俱增,尤其在開發最新的LTE及802.11ac裝置時,更極度注重內建射頻元件的誤差向量幅度(EVM)表現,同時還希望提高訊號傳輸距離、接收靈敏度及抗干擾能力,以減輕訊號失真問題並提高應用價值,在在加重射頻前端元件商研發負擔。


事實上,LTE、802.11ac訊號收發表現與射頻前端元件線性度息息相關,而EVM數值即是檢視功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)或整合型單晶微波積體電路(MMIC)等射頻前端元件效能的重要指標,偏差愈低代表線性度愈好。


立積電子總經理王是琦指出,以往802.11n無線區域網路(Wi-Fi)裝置內建的射頻前端元件僅須符合3%的EVM水準;然而,新一代802.11ac產品設計已要求達到1.8%以下EVM,甚至更前瞻的802.11ad還訂出1.2% EVM的嚴格規範,大幅墊高技術門檻。此外,LTE手機朝向多頻多模發展,並將加速引進載波聚合(Carrier Aggregation)和多重輸入多重輸出(MIMO)天線等新技術,手機製造商亦開始將線性度規格列為重要的元件採購評估項目。


因應無線通訊產品設計快速轉變,包括Skyworks、RFMD和立積電子皆已加緊翻新射頻晶片製程、建模、電路設計、濾波和隔離機制,以大幅強化線性度表現。王是琦更強調,立積將擴大投資矽鍺(SiGe)和互補式金屬氧化物半導體(CMOS)的低成本射頻元件製程,並厚實整合PA、LNA、射頻開關、濾波器和分頻器的MMIC產品陣容,以更優異的性價比爭取系統業者青睞。


另一方面,著眼於LTE手機必須在低功耗前提下,實現更高的訊號傳輸效能,通訊相關晶片商亦已掀起封包追蹤(Envelope Tracking)技術開發熱潮,其中,PA更扮演關鍵角色,且須與電源管理晶片密切配合,才能大幅改善手機發送LTE訊號的功耗,因此立積已著手進行相關技術研發。


馬代駿強調,射頻前端偏重技術導向,不僅進入門檻極高,相關材料製程、電路設計、訊號隔離和抗干擾機制的研發投資也相當龐大,因此台灣廠商在2G邁入3G行動通訊時代之際,就已不敵國際大廠的競爭而紛紛淡出市場。相較之下,立積電子早期因積極切入對線性度要求較嚴格的Wi-Fi射頻前端市場,累積不少射頻技術知識與專利,遂能持續跟進LTE、802.11ac等無線通訊標準的發展,成為目前這些領域碩果僅存的台商。

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