載波聚合技術(shù)推動(dòng)射頻元件走向高整合MIPI設(shè)計(jì)

射頻前端天線開(kāi)關(guān)(Switch)、低噪聲放大器(LNA)模組整合度躍升。載波聚合(CA)已成新一代LTE系統(tǒng)不可或缺的重要技術(shù)，而為達(dá)到同 時(shí)聚合二到四組不同頻段的目的，并兼顧成本、效能及元件尺寸考量，高整合度且采移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器介面(MIPI)的天線開(kāi)關(guān)、低噪聲放大器模組重要性已與日俱增。

英飛凌射頻及保護(hù)元件/電源管理及多元電子事業(yè)處協(xié)理麥正奇表示，載波聚合技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)將帶動(dòng)射頻前端元件設(shè)計(jì)朝高整合方向邁進(jìn)。

英飛凌(Infineon)射頻及保護(hù)元件/電源管理及多元電子事業(yè)處協(xié)理麥正奇表示，過(guò)去3G時(shí)代全球采用的頻段數(shù)量約二十多個(gè)，如今邁入LTE時(shí)代，電 信商采用的頻段數(shù)量總計(jì)上看四十個(gè)，且還須兼顧4G對(duì)3G系統(tǒng)的向下相容性，讓移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更趨復(fù)雜，因此主天線、分集天線(Diversity Antenna)、天線開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)及低噪聲放大器等射頻元件用量都將大幅增加。

以高階LTE智能手機(jī)為例，其支援頻段數(shù)量約十二到十六個(gè)，為符合同時(shí)于多頻段運(yùn)作的需求，該裝置可能須分別由三組高/中/低頻應(yīng)用的主天線、三組分集天線、一到三組不等的天線開(kāi)關(guān)/天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)/低噪聲放大器等元件，構(gòu)成射頻前端系統(tǒng)。

即便是中低端智能手機(jī)，為了增加移動(dòng)通信系統(tǒng)的靈敏度及線性度，采用主天線以外的分集天線設(shè)計(jì)及增加天線開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)的用量，也已成了勢(shì)不可當(dāng)?shù)某绷鳌?/p>

麥正奇進(jìn)一步指出，除了LTE衍生出的多頻多模需求導(dǎo)致射頻元件用量增加之外，另一個(gè)值得關(guān)注的重點(diǎn)，就是因應(yīng)LTE-A及FDD/TDD-LTE融合組網(wǎng) 而生的載波聚合技術(shù)趨勢(shì)，也將為射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)；如當(dāng)天線須同時(shí)接收二到四組不同聚合頻段的LTE信號(hào)時(shí)，要如何讓開(kāi)關(guān)切換到正確的對(duì)應(yīng)頻 段，并讓天線調(diào)諧器調(diào)整到最準(zhǔn)確的匹配電路以?xún)?yōu)化天線效能，并簡(jiǎn)化復(fù)雜的走線數(shù)量，就成了嚴(yán)峻的設(shè)計(jì)考驗(yàn)。

事實(shí)上，高整合度的射頻前端方 案，已成載波聚合應(yīng)用趨勢(shì)下的重要解決方案。英飛凌電源管理及多元電子事業(yè)處經(jīng)理黃正宇表示，射頻前端系統(tǒng)的配置方式會(huì)隨著終端應(yīng)用市場(chǎng)、成本、電池大 小、擺放設(shè)計(jì)等考量而呈現(xiàn)多種風(fēng)貌，不過(guò)，通常高整合度的封裝方案將更能符合載波聚合的需求，例如將兩個(gè)天線開(kāi)關(guān)封裝于同一模組內(nèi)，比分離式設(shè)計(jì)方案，可 以更小的尺寸同時(shí)對(duì)應(yīng)到兩組天線，而模組內(nèi)的兩個(gè)天線開(kāi)關(guān)則采獨(dú)立運(yùn)作，并同時(shí)輸出兩個(gè)不同聚合頻段的信號(hào)至后端的數(shù)據(jù)機(jī)模組。

另一方面， 高整合的低噪聲放大器模組也為大勢(shì)所趨，如英飛凌的低噪聲放大器模組目前即能整合至多四個(gè)LTE頻段，以符合載波聚合的應(yīng)用需求；此外，近日市場(chǎng)上首款 LNA多工器模組(LNA Multiplexer Module, LMM)也已面世，該模組整合一顆低噪聲放大器及天線開(kāi)關(guān)，以更小的封裝方案媲美三頻低噪聲放大器的效能，更舍棄通用型輸入輸出(GPIO)介面設(shè)計(jì)，改 采MIPI介面，因而可大幅減少系統(tǒng)繞線數(shù)量。

黃正宇分析，隨著載波聚合時(shí)代的來(lái)臨，射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度隨之攀升，也將加速MIPI介 面成為射頻前端系統(tǒng)的主流。他透露，過(guò)去每個(gè)射頻元件須通過(guò)三條走線以形成GPIO的控制介面，換言之，若射頻前端系統(tǒng)有八個(gè)天線開(kāi)關(guān)，則至少須設(shè)計(jì)八組 GPIO介面；而MIPI介面則只須一組走線，即可相容于所有射頻元件，不僅能減少I(mǎi)/O介面及接腳(Pin)數(shù)量，也讓PCB繞線更容易，也因此現(xiàn)今許 多射頻元件商已加速開(kāi)發(fā)MIPI介面方案，以進(jìn)一步簡(jiǎn)化載波聚合射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。