載波聚合技術(shù)推動(dòng)射頻元件走向高整合MIPI設計

射頻前端天線(xiàn)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系統不可或缺的重要技術(shù)，而為達到同 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(xiàn)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)的應用趨勢將帶動(dòng)射頻前端元件設計朝高整合方向邁進(jìn)。

英飛凌(Infineon)射頻及保護元件/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量約二十多個(gè)，如今邁入LTE時(shí)代，電 信商采用的頻段數量總計上看四十個(gè)，且還須兼顧4G對3G系統的向下相容性，讓移動(dòng)通信系統的設計更趨復雜，因此主天線(xiàn)、分集天線(xiàn)(Diversity Antenna)、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)、天線(xiàn)調諧開(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智能手機為例，其支援頻段數量約十二到十六個(gè)，為符合同時(shí)于多頻段運作的需求，該裝置可能須分別由三組高/中/低頻應用的主天線(xiàn)、三組分集天線(xiàn)、一到三組不等的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)/天線(xiàn)調諧開(kāi)關(guān)/低噪聲放大器等元件，構成射頻前端系統。

即便是中低端智能手機，為了增加移動(dòng)通信系統的靈敏度及線(xiàn)性度，采用主天線(xiàn)以外的分集天線(xiàn)設計及增加天線(xiàn)開(kāi)關(guān)、天線(xiàn)調諧開(kāi)關(guān)的用量，也已成了勢不可當的潮流。

麥正奇進(jìn)一步指出，除了LTE衍生出的多頻多模需求導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LTE-A及FDD/TDD-LTE融合組網(wǎng) 而生的載波聚合技術(shù)趨勢，也將為射頻前端系統設計帶來(lái)新的挑戰；如當天線(xiàn)須同時(shí)接收二到四組不同聚合頻段的LTE信號時(shí)，要如何讓開(kāi)關(guān)切換到正確的對應頻 段，并讓天線(xiàn)調諧器調整到最準確的匹配電路以?xún)?yōu)化天線(xiàn)效能，并簡(jiǎn)化復雜的走線(xiàn)數量，就成了嚴峻的設計考驗。

事實(shí)上，高整合度的射頻前端方 案，已成載波聚合應用趨勢下的重要解決方案。英飛凌電源管理及多元電子事業(yè)處經(jīng)理黃正宇表示，射頻前端系統的配置方式會(huì )隨著(zhù)終端應用市場(chǎng)、成本、電池大 小、擺放設計等考量而呈現多種風(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(xiàn)開(kāi)關(guān)封裝于同一模組內，比分離式設計方案，可 以更小的尺寸同時(shí)對應到兩組天線(xiàn)，而模組內的兩個(gè)天線(xiàn)開(kāi)關(guān)則采獨立運作，并同時(shí)輸出兩個(gè)不同聚合頻段的信號至后端的數據機模組。

另一方面， 高整合的低噪聲放大器模組也為大勢所趨，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(xiàn)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)介面設計，改 采MIPI介面，因而可大幅減少系統繞線(xiàn)數量。

黃正宇分析，隨著(zhù)載波聚合時(shí)代的來(lái)臨，射頻前端系統設計復雜度隨之攀升，也將加速MIPI介 面成為射頻前端系統的主流。他透露，過(guò)去每個(gè)射頻元件須通過(guò)三條走線(xiàn)以形成GPIO的控制介面，換言之，若射頻前端系統有八個(gè)天線(xiàn)開(kāi)關(guān)，則至少須設計八組 GPIO介面；而MIPI介面則只須一組走線(xiàn)，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)數量，也讓PCB繞線(xiàn)更容易，也因此現今許 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設計復雜度。