RF MEMS、软件无线电 未来LTE手机的两大关键技术

分享到:

随着LTE多频多模智能手机时代的来临,新一代智能手机要求在2G、3G模式基础上增加支持LTE模式及相应的工作频段,并实现国际漫游的工作频段,频段总量接近40个。频段的快速增加引发内部射频(RF)天线尺寸与功耗过大问题,如何降低天线数量、尺寸并增强信号接收性能与频宽是当前工程师面临的问题。射频工程师对射频前端器件提出了更高的要求,促使射频半导体厂商加速研发创新RF技术与解决方案,包括RF MEMS及软件定义无线电(SDR)、天线频率调整等新兴技术,已受到终端设备制造商关注。

RF MEMS技术提升手机天线性能节约成本

随着业界对RF技术要求的提升,Qualcomm、联发科等芯片大厂开始积极强化RF方案,高通更率先推出业界首款CMOS功率放大器(PA),以改善RF性能与成本。由于芯片厂商的RF方案优势在于处理器端的信号增强与噪声消除,对优化RF天线尺寸与传输功耗的效果依然非常有限, 业界开始关注采用MEMS技术工艺的RF产品。

RF MEMS是近年来MEMS领域的研究热点,其基于机械式谐振结构,只要改变内部隔板距离就能使电容流量产生变化,可免除外部电容与开关等零组件,减轻天线总体功耗与体积;此外,其具备可编程能力,可支持软件无线电(SDR)功能,并实现天线频率调整、可调式阻抗匹配等控制方案,协助简化RF前端模块(FEM)设计、增强信号接收性能、带宽及减少天线数量。由此实现射频系统的片内高集成,消除由分立元件带来的寄生损耗,真正做到系统的高内聚,低耦合,能显著提高系统的性能。

射频微机电系统(MEMS)设计和制造厂商Cavendish Kinetics总裁Dennis Yost表示,随着智能型手机频段的持续增加,如何提升RF天线性能,且不影响系统占用空间与耗电量表现,已成为RF器件和手机厂商的产品发展重点,由此带动新一轮RF技术革命,这为在尺寸和性能都表现优异的RF MEMS技术带来新的机会。

Yost进一步介绍,采用Cavendish Kinetics RF MEMS持术的LTE手机可望于近期陆续推出,目前Cavendish Kinetics正与多家手机制造商紧密合作,初期将锁定高端LTE多频多模手机应用,待逐步达到量产经济规模后,再挺进中低端手机市场。

Yost预计2014 -2016年RF MEMS技术将快速发展,包括RF前端模块的功率放大器、滤波器(Filter)和双工器(Duplexer)均可动态调整,进而达成更高效率;另外,由于RF MEMS兼容CMOS工艺并支持数字界面,未来可能与逻辑芯片进一步结合,实现更高整合度的手机系统解决方案。 同时RF MEMS因减少周边器件用量,整体物料清单(BOM)成本反而比传统RF设计更低,而且在各种LTE频段中平均能提高35%传输效率,RF MEMS将成为未来5∼10年手机设计中的关键技术之一。

业界预计未来四年RF MEMS技术演进图

软件无线电(SDR)技术日益成熟 将进驻LTE手机

各国频谱规划差异以及电信运营商也各自布署FDD或TDD LTE网络,导致手机天线功能的需求复杂化。芯片商与系统厂商除发力新兴RF技术外,也开始采用日益成熟的SDR技术,希望通过软件编程功能,自动侦测并切换至用户所在地的最佳LTE频段,以最小幅度的RF硬件变动,优化手机性能。

NVIDIA在Tegra 4i中已率先导入LTE软件定义调制解调器(Modem),打响SDR技术在手机RF应用中的第一枪,目前至少还有二十几家处理器厂商计划采用SDR技术,以协助系统厂商改善LTE手机天线的尺寸与耗电量。或许 SDR技术将是加速LTE手机上市,并实现全球漫游的关键推手之一。

微处理器厂商Tensilica创始人Chris Rowen表示,随着LTE手机加入多输入多输出(MIMO)、载波聚合(Carrier Aggregation)等功能后,对天线的性能要求更将大幅提升,厂商为兼顾高性能与低功耗、小尺寸设计,将采用SDR技术发展特定基带RF子系统或增强型接收器(Turbo Receiver),以满足LTE、LTE-Advanced的设计需求。

总结

通常手机厂商及技术部门对更换设计方案和器件的评估都非常慎重,以免增加投资和产品上市的风险。近年来传统的射频厂商也开始积极研发创新的RF技术应对多模多频的挑战,RF MEMS、SDR作为在终端应用的新技术,要让终端厂商及设计工程师完全接受还需要较长的过程。但MEMS、SDR技术的诸多优势,必将成为LTE、LTE-Advanced多频多模手机RF主要参考技术之一。

继续阅读
详解5G三大关键技术

想必你已听说,由中国移动牵头提出的SBA构架已被3GPP确认为5G核心网基础构架,实在令人欣喜自豪。

软件无线电的开发工具

软件无线工作者希望基于一款通用的平台将功能软件化,并可以通过软件升级来完成系统的升级。考虑到软件无线电的软件功能离不开硬件设备,所以关于软件无线电的开发工具,可以分为3 类

详解软件无线电的架构

软件无线电(SDR)最初的概念是一种通信技术或者体系结构,而现在SDR,确切地说是软件定义无线电,更接近一种设计方法或者设计理念。软件无线电在理论上有着良好的应用前景,实际应用中却受到软、硬件工艺或者处理能力的限制,但是基于软件无线电概念基础上的软件定义无线电技术却越来越受到人们的重视。在2001 年10 月份举行的ITU-8F 会议上,软件定义无线电被推荐为未来无线通信极有可能的发展方向。

软件无线电和认知无线电技术

随着软件无线电技术的发展,智能无线电技术逐渐成为通信领域关注的热点,并给无线通信带来新的发展空间。讲座将分为3 期对智能无线电技术技术进行介绍:第1 期讲述智能无线电技术的背景及发展现状;第2 期详细介绍了智能无线电技术中的关键技术——软件无线电的架构,并从其应用及通用平台设计角度分析各类平台的优缺点;第3 期介绍了软件无线应用中的多种开发工具。

MEMS封装市场快速增长,RF MEMS封装增长最快

MEMS的特点是设计和制造技术多而广,且没有标准化工艺。MEMS的应用范围具有广泛且分散的特点。因此,MEMS封装必须能满足不同应用的需求,例如在不同介质环境中的保护能力、气密性、互连类型、热管理等。从消费类应用的低成本封装方式到汽车和航空行业的耐高温和抗恶劣气候的高可靠性封装;从裸露在大气环境下的封装方式到密闭式的封装方式,各种封装类型对MEMS封装行业提出了诸多挑战。