隨著智能手機(jī)、汽車、智能家居、智能電網(wǎng)、醫(yī)療與保健等的廣泛應(yīng)用，正加速朝無線化、智能化方向發(fā)展，驅(qū)動Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS、3G、LTE等射頻芯片開發(fā)商加快技術(shù)創(chuàng)新腳步，以打造集成度更高、尺寸更小且支持多頻或多模設(shè)計(jì)的新方案。

當(dāng)今射頻(RF)技術(shù)是半導(dǎo)體中變動快速且成長最快的領(lǐng)域之一，多年來隨著人們生活方式的改變，無線連結(jié)設(shè)備已成為每個人不可或缺的必需品。回顧1980年以前，射頻電子顯得有點(diǎn)神秘，過去大多應(yīng)用于軍事用途，直至第一個采用低噪聲放大器(LNA)的民用設(shè)備--衛(wèi)星電視出爐，才開啟新局面。

英飛凌射頻/保護(hù)元件事業(yè)部經(jīng)理麥正奇介紹Infineon在射頻技術(shù)領(lǐng)域投入超過50年(圖1)，第一款射頻鍺電晶體于1954年推出，距今將近60年，這也是西門子(Siemens)半導(dǎo)體公司(現(xiàn)為英飛凌)的起點(diǎn)。而1956年，該公司又開發(fā)出第一款Si-NPNRF電晶體，當(dāng)時矽與砷化鎵雙極性電晶體(GaAs BJT)已開始用于高頻率應(yīng)用。1950和1960年代推出的產(chǎn)品更使電晶體收音機(jī)大受歡迎。

圖1　50年來射頻芯片技術(shù)演進(jìn)過程

隨后在1970與1980年代，業(yè)界也持續(xù)推出射頻金屬氧化物場效電晶體(RF MOSFET)與變?nèi)荻O體技術(shù)產(chǎn)品，打開射頻元件在電視機(jī)市場的應(yīng)用版圖。1990年代的生活方式從家用有線電話轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人移動設(shè)備，20年前移動通信市場僅有2G全球移動通信系統(tǒng)(GSM)手機(jī)，可讓使用者傳送、接收語音與簡訊，但是隨著1992年代無線技術(shù)進(jìn)化，寬帶網(wǎng)絡(luò)也逐漸成為分享資訊的通訊平臺。

射頻技術(shù)日新月異　傳輸頻率大躍進(jìn)

觀察市場趨勢的變化，射頻元件的傳輸頻率成為芯片商在市場上相互較勁的關(guān)鍵要素。在1990與2000年代，英飛凌射頻產(chǎn)品的傳輸頻率以指數(shù)成長至超過200GHz，以指數(shù)型曲線達(dá)到全新等級的優(yōu)異傳輸頻率，奠定離散電晶體與二極體的射頻效能標(biāo)準(zhǔn)。

幾年前，業(yè)界沒有人想到無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)、藍(lán)牙(Bluetooth)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)及3G/4G等無線技術(shù)，能整合至智能手機(jī)及平板設(shè)備之類的產(chǎn)品。另外，隨著互聯(lián)網(wǎng)工具使用逐漸普及，無線通訊技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的互動方式已邁入另一個新階段。

以英飛凌為例，該公司已歷經(jīng)七個雙極時代的射頻技術(shù)演進(jìn)，反映此技術(shù)從60年代后期至最新8寸硅鍺碳(SiGe:C)工藝的大幅轉(zhuǎn)變(圖2)。硅鍺碳對射頻元件而言是一項(xiàng)重要的工藝技術(shù)突破，透過該工藝可提供高達(dá)200GHz及[email protected]的fT*BVCEO產(chǎn)品。

圖2　射頻芯片硅鍺工藝演進(jìn)過程

值得關(guān)注的是，2008年第一款以射頻互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)、工藝與設(shè)計(jì)專業(yè)知識開發(fā)的Bulk CMOS RF開關(guān)問世，更徹底改變移動通信前段開關(guān)市場，隨后在2012年此技術(shù)也進(jìn)一步升級至130納米。

小型、高整合及多功能設(shè)計(jì)成趨勢

由于各種無線通訊應(yīng)用設(shè)計(jì)持續(xù)增加，加上用戶對提高無線使用體驗(yàn)的需求，包括智能手機(jī)、汽車、智能家居、智能電網(wǎng)、醫(yī)療與保健等領(lǐng)域皆需要更具智能的連線能力，同時也須整合具備3G、LTE與Wi-Fi功能的智能手機(jī)與平板電腦。

據(jù)市場分析機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，全球Wi-Fi電子產(chǎn)品出貨量正快速成長，年成長率約20%。消費(fèi)者持續(xù)選擇具有Wi-Fi功能的移動設(shè)備，Wi-Fi熱點(diǎn)的數(shù)量也持續(xù)增加，通過新一代傳輸量極高(最低目標(biāo)1Gbit/s)的802.11ac產(chǎn)品，可提供雙頻段、雙并行(DBDC)無線存取點(diǎn)、路由器與閘道器，Wi-Fi信號將會變得更強(qiáng)。

對已經(jīng)到來的無線技術(shù)，例如IEEE 802.11ac/ad/af、LTE、LTE-Advanced、IMT-Advanced，已改變未來多模式與多頻段多重輸入多重輸出(MIMO)移動設(shè)備的射頻架構(gòu)，并以移動產(chǎn)業(yè)處理器界面(MIPI)或DigRF V4界面支持愈來愈多的語音、資料及視頻應(yīng)用。另外，隨著4G LTE開始應(yīng)用于日常生活中，估計(jì)下一代移動通信技術(shù)5G也將于2020年推出，進(jìn)一步提供更快的傳輸速率。

在目前的射頻元件市場開發(fā)中，封裝是極重要的技術(shù)，因?yàn)橄M(fèi)者不斷追求輕薄短小的移動設(shè)備。隨著更多的應(yīng)用整合至單一平臺，預(yù)期射頻元件設(shè)計(jì)趨勢將聚焦于小型化尺寸、更高的整合度、更多的頻段與模式、更強(qiáng)的抗干擾能力，以及可支持多種新興無線功能共存、多種收發(fā)器的控制形式。

總而言之，移動通信與Wi-Fi技術(shù)將不斷演化，資料傳輸速率是技術(shù)的主要改進(jìn)要點(diǎn)，包括速度、距離覆蓋范圍與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提升，皆是射頻芯片商未來的投資重點(diǎn)。