加速LTE-A/5G設計 射頻LNA/PA需求爆發(fā)

射頻(RF)元件需求急速增長(cháng)。先進(jìn)長(cháng)程演進(jìn)計劃(LTE-Advanced, LTE-A)商轉啟動(dòng),下一代5G標準亦蓄勢待發(fā),驅動(dòng)行動(dòng)裝置射頻系統規格升級。系統廠(chǎng)為支援100MHz超大頻寬、四十個(gè)以上頻段并降低雜訊干擾,除計劃增加低雜訊放大器(LNA)和功率放大器(PA)等射頻元件用量外,亦將要求射頻前端模組(FAM)提高功能整合度,吸引晶片商加緊展開(kāi)卡位。

 英飛凌(Infineon)電源管理及多元電子事業(yè)處射頻暨保護元件協(xié)理麥正奇表示,隨著(zhù)多頻多模LTE及LTE-A設計加溫,手機廠(chǎng)對FAM各類(lèi)元件如PA、LNA、開(kāi)關(guān)(Switch)和濾波器(Filter)等需求皆顯著(zhù)攀升,進(jìn)而激勵矽鍺碳(SiGe:C)、砷化鎵(GaAs)和互補式金屬氧化部半導體(CMOS)射頻元件供應商士氣大振,正相繼投入開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。

 據悉,除美、日和韓全面啟動(dòng)LTE商轉外,中國大陸亦可望于今年下半年發(fā)出4G執照,加速TD-LTE營(yíng)運,而臺灣也可望于年底順利發(fā)照,讓LTE進(jìn)入高速成長(cháng)期,并朝國際漫游與可向下相容2G/3G的多頻多模規格發(fā)展。不僅如此,南韓、美國電信商近期更進(jìn)一步點(diǎn)燃LTE-A商轉戰火。

 隨著(zhù)行動(dòng)通訊技術(shù)不斷“加料”,行動(dòng)裝置射頻FAM也須在有限空間內導入高整合設計。目前多頻多模LTE手機須支援十幾個(gè)頻段,搭載PA、LNA和射頻開(kāi)關(guān)數量皆較3G手機倍增,其中PA需七至八顆、LNA和開(kāi)關(guān)則需二十到三十顆;未來(lái)手機邁向更高速、頻寬更大且使用頻段更多元的LTE-A和5G,射頻元件用量更將三級跳,驅動(dòng)晶片商提高產(chǎn)品整合度,以縮減占位空間及功耗。

 麥正奇分析,傳統砷化鎵射頻方案受限于制程特殊性,難與其他系統零組件整合,因此晶片商正猛踩油門(mén)推進(jìn)新一代制程與封裝技術(shù)。如英飛凌主攻矽鍺碳材料制程,并搭配小型晶圓級封裝(WLP)方案,打造高效能、高整合度且支援高頻切換的單晶微波積體電路(MMIC)LNA;而高通(Qualcomm)亦推出CMOS PA,透過(guò)CMOS制程整合更多周邊元件。

 麥正奇透露,矽鍺碳在射頻性能、品質(zhì)和可靠度表現方面皆可媲美砷化鎵,且更容易整合CMOS射頻開(kāi)關(guān)或其他零組件;因此,這幾年矽鍺碳元件出貨量暴沖,在MMIC LNA市場(chǎng)的滲透率已與砷化鎵元件相當。近期,英飛凌矽鍺碳MMIC LNA更順利打進(jìn)聯(lián)發(fā)科多頻多模LTE公板建議清單,可望在今年底至明年繼續提高市占率。

 至于PA部分,麥正奇認為,其主掌射頻訊號發(fā)送須更高功率與穩定度,目前仍以材料特性較佳的砷化鎵方案為主,但CMOS PA挾成本和功能整合度優(yōu)勢,未來(lái)則可望在低階手機市場(chǎng)崛起。此外,英飛凌亦已將矽鍺碳LNA加PA的系統封裝(SiP)或單晶片整合方案列入下一代產(chǎn)品藍圖,有助手機廠(chǎng)兼顧射頻性能與系統體積。

 不過(guò),由于LTE-A與5G規格尚未完全底定,業(yè)界亦傳出手機廠(chǎng)為達到高速高品質(zhì)傳輸效能,必須舍棄整合型射頻方案轉向分離式設計;對此,麥正奇回應,目前確實(shí)有射頻晶片商投入研究更前瞻的氮化鎵(GaN)制程,并以外掛方式提升射頻系統功能,但是元件整合一向是產(chǎn)品降價(jià)和省電的關(guān)鍵,因此仍須等通訊標準定論后,才能依規格需求找出最佳的設計平衡點(diǎn)。