CA技术推动RF元件走向高整合/MIPI设计

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射频前端天线开关(Switch)、低杂讯放大器(LNA)模组整合度跃升。载波聚合(CA)已成新一代LTE系统不可或缺的重要技术，而为达到同时聚合二到四组不同频段的目的，并兼顾成本、效能及元件尺寸考量，高整合度且采行动产业处理器介面(MIPI)的天线开关、低杂讯放大器模组重要性已与日俱增。
           
          英飞凌射频及保护元件/电源管理及多元电子事业处协理麦正奇(右)表示，载波聚合技术的应用趋势将带动射频前端元件设计朝高整合方向迈进。左为英飞凌电源管理及多元电子事业处经理黄正宇。英飞凌(Infineon)射频及保护元件/电源管理及多元电子事业处协理麦正奇表示，过去3G时代全球采用的频段数量约二十多个，如今迈入LTE时代，电 信商采用的频段数量总计上看四十个，且还须兼顾4G对3G系统的向下相容性，让行动通讯系统的设计更趋复杂，因此主天线、分集天线(Diversity Antenna)、天线开关、天线调谐开关及低杂讯放大器等射频元件用量都将大幅增加。
           
          以高阶LTE智慧型手机为例，其支援频段数量约十二到十六个，为符合同时于多频段运作的需求，该装置可能须分别由三组高/中/低频应用的主天线、三组分集天线、一到三组不等的天线开关/天线调谐开关/低杂讯放大器等元件，构成射频前端系统。
           
          即便是中低阶智慧型手机，为了增加行动通讯系统的灵敏度及线性度，采用主天线以外的分集天线设计及增加天线开关、天线调谐开关的用量，亦已成了势不可当的潮流。
           
          麦正奇进一步指出，除了LTE衍生出的多频多模需求导致射频元件用量增加之外，另一个值得关注的重点，就是因应LTE-A及FDD/TDD-LTE融合组 网而生的载波聚合技术趋势，亦将为射频前端系统设计带来新的挑战；如当天线须同时接收二到四组不同聚合频段的LTE讯号时，要如何让开关切换到正确的对应 频段，并让天线调谐器调整到最准确的匹配电路以优化天线效能，并简化复杂的走线数量，就成了严峻的设计考验。
           
          事实上，高整合度的射频前端方案，已成载波聚合应用趋势下的重要解方。英飞凌电源管理及多元电子事业处经理黄正宇表示，射频前端系统的配置方式会随着终端 应用市场、成本、电池大小、摆放设计等考量而呈现多种风貌，不过，通常高整合度的封装方案将更能符合载波聚合的需求，例如将两个天线开关封装于同一模组 内，比分离式设计方案，可以更小的尺寸同时对应到两组天线，而模组内的两个天线开关则采独立运作，并同时输出两个不同聚合频段的讯号至后端的数据机模组。
           
          另一方面，高整合的低杂讯放大器模组亦为大势所趋，如英飞凌的低杂讯放大器模组目前即能整合至多四个LTE频段，以符合载波聚合的应用需求；此外，近日市 场上首款LNA多工器模组(LNA Multiplexer Module, LMM)亦已面世，该模组整合一颗低杂讯放大器及天线开关，以更小的封装方案媲美三频低杂讯放大器的效能，更舍弃通用型输入输出(GPIO)介面设计，改 采MIPI介面，因而可大幅减少系统绕线数量。
           
          黄正宇分析，随着载波聚合时代的来临，射频前端系统设计复杂度随之攀升，亦将加速MIPI介面成为射频前端系统的主流。他透露，过去每个射频元件须透过三 条走线以形成GPIO的控制介面，换言之，若射频前端系统有八个天线开关，则至少须设计八组GPIO介面；而MIPI介面则只须一组走线，即可相容于所有 射频元件，不仅能减少I/O介面及接脚(Pin)数量，亦让PCB绕线更容易，也因此现今许多射频元件商已加速开发MIPI介面方案，以进一步简化载波聚 合射频前端系统设计复杂度。