思亞諾公司在全球移動數字電視廠的成功并不意外,其根本因素在于思亞諾公司從初創之時,憑借著以色列半導體業界模擬和數字技術的深厚積累,加上對各個細分市場的深刻理解和本土化并國際標準的市場支持力量一直引領著移動數字電視的發展。
思亞諾是全球第一家擁有自己內置天線產品線的芯片設計公司,還是全球第一家推出單芯片多標準全球漫游移動電視方案并量產的公司,并且是推出全球第一款單芯片的CMMB接收方案的半導體公司。
從芯片設計歷史來看,移動數字電視接收芯片的發展一般分成幾個階段:第一代產品,采用解調器與第三方調諧器的分離式雙芯片方案;第二代產品,采用解調器與第三方調諧器的SiP方案;第三代產品,采用解調器與自行設計的調諧器的SiP方案;第四代產品是單芯片的接收全集成方案。每個階段的產品的設計和生命周期基本上為1年到1.5年時間。
目前絕大多數的包括各種制式的數字電視接收芯片,均停留在第二代或第三代的SiP架構。
SiP單芯片方案遇到的困惑
芯片的開發流程包含設計,流片,封裝測試等幾個階段。流片和封裝測試段均由不同獨立的半導體工廠如中芯國際、臺積電、Amkor等負責。目前流行的SiP封裝的移動數字電視接收單芯片設計方案,會遇到商務、設計、制造等方面的困難。首先,如果采購第三方的射頻芯片,技術支持、產品制造和采購均依賴第三方,當遇到接收芯片需求遇到爆炸式增長的階段,很可能遇到產能的問題;其次,在封裝上也可能遇到會不可預測的干擾因素。通常的SiP單芯片的封裝無非是圖1所示的三種方式。
如果不了解調諧器的內部電路,沒有與封裝廠商緊密合作,采用圖1(a)或(b)中的封裝方式會有很大可能產生數模信號的混合干擾。某數字電視接收芯片設計公司就曾出現這樣一種情況,分離式解調與調諧的雙芯片方案工作一切正常,但用同樣的解調器裸片(die)和調諧器裸片做堆疊SiP封裝流片后,發現所有以6Mhz結尾的頻點無法正常工作,其根本原因就是調諧器、混頻器受到數字電路的干擾。為排除數模干擾,由于無法觸及調諧芯片內部電路,只能在封裝時的布局和布線上做調整。
有的芯片公司為解決干擾問題,可能會采用圖1(b)的方式,即解調裸片放置在調諧裸片的上方。但遺憾是的,采用這種封裝方式的芯片公司會發現制造上的一些難題。由于上部的裸片尺寸大于下部的裸片,在芯片生產的塑封、固化等階段會觸及上方裸片,導致上下接觸不良,甚至導致裸片物理損壞。當然,如果采用圖1(c)的封裝方式,可以最大程度減少制造和干擾可能遇到的難題。
支持中國移動的MBBMS的CMMB接收芯片,除了解調和調諧芯片以外,還需要另外一個獨立智能卡商提供的UAM(用戶認證模塊)芯片,一共有三顆獨立的芯片。這樣,依照第三方式封裝成的CMMB SiP方案,芯片尺寸無法優化,并必定以長方形態呈現,從而提高了整個產品PCB電路板設計的復雜度。
思亞諾單芯片設計的技術優勢
單裸片的芯片方案避免了生產、封裝及測試等諸多難題,而將問題全部匯集在芯片設計階段集中解決。在模擬/混合信號電路設計中,需要特別考慮的問題包括混合方式、模擬信號電路設計、電源和地的劃分、約束管理以及混合仿真和驗證、干擾和噪聲抑制等。在模擬信號方面,由于存在隨時間連續變化的電壓和電流有效信號,很容易受到數字電路的產生各種諧波和噪聲所影響。數模混合設計的單芯片技術成為業內設計最難的芯片設計課題。思亞諾全球首席運營官Hamutal曾說,全以色列最好的射頻工程師不超過9位,包括一位在德國的資深專家,幸運的是其中有4位最優秀的射頻工程師就在思亞諾。
在摩爾定律左右的半導體行業,芯片設計是不進則退,思亞諾始終以超越自己,引領移動電視設計為宗旨。今年,思亞諾推出全球第一顆單芯片的CMMB接收芯片方案2186/2180。而從采用第三方射頻芯片做SiP方案,再到完全自己設計模數混合單芯片,這個過程至少需要兩代芯片研發周期,即兩年以上的時間。
單芯片方案減少了雙裸片堆疊時的不良率和封裝測試成本,還可以使用共用電源設計的方式達到最低功耗的效果。在芯片設計之初,就由芯片公司綜合設計模擬數字混合電路,可以做到良好的混合信仿真和很好的信號隔離,從而實現優越的接收性能。表1是2186的接收性能指標。
最豐富的2186 CMMB TD turn-key方案
2186方案在業內樹立了移動數字電視接收芯片的性能標桿,其中一些重要性能指標,如小于45mW的工作功耗、超過CMMB規范15db以上的抗干擾能力、雙天線的分集接收性能、全時隙CMMB全業務接收,至今仍未有競爭對手超越。當然,某些首創性的功能,比如片上CA硬解擾、支持內置天線等,已經正在被一些競爭對手模仿,但功能的成熟度還是有不少的差距。
在與多家TD基帶芯片集成方面,2186方案除了提供通用的SDIO、SPI接口之外,還可以支持I2C+TS接口和存儲器接口。TS接口作為成熟的視頻傳輸層協議接口,廣泛使用在各種DVB、ATSC、ISDB等處理芯片中,這些主芯片可以迅速集成2186以支持CMMB應用。2186芯片同時支持存儲器接口,因此所有的應用處理器或基帶芯片都可以集成2186 CMMB功能,大大擴展了移動電視平臺方案選擇性。
在2186發布的同時,思亞諾率先發布了為中國移動廣播式手機電視業務管理系統(MBBMS)提供的軟件協議棧,成為業內首家能提供相關協議棧的數字電視芯片設計公司。MBBMS系統利用移動網絡為CMMB業務進行著計費、用戶和條件接收方面的管理,其應用方案軟件架構如圖2所示。
藍色部分的模塊由思亞諾公司提供,因此采用思亞諾方案意味著任何一家支持傳統手機視頻流媒體播放的TD基帶或應用處理器,均能迅速提供MBBMS+CMMB功能。
綜上所述,擁有成熟軟硬件系統、最高集成度芯片和優越接收性能的2186的CMMB方案,將成為2010和2011年主流的CMMB移動數字電視方案。
作者:陳思功
思亞諾 大中華區高級技術市場經理