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5G汽車協會(5GAA)和全球認證論壇(GCF)日前宣布雙方將攜手合作，推動C-V2X技術的認證和測試；雙方將整合資源和專業知識，以解決目前在認證能力和流程方面的問題，從而促進全球C-V2X發展並縮短C-V2X產品的上市時間。 C-V2X最初定義為3GPP第14版本中的LTE V2X，為集成的V2V、V2I、V2P以及V2N操作提供解決方案。較小範圍的V2V、V2I和V2P模式可以支援直接通信，而不必依賴網路進行排程(Scheduling)。而較大範圍的V2N模式配合行動網路營運商(MNO)的參與，可以提供網路輔助和商業服務。C-V2X旨在與5G技術融合，因為5G所提供的數據傳輸量和低延遲對自動駕駛汽車的性能至關重要。 隨著C-V2X規範將在3GPP第16版本中最終確定，在美國，亞洲和歐洲等主要市場的汽車製造商及供應商正加緊腳步研發產品。對此，5GAA首席技術長Maxime Flament表示，5GAA非常高興與GCF合作，邁向安全成功的C-V2X部署。這完全符合5GAA的使命，即加速全球智慧交通和通訊解決方案的部署，使未來的運輸更加安全可靠。 GCF總經理Lars Nielsen則指出，隨著新技術的導入，標準和認證對於確保成功部署相當重要。GCF與5GAA的合作共同實現了自動駕駛和車聯網向5G的邁進。 5G汽車協會(5GAA)是一個跨越行業的全球性組織，旨在彌合汽車、技術和電信業之間的差距，並推動C-V2X技術作為車聯網的綜合平台；至於GCF認證計劃自1999年以來一直在運行，並且隨著移動技術的發展和行業不斷改變的需求而進步。 目前GCF的認證組合已涵蓋LTE sidelink，這是汽車應用的關鍵技術，可以支援V2V和V2X；而兩個組織商定的協定將使5GAA和GCF能夠共同努力，促進C-V2X行業的認證，並依據快速發展的市場需求開發及測試案例和相關功能。

產業研究機構IC Insights日前更新其2019~2023半導體市場預測，預計到2019年，記憶體市場將大幅下降24%，將使整個半導體市場下滑7%。2018年三星的半導體銷售額中有83%來自記憶體，預計記憶體市場的低迷將拖累該公司今年的半導體總銷售額下降20%。雖然預計英特爾的半導體銷售額在2019年將相對持平，但該公司有望重新獲得排名第一的半導體供應商排名，找回1993年至2016年該公司長期占據的位置。 由於DRAM和NAND Flash市場預計2019年將出現大幅下滑，因此IC Insights預計2019年其他排名前十的記憶體供應商(SK海力士、美光和東芝/東芝記憶體)的銷售額將下降20%以上。與三星類似，SK海力士、美光和東芝預計2019年的銷售額將大幅下滑，可能會使這些公司的營收降回復至2017年的水準，甚至更低。再次證明記憶體產業景氣循環的”常態”。 另外，IC Insights針對2019年主要半導體廠的最新資本支出預算進行研究指出，由於記憶體供應商預計將在2019年遇到非常困難的一年，這些生產商的大量資本支出縮減可能會使全球半導體產業的資本支出今年至少下滑14%。  

上述AOP是評估MEMS麥克風在高聲壓下的訊號仿真程度指標，AOP越高代表在麥克風訊號可以延伸到更大的聲壓才會產生失真。我們以一AOP 132dBSPL的麥克風為例，當麥克風收到的聲壓較大時，雖未達到麥克風振膜機械應力的極限，電路設計會限制輸出訊號振幅，將某個數值以上的部分箝制住而產生失真，如圖1、圖2所示，此時在頻譜上數倍頻的位置會出現諧波，如圖3、圖4所示。 圖1　麥克風對1KHz 94dBSPL的時域輸出 圖2　麥克風對1KHz 132dBSPL的時域輸出 圖3　麥克風對1KHz 94dBSPL的頻域輸出 圖4　麥克風對1KHz 132dBSPL的頻域輸出 當時域上波形尖端被截掉的占比越大，則頻域上的諧波能量會增強，總諧波失真(Total Harmonic Distortion, THD)也隨之上升，一般MEMS麥克風規格定義THD到達10%此時的聲壓值為AOP。 以下從幾個AOP上必須特別注重的應用角度來說明。 反饋式主動降噪耳機 反饋式主動降噪耳機(Feedback ANC)的麥克風位於揚聲器與耳膜之間的位置，能處理耳邊的實際噪音，且會對麥克風周圍設計出靜域(Quiet Zone)的區塊，因此麥克風要離耳膜越近，降噪效果越佳；理論上，如果能接收到耳膜的訊號，才有機會做出完美的反饋結構。 麥克風距離揚聲器近最大的好處是，系統增益比較高，相對而言比較容易提高麥克風的降噪率，但壞處則是麥克風飽和的風險也比較高。為了避免麥克風飽和，建議選用AOP超過130dB的麥克風，若AOP不足會在高頻產生諧振，觸碰到原本設計放置在高頻的極點或零點，就可能會造成系統響應發散。 一般耳機揚聲器到耳朵振膜的長度約2.54cm，此耳機含音腔響應的共振點在4KHz的位置，同時考慮使用者在配戴耳機的過程中腔體持續變化，共振點會產生頻率飄移的現象，控制器設計上必須將3KHz以上的響應要全部壓掉，因此在濾波器的設計會刻意的安排一個零點在此位置，同時因為濾波器階數的限制，高頻可能也有極點的存在，必須避免諧振產生在此造成系統不穩定，會造成使用者會明顯的不適。 電視與智慧音箱 電視或是智慧音箱都屬於近年快速發展的聲控產品，同時具備播放聲音與語音控制的多麥克風裝置，並對麥克風陣列的收音進行「回音消除(Echo Cancellation)」與「指向性收音」兩項功能。 首先，在多麥克風陣列上，需針對麥克風訊號個別進行回音消除的運算，將擴音器播出後再被麥克風回收的部分音訊進行抑制，以解析出剩餘的環境聲音。由於擴音器所播放的音樂音量有可能被使用者調大，同時麥克風與擴音器的距離較使用者近，麥克風所收到的擴音器音量遠大於使用者聽到的實際音量。若麥克風因訊號強度過大而飽和，進而產生諧振，則回音消除演算法接收到的頻譜除了播出的聲音頻譜外同時包含了諧波，這種情形會造成系統干擾使回音消除功能無法正常發揮功用，甚至會造成反效果。 隨後，DSP再依據不同麥克風收到的訊號時間與音量差異，判斷聲音來源方向再進行增益修正，將目標範圍以外的聲音進行調降，以達到指向性收音的目的。由於大音壓產生諧波是因電路限制產生，並非因聲音方向差異產生，因此諧波的存在會造成指向性收音演算法的誤判，因此降低系統SNR，進而影響辨識率。 車載裝置 語音控制車載裝置，在開車的時候駕駛者雙手必須操控車輛，能以語音操作車載裝置的各項功能具有強勁的市場需求。由於麥克風的收音區域與車載擴音器的放音區域是同一個空間無法隔離，當麥克風與車載擴音器相對位置隨不同車型而改變，車載擴音器發出的聲音通過不同途徑返回到麥克風，造成不同波形與不同相位的聲音疊加後形成結構複雜的聲音波形，當這種反饋滿足震盪時將產生嘯叫，並且可能發生在多個頻率點。 系統需要嘯叫消除(Howling Cancellation)功能，來消除擴音器發出過大音量到麥克風形成正回授而造成嘯叫聲。麥克風必須避免在車用的吵雜環境上先發生飽和，進而提高嘯叫發生機會。 手機 往年有手機廠標榜在搖滾演唱會的前排觀眾可利用手機錄製高還原度的音質，或是戶外使用場合，要避免低頻風切的壓力造成麥克風飽和，麥克風單體AOP需要由傳統的120dBSPL提高為130dBSPL。 近年全螢幕手機興起，在機構設計上麥克風被迫放置在與揚聲器接近的位置，其次，有些機能手機標榜機構防水，會為了防水機構的設計盡量縮減外殼機構的開孔數量，在此要求下，會需要將麥克風與揚聲器放置在距離相當近的位置，為了避免收音失真影響語音辨識等功能，需要高AOP麥克風。 (本文作者為鑫創科技技術經理)

目前業界在發展5G側重的焦點，主要包括強化行動頻寬，以及在中頻和高頻段頻譜運用各種波束成形技巧，來持續推升至更高的網路容量與吞吐量。另外，我們也開始觀察到像是工業自動化在內使用情境的陸續浮現，其充分發揮著5G網路架構的低傳輸延遲之優勢。 在幾年前，業界都還在爭論著行動通訊採用毫米波頻譜的可行性，以及無線電設計者眼前所面臨的各種挑戰。其中，大部分難題都很快地就被理出了頭緒，業界也迅速開發出初步的原型方案，成功地通過實地測試，如今，業界即將展開第一波5G毫米波網路的商轉。 許多初期部署都屬於固網或漫遊無線應用，但在不久的未來，我們還會看到採用毫米波頻率的真正行動連網應用。首波技術標準已制定完成，相關技術也迅速地演進，大多數學習都圍繞在毫米波系統的部署上。雖然我們已累積相當的進展，但眼前還有許多挑戰正等待著無線電設計者。本文即將為射頻元件設計者探研幾項技術挑戰。 本文分成三大主題。第一部分討論毫米波通訊的主要使用情境，以及為後續的分析預作鋪陳。第二以及第三部分則深入探討毫米波基地台系統的架構與技術。在第二部分中，探討波束成形元件，以及系統要求的傳輸功率如何影響為系統前端元件選用的技術。媒體探討的焦點大多集中在波束成形元件，然而，無線電中同樣重要的工作還包括將位元轉換成毫米波頻率的部分。文中將介紹系統中訊號鏈路的例子，供無線電設計業者參考。 5G設計開發須考量部署情境/傳播兩大因素 在開發技術階段，必須瞭解技術會如何部署。在所有工程實務上，必須做許多取捨，日後也會浮現許多額外增加的創新技術。如(圖1)所示，本文介紹兩種常見情境，包括目前使用的28GHz與39GHz頻譜。 圖1　5G毫米波部署情境 圖1a是一個定置式無線存取(FWA)使用情境，主要是在郊區環境住家提供高頻寬資料傳輸。在這樣的情境中，基地台設於電線桿或電塔，其訊號必須覆蓋大面積的範圍才能支撐網路商轉的需要。在初期部署階段，我們設定覆蓋範圍為戶外到戶外，其中客戶端設備(CPE)裝設在戶外，並進行妥善規畫以確保最佳的空中傳輸(Over-the-air)連結。由於天線指向朝下且用戶位置固定，因此不需要太大的垂直掃瞄(Vertical Steering)範圍，但傳輸功率必須夠高，必須超過65dBm EIRP以達到最大的覆蓋率，以及能利用現有的基礎設施。 圖1b顯示一個高密度都會情境，其中基地台設置於低於建築物屋頂地板處或牆面，日後還可能設置在街燈或其他街道設施上。不論設置在何處，這類基地台都需要垂直掃瞄能力，其訊號才能覆蓋到整棟建築物，以及日後發展出的新型行動裝置時還能覆蓋到行動或街道上的漫遊使用者(行人與車輛)。 在這種情境中，傳輸功率不必像郊區那麼高，不過隔熱用的低幅射玻璃(Low E Glass)可能影響戶外到室內的訊號穿透。如圖所示，在波束掃瞄距離方面需要更多的彈性，包括水平與垂直方向。這裡的重點在於業界目前還沒發展出一體通用的解決方案。由部署情境來決定波束成形架構，而架構則會影響選用的射頻技術。 這裡介紹一個實際例子，我們用一個簡單的鏈路預算來說明毫米波基地台的傳輸功率需求，如表1所示。相較於手機網路頻率，傳統的路徑耗損成為毫米波頻率必須克服的一大挑戰，而另外一項必須考慮的因素則是障礙物(建築物、樹葉、人等)。近年來，各界對毫米波頻率的傳播進行眾多的研究，其中一個例子就是「第5代(5G)無線網路毫米波通訊概述：探討各種傳輸模式。 文中討論與比較許多模式，並詳列它們與環境中路徑耗損的相關性，以及比較可直視性(LOS)情境與非直視性(NLOS)。這裡本文並不詳加探討，整體來說，考量要達到的傳輸距離與地形地物等因素後，定置式無線部署系統應考量NLOS情境。在本文的例子中，考量設置在郊區環境的基地台，其目標是要達成200公尺的傳輸距離。本文設定在NLOS戶外對戶外鏈路的基礎上，路徑耗損為135dB；若我們嘗試讓訊號從戶外穿越障礙物傳到室內，那麼路徑耗損可能最多增加30dB，如果採用LOS模式，則路徑耗損可能達到110dB左右。 在這個例子中，設定基地台有256個天線模組(Element)，而客戶端設備則有64個。在兩種設備中，都可透過矽晶片達到要求的輸出功率。鏈路屬於非對稱式，可稍微紓解上鏈預算的壓力。在這個例子中，平均鏈路品質允許下鏈進行64 QAM調變，上鏈則為16QAM。在有需要時，在不超過主管機關的規範下，提高CPE的傳輸功率即可改進上鏈的效能。若是將鏈路傳輸距離延長到500公尺，路徑耗損就會增加約150dB，雖然這可收到加倍的效果，但這麼做不僅讓上鏈與下鏈的無線電變得更複雜，功耗也會大幅增加。 毫米波波束成形方式多樣須全面考量 文中考量各種波束成形的方式：類比、數位，以及混合，如圖2所示。大家都熟悉類比波束成形的概念，近幾年來大量技術文章都討論過這方面的議題。目前許多資料轉換器能在數位、寬頻基頻、或中頻(IF)等格式的訊號來回轉譯，還可連結無線電收發器，執行升頻轉換與降頻轉換等程序。 圖2　波束成形的各種途徑 在射頻方面(像是28GHz)，我們把射頻路徑分成數個路徑，並藉由控制每個路徑的相位來執行波束成形，使得遠方的波束朝著目標使用者所處的方位生成。這種作法讓特定波束能對每個資料路徑進行導向(Steer)，因此理論上，在這種架構中同一時間只能服務一位使用者。 反觀數位波束成形器正如其名，其相移(Phase Shift)功能完全建置在數位電路，之後透過收發器陣列傳送到天線陣列。簡單的說，每個無線電收發器連結到一個天線模組(Element)，但實際上，依據目標分段形狀的不同，每個無線電可能會連結到多個天線。 數位方法除了能達到最高的容量與彈性之外，日後還能升級，以利用毫米波頻率支援多使用者MIMO，這類似中頻波段系統。由於其複雜度極高，因此在使用現有的技術下，包括射頻與數位電路都會耗用大量的直流電力。然而，隨著未來技術的不斷演進，數位波束成形技術將逐漸運用在各種毫米波無線電中。 就近期而言，最務實且有效的波束成形方法當屬混合式數位至類比波束成形器，它基本上結合數位預編碼(Precoding)以及類比波束成形，在一個空間內同時構成多個波束(空間多工)。透過窄波束將訊號導向目標使用者，基地台可藉此重複利用相同頻譜，在一個時槽內同時服務超過一位使用者。 在許多技術文獻中提及許多不同的混合波束成形器運行方法，不過本文介紹的次陣列(Subarray)方法是最廣泛建置的一種，它基本上是一種分步重複處理(Step and Repeat)的類比波束成形器。目前的系統在實務上能支援2至8個數位串流，可用來同時支援多位使用者，或是為數量較少的使用者提供2個或更多層的MIMO。 這裡，我們將稍微深入探討一下類比波束成形器的技術選擇，圖3顯示建構混合式波束成形器採用的元件。將類比式波束成形系統分成三個模組：數位、位元至毫米波，以及波束成形器。實際的系統並不會真的以這種方式進行分割，亦不會把所有毫米波元件配置在相近的位置以減少損耗，但從後面的說明，就可以很容易地瞭解為何要這樣區分。 圖3　類比波束成形系統模組圖 有多項因素驅動波束成形器功能，其中包括分段(Segment)形狀與傳輸距離、功率、路徑耗損、發熱限制等，隨著業界逐漸學習與成熟，各界都體認到毫米波系統在這方面需要一定程度的彈性。日後包括從小型到大型基地台等各種部署情境將需要達到各種不同的傳輸功率。 另一方面，基地台的位元到毫米波無線電要求的彈性就低了許多，大致上從目前的Release 15規範衍生而來。設計者可重複使用相同的無線電元件搭配各種波束成形器組態。這點和目前的手機網路無線電系統沒有差別，手機網路的小型訊號分段(Section)大多能跨平台，而前端元件則是針對每種使用情境量身設計。 從訊號鏈路中的數位轉移到天線，我們一路描述了各種可能技術的演進。數位與混合訊號元件都是採用細線(Fine Line)量產型CMOS製程生產。依據基地台的需求，整個訊號鏈路可能利用CMOS技術進行研發，或更有可能混用多種技術，為訊號鏈提供最佳的效能。 舉例來說，使用組態來採用CMOS資料轉換器搭配高效能矽鍺BiCMOS中頻至毫米波轉換元件。其中，波束成形器可視系統需求採用多種技術，這點在後面會討論。根據選用的天線尺寸以及傳輸功率的需求，可能建置成高整合度晶片，或是結合波束成形晶片與分立式功率放大器與低雜訊放大器(LNA)。 先前，我們分析了傳輸器功率以及選用技術之間的關係，而在此處將要更深入討論，圖4已歸納出分析的結論。功率放大器技術的選擇是統合考量要求的傳輸功率、天線的增益(天線模組的數量)，以及選用技術產生射頻功率的能力。 圖4　60dBm EIRP功率天線的傳輸功率、天線尺寸以及選用半導體技術之間的關係 如圖所示，可利用III-V族元素製成的前端元件(低整合度)，做成數量較少的天線模組；或是使用矽晶片的高整合度方法來達到要求的EIRP功率。兩種方法各有其優缺點，務實的作法是在尺寸、重量、直流功耗，以及成本等因素之間進行取捨。 表1的例子為要達到60dBm的EIRP功率，所需的分析方法如「5G毫米波無線電架構與技術」所述，該文指出最佳的天線尺寸在128至256個模組之間，採用砷化鎵功率放大器可以減少天線模組數，若採用全矽型波束成形器射頻IC技術，天線模組數量就會比較多。 接著從不同角度來討論問題。固定無線接取(FWA)的EIRP目標通常為60dBm，但根據基地台要求的傳輸距離以及周圍環境，這個目標值會更高或更低。由於部署情境變異甚大，可能是遍布樹木、高樓大廈，或是開闊空地等截然不同的環境，因此，其路徑耗損的落差範圍會變得極大。舉例來說，在可直視性(LOS)的高密度都會部署環境，EIRP目標可能低到只有50dBm。 美國聯邦通訊委員會(FCC)針對不同類別設備的傳輸功率極限做出明確的定義與規範，這裡我們所參照的是3GPP之基地台技術詞彙。如圖5所示，設備的類別或多或少決定了功率放大器所選用的技術。我們觀察到行動用戶設備(手機)較適合採用CMOS技術，天線數量相對較少，但仍能達到要求的傳輸功率。這類無線電必須是高度整合且具功率效率，才能滿足可攜式設備的各項要求。本地端基地台(小型基地台)以及消費型用戶端設備(可移動式電池供電)其要求類似，從較低傳輸功率要求採用的CMOS，一直涵蓋到較高階產品採用的矽鍺BiCMOS技術。 圖5　根據傳輸器的功率，各種毫米波無線電適合採用的技術 中階基地台一般適合採用矽鍺BiCMOS技術，藉以縮小產品體積。在高階部分的廣域網路基地台，可選用的技術甚多，主要在天線尺寸與技術成本之間做取捨。矽鍺BiCMOS的EIRP範圍大多在60dBm左右，而砷化鎵或氮化鎵功率放大器則較適合更高功率的產品。 圖5顯示的是現有的技術，不過業界至今累積相當的進展，且日後技術也會持續改進。正如「5G毫米波無線電的架構與技術」所述，設計者面臨的其中一項關鍵挑戰就是改進毫米波功率放大器的直流功率效率。 隨著各種新技術與功率放大器架構陸續浮現，上圖的曲線將會偏移，業界也會針對高功率基地台開發出整合度更高的架構。在「近期高效率釐米波5G線性功率放大器設計」中就對功率放大器技術的發展有詳盡的介紹。總結波束成形的發展，目前還沒有一體通用的方案，因此業者必須設計不同的前端元件來因應小型到大型基地台的不同使用情境。 頻寬為毫米波無線電主要挑戰 這裡我們要詳細討論位元至毫米波無線電，以及介紹系統這部分所面臨的挑戰。系統必須以高傳真度將位元轉譯成毫米波訊號，然後再把訊號還原成位元格式的資料，如此才能支援像64QAM這類較高階的調變技巧，甚至是未來系統採用的256 QAM。 這些新無線電面臨的其中一項主要挑戰就是頻寬。5G毫米波無線電元件必須處理1GHz的頻寬，或甚至更高，端視實際頻譜配置的狀況而定。對比28GHz的1GHz相對來說是較低(3.5%)的頻寬，但若是對比像3GHz的中頻，在設計上挑戰性就更高，需要用到一些尖端技術才能做出高效能的設計。 圖6顯示一個高效能位元至毫米波無線電的模組圖，該元件採用Analog Devices的板卡射頻以及混合訊號產品系列。圖中顯示的訊號鏈路能在28GHz支援8個100MHz NR連續載波，並達到優異的誤差向量幅度(EVM)效能。 圖6　寬頻位元至毫米波無線電的模組圖 接著，我們來看資料轉換器。在圖6所示的例子中，運用直接高中頻傳輸器以及高中頻接收器取樣，其中多個資料中心在中頻上發送一接收訊號。若中頻必須達到合理的高頻率以避免在射頻元件上執行映像濾波，那麼中頻的頻率就必須調至3GHz，甚至更高。 幸運的是，許多尖端資料轉換器都能在這樣的高頻率下運作，例如ADI旗下產品AD9172。這款高效能雙元件組態16位元DAC能支援到12.6 GSPS的取樣率；並具備一個8通道15Gbps JESD204B的資料輸入埠，以及一個高效能晶片內建DAC倍頻器及各種數位訊號處理功能，其可支援寬頻與多頻訊號直接轉換至射頻訊號，最高能產生6GHz的訊號。 至於在接收器方面，本文以ADI旗下的AD9208雙元件為例，該產品為組態14位元的3 GSPS ADC。這款元件擁有晶片內建緩衝區，以及一個取樣與保存電路，設計用來支援低功率、小尺寸及易用等特色，用來支援各種通訊應用，能直接取樣高頻寬的類比訊號，最高支援到5GHz。在傳送與接收中頻方面，則建議採用數位增益放大器，能在單模與平衡模式之間來回轉換，省去使用換衡器(Balun)。 另外在中頻與毫米波之間進行升頻與降頻轉換方面，則是以ADI旗下的矽質寬頻升頻器ADMV1013，以及降頻器 ADMV1014為例。這些寬頻轉換元件能在24.5GHz至43.5GHz的頻率下運作。極寬的頻率覆蓋率讓設計者只須利用一套若是建置成單一邊頻轉換，如圖6所示，元件能提供25dB的邊頻抑制能力。ADMV1014除了能從射頻轉換成基頻I/Q，還能從映像拒斥降頻轉換至中頻。其提供20dB的轉換增益，雜訊指數為3.5 dB，輸入IP3為–4dBm。映像拒斥模式下的邊頻抑制為28dB。 射頻鏈的最後元件為ADRF5020寬頻矽質SPDT切換器。ADRF5020除了提供2dB的低插入耗損，還能在30GHz下達到60dB的高隔離效果。最後，讓我們來討論頻率來源。由於本地振盪器可能是EVM預算的主要項目，因此在毫米波本地振盪器的產生方面，採用的來源必須具備極低的相位雜訊。 ADF4372是一款寬頻微波合成器，擁有整合式PLL以及超低相位雜訊VCO，能輸出62.5MHz至16GHz的訊號。它能用來建置分數倍分頻(Fractional-N)或整數倍分頻(Integer-N)鎖相迴路(PLL)頻率合成器，搭配外部迴路濾波器以及一個外部參考頻率。8GHz下的VCO相位雜訊相當可觀。在-111dBc/Hz有100kHz的偏移，而在-134dBc/Hz則有1MHz的偏移。圖6顯示的模組圖是一個很好的起點，在28GHz與39GHz頻帶的毫米波設計提供參考，並適合用在各種要求高效能寬頻無線電的波束成形前端元件。 毫米波無線電近幾年來已獲得了長足的進展，從實驗室轉至實地測試，許多項商業部署即將在未來幾個月陸續進行。持續演化的生態體系以及新浮現的使用情境，促使波束成形前端元件必須具備一定的彈性，如先前所述，在天線設計方面有多種適合的技術與方法可供選擇。 無線電的寬頻特性(位元至毫米波)需要運用尖端技術，不過矽晶技術經過快速演化後，也已能滿足混合訊號以及小傳訊範圍(Small Signal Domains)方面的要求。另外，業界也已可運用現成的元件製作出一款高效能無線電設計成品範例。 (本文作者為ADI無線技術總監)

台灣工業電腦大廠研華2018年繳出亮麗的營運成績，受惠於工業物聯創造的新需求與全球市場擴張，該公司連續二年(2017-2018年)營收成長率達到兩位數(以美元計算)。但由於中美貿易戰等國際因素影響，2019年上半的營運不確定性增加。為此，研華一方面將進行更廣泛的市場布局，分散風險，另一方面也會持續投資WISE-PaaS平台，藉由軟體來替硬體產品創造更多附加價值，也提升公司產品的獲利空間。 研華技術長楊瑞祥博士指出，在物聯網普及的過程中，軟體平台扮演不可或缺的角色。在2019~2020年，研華WISE-PaaS平台將進入全球市場品牌普及與開展階段，並期待在2021年達成全球1000家以上之WISE-PaaS 軟體平台加盟客戶及伙伴之目標；在某些特定領域，如智能工廠、能源與環保、智能醫院與智慧城市，研華將策略投資IoT集成商夥伴，扮演軟硬整合平台供應商，以加速進入物聯網第三波的成長。 在未來，研華將持續投資與推廣WISE-PaaS IoT軟體平台，使其成為硬體價值之延伸，利用「分享」與「普及」向全世界各領域的IoT系統集成商推廣，同時研華將整合內外部資源，持續強化加值WISE-PaaS平台，期待將工業物聯網真正落實應用於各個產業。藉由軟體平台提升硬體價值，研華期待整體利潤率能回復至2016年之前的水準並能長期維持。 研華Embedded-IoT(EIoT)總經理張家豪表示，作為研華板卡與模塊之核心單位，重點將放在研發資源整合與高附加價值design-in services之延伸服務，優化整體產品組合。另外，2019年2月之後Advantech Technologies Japan(ATJ)加入經營，故ATJ與研華之資源整合與日本區域發展也將是2019年之重點。 研華Industrial-IoT(IIoT)總經理蔡淑妍則認為，IIoT之營運重點在擴大產品應用市場與深耕區域市場。短期來看，可能會受到中國區需求減弱的影響；但工廠與基礎建設的技術升級腳步無法回頭，長期成長仍樂觀。2019年可視為調整與加強產品力的一年。 美國自2017年下半年開始即恢復成長動能，2018全年營收成長13%，達到4.45億美元。研華美國總經理牛文中表示，因研華為提供design-in services之廠商，故所有的投資與耕耘均需要2~3年的時間發酵。以研華目前的規模，在美國市場還有很大的成長空間；未來的發展，將在北美新增多個銷售據點，含加拿大多倫多、芝加哥、德州、東岸，以及墨西哥。

螢幕可摺手機帶動供應鏈發展新商機。為創造便攜性同時整合手機與平板功能，手機螢幕逐漸走向摺疊設計。技術創新的螢幕可摺機除可望刺激消費者換機意願，也為相關供應鏈業者帶來新的市場機會。 智慧型手機市場在2018年面臨成長瓶頸後，各品牌高度競爭，許多品牌已透過全螢幕設計提升產品吸引力。各廠皆希望下一波成長能藉由顛覆式創新，重新定義智慧型手機，吸引消費者購買。 而摺疊螢幕便是各廠集中火力開發的項目之一。三星在2019年MWC展前宣布推出首款商用螢幕可摺手機，創造全新市場，同時兼具手機輕薄及平板大螢幕之優點。品牌廠商LG、華為也已跟進，Google亦配合Android陣營開發UI，螢幕可摺疊手機生態圈逐漸壯大。 工研院產科國際所經理林澤民表示，由於摺疊螢幕製造過程相當複雜，產品須重新設計，且須能承受日常磨損強度，以現今手機螢幕的生產技術難以達成。因此，此新型態的產品將推動零組件與供應鏈需求，其中包含材料、面板結構、整機機構、裝置、系統、UI/UX的重新設計等，將開啟產業全新應用契機。 值得一提的是，螢幕可摺機面板最關鍵的零組件為絞鏈(Hinge)。其功能是為避免面板碰撞碎裂，中間須預留微小的空間，並依照螢幕打開的程度有不同的顯示。絞鏈內添加的齒輪(Gear)設計亦是各家開發重點。三星已布局多項絞鏈專利，由南韓手機外殼製造商KH Vatec提供三星絞鏈零件製造；另外，華為耗時三年開發其絞鏈「鷹翼(Falcon Wing)」，由100多個零件組成，並已取得專利。 然而，因為材料與機構設計創新、面板良率仍偏低等因素，螢幕可摺機生產成本遠遠高於主流旗艦機，加上創新應用方向有限，對手機產業而言，螢幕可摺機是開創了新的市場區間，而非取代既有市場。故初期仍以高端商業人士或專業型應用的利基市場為定位，估計到2025年將開創超過5,000萬支手機的市場需求。 目前，螢幕可摺機分為內摺和外摺兩種。由於內摺的R角(Radius)更小，內摺的製造難度又更高於外摺。2019年各家發表的摺疊機態樣中，除了三星的Samsung Galaxy Fold和TCL推出的螢幕可摺機可內摺，以及小米推出可雙摺工程機之外，柔宇的Flex Pai、華為的Huawei Mate X和OPPO工程機都是外摺的款式。

現今的嵌入式應用非常複雜，必須透過單個微控制器處理多個功能。這些應用要求增強系統的安全性、支援即時回應的最佳執行時間以及各個功能間的無縫同步。從具有整合功率因數校正的馬達控制到光強度處理，複雜應用必須在各個模組之間輕鬆切換。由處理器主導的定時和循序方案受固有延遲的影響，這種延遲始終無法準確預測。這種方法還占用了寶貴的CPU頻寬，導致其功能未得到充分利用，而透過卸載這些功能則可優化應用程式性能。 為此，半導體業者推出16位元dsPIC33數位訊號控制器(DSC)，當中的周邊觸發訊號產生器(Peripheral Trigger Generator, PTG)是核心獨立周邊(CIP)，可以協調複雜應用中功能的精確定時和排序，同時減輕CPU的負擔。本文介紹幾個範例，以展示PTG如何協助簡化時序關鍵應用(例如，採用功率因數校正的馬達控制、光強度控制或生成獨立於核心的恒定時鐘源。由於PTG與核心無關，因此可以在CPU休眠時完成此項工作以實現節能或專注於其他關鍵任務。 顧名思義，PTG是一個用戶可程式化的循序器，可生成具有複雜輸入訊號序列的觸發訊號，以協調其他晶片周邊的操作。使用PTG的應用會透過其他周邊，例如類比數位轉換器(ADC)、輸出比較(OC)、脈寬調變器(PWM)、計時器和中斷控制器共同執行此操作，以實現複雜的觸發和回應序列。PTG不僅降低了應用程式對核心的依賴性，還能單獨處理模組互動，有助於降低軟體複雜性及保持模組化。 PTG周邊支援8位元命令(稱為Step命令)。由一個4位命令程式碼和一個4位元選項欄位組成。這些命令定義了一系列事件，用於輸出觸發訊號到周邊。Step命令還可用於產生對核心的插斷要求。 DSC有效整合功率因數和控制馬達 在整合功率因數校正(PFC)和馬達控制應用中，單個DSC使用磁場定向控制(FOC)方案以及PFC轉換器控制永磁同步馬達。該應用需要三個PWM通道來控制馬達功能，另外還需要一個PWM來控制PFC操作。輸出比較(OC)周邊可用於增加應用可用的PWM通道數量，甚至會超出元件上可用的高速PWM通道數量。 可同時使用PWM周邊與OC周邊來產生馬達控制和PFC操作所需的訊號。但是，在PFC等應用中，執行時序非常重要，因此必須在最佳執行時間內完成各種任務。其中包括同步馬達控制和PFC PWM、觸發ADC進行轉換以及切換用於馬達控制的ADC通道和PFC回饋訊號。 使用PTG周邊可以有效地實現這些要求，PTG周邊可以同步高速PWM和OC周邊，並透過監視高速PWM周邊邊沿來產生ADC周邊觸發訊號。它還可監視「ADC轉換完成」中斷並產生適當的中斷，執行FOC和數位PFC控制程式碼；並減少了CPU干預，使周邊處理能獨立於核心來進行。這可降低應用的總體功耗，同時釋放CPU以執行更多關鍵功能。 選擇馬達控制和PFC PWM的開關頻率時應確保其為整數倍數。而dsPIC DSC中的ADC能夠進行四通道同步採樣；FOC和PFC演算法都有自己的類比頻道需要同時採樣，因為這些訊號的相位關係是實現有效控制的關鍵。 選擇馬達控制和PFC的回饋訊號時應確保可透過改變ADC通道選擇對馬達控制和PFC訊號進行採樣。在基於PWM邊沿觸發ADC之前，可將馬達控制和PFC訊號連接到採樣保持(S&H)電路。通道應配置為：在四通道採樣和轉換序列結束時，可從FOC或PFC各自對應的ADC緩衝暫存器中獲得其轉換結果。 在設置通道選擇位元以將PFC回饋訊號連接到ADC的採樣保持電路後，對於每個PFC PWM週期，都必須產生觸發訊號。同樣，對於每個馬達控制PWM週期，必須在設置通道選擇位以將馬達控制回饋訊號連接到ADC的S&H電路之後產生ADC觸發訊號。因此，將PTG周邊配置為透過監視馬達控制和PFC PWM脈衝的邊沿來產生ADC觸發訊號；此外，還會產生兩個PTG中斷來執行FOC和PFC的程式碼，如圖1所示。 圖1　使用PTG中斷執行程式碼 如本例所示，PTG透過有效地對ADC和PWM的使用進行排序來簡化實現，進而在一個dsPIC33元件中實現馬達控制和PFC。 PTG使照明控制更有效率 在光強度控制應用中，使用OC的PWM產生器可用於控制光的亮度。在此應用中，使用了兩個OC周邊，其工作週期由來自兩個獨立ADC通道的輸入控制。根據每個ADC值，更新工作週期。PTG周邊支援更簡單的同步ADC和OC周邊的方法。此外，PTG有助於避免周邊鎖死，以提高應用的安全性。 為了執行同步，電路首先會監視ADC並產生適當的中斷以改變OC工作週期。然後，它會在不干擾CPU的情況下改變ADC通道，因為PTG可以獨立完成此操作。作為額外的安全功能，在發生意外故障時，PTG周邊具有專用的看門狗計時器，用於監視和執行必要的糾正措施。該應用的框圖如圖2所示。 圖2　使用PTG的輸出比較工作週期控制 PTG周邊內的看門狗計時器將防止PTG在執行等待硬體觸發高電平-低電平狀態的命令時無限期地等待外部事件的情況。在此應用中，PTG將等待ADC轉換完成觸發訊號。啟動後，看門狗計時器會在命令執行開始時開始計數。命令完成執行時將禁止看門狗計時器。如果預期事件在看門狗計時器超時週期到期之前未到達，則PTG周邊將中止正在進行的失敗命令並停止定序器。然後，它會向CPU發出看門狗計時器錯誤中斷。 這可作為安全功能，用於從ADC或PTG周邊停止工作的情況中恢復。這些周邊可以在看門狗計時器錯誤中斷內重新初始化和重啟。PTG透過切換ADC通道和監控周邊使應用獨立於核心，而無需CPU周邊的干預。這樣一來，CPU便可以用於應用程式中的其他任務。另外，僅PTG將負責周邊內的所有互動，這有助於降低軟體複雜性並保持模組化；PTG周邊的看門狗計時器有助於從任何災難性故障中恢復，以提供更可靠的應用。 定頻率波形 PTG周邊可用於產生恒定頻率訊號，而此訊號還可用作時鐘源。PTG觸發用作遮罩輸入選擇的比較器。PTG的觸發脈衝寬度可以改變，PTG有自己的計時器，周邊觸發訊號也可用作運算放大器和比較器的遮罩輸入選擇，如圖3所示。 圖3　用戶可程式設計的遮罩功能 使用此功能，可以透過比較器周邊實現PTG輸出。比較器配置為：反相輸入接地，同相輸入連接至內部參考電壓。觸發脈衝將直接呈現為比較器輸出。只要PTG連續產生觸發訊號，比較器就會產生恒定頻率波形。波形的脈衝寬度將是PTG時鐘的一個週期。 開關時間可由PTG計時器和脈衝寬度位控制。輸出脈衝寬度將決定輸出波形的關斷時間，計時器將決定輸出波形的導通時間，即觸發比較器周邊之間的延遲。根據比較器輸出極性，開關時間將由計時器或脈衝寬度位控制。輸出頻率也可以由充當時鐘分頻器的暫存器控制。 透過改變比較器輸出極性，可以使用四個比較器周邊產生互補波形。可以使用脈衝寬度位修改脈衝寬度，以便降低輸出頻率。因此，可以使用PTG和比較器周邊產生恒定波形。在該應用中使用PTG的優點之一是輸出可以充當恒定時鐘源並且完全核心獨立運行。使用更多比較器周邊時，可以生成偶互補波形。PTG還可以在空閒和休眠等節能模式下工作。 憑藉Microchip的dsPIC33數位訊號控制器中的PTG周邊，用戶能夠設計複雜的應用序列，並為時序關鍵型或功耗關鍵型應用提供更高的靈活性。PTG可在幾乎沒有CPU中斷的情況下支援各種周邊彼此互動，並有助於增強現有周邊的功能，進而擴展任何既有周邊可以實現的功能。 使用PTG周邊可提供更快的回應速度並減少軟體負擔。周邊還提供內建功能(如專用的看門狗計時器)來提高功能安全性。 (本文作者為Microchip應用工程師)

數十年來，測試部門皆將標準化視為夢寐以求的目標。在1961年，Radio Corporation of America(RCA)的D.B. Dobson與L.L. Wolff發表了「電子測試設備標準化(Standardization of Electronic Test Equipment Standardization of Electronic Test Equipment)」一文。這篇文章針對多功能飛彈系統測試設備，提出了用於調查與原型製作的原則、條件與技術。 早期大部分技術標準化的目標，皆是要縮減組織用於測試解決方案的測試設備種類。而 RCA達成的重大目標，則是設計出模組化硬體組合並進行部署。模組化硬體可提高設備的重複使用率、增加整合式測試解決方案的數量、減少元件汰換，並簡化技術的取代程序。 由於多種產品與資產的使用壽命皆可長達50年，因此維護性與重複使用性較高的測試系統，可為航太與國防產業的測試團隊帶來最多益處。基於安全規定與瞬息萬變的情況，迫使現代測試組織需將行動擴大至硬體標準化之外。這些組織目前著重的部分，是軟體層與開發軟體的方法。測試工程團隊必須開始採用重複性軟體開發作業並將其標準化，以求在高速現代化的產業中，趕上產品開發團隊的腳步並符合專案時程。 軟體是標準化骨幹 RCA一文說明了在多個功能元件與飛彈計畫中找出共用輸入與輸出的程序，以判斷其模組化硬體系統的要求。前述程序可找出並區分可一併處理的一般元件，這也是抽象化的基礎所在。 規模更大的儀控設備標準化作業，以及轉向使用商用現貨技術的趨勢，使VXI、PXI、PXIe與AXIe等模組化硬體標準應運而生，眾多產業中的測試組織皆採用這類標準。標準模組化硬體平台可將電源供應器、冷卻與使用者介面等重複的冗餘元件，抽取並合併至系統內的單一點上。 美國國防科學委員會(DSB)的「國防系統軟體的設計與擷取(Design and Acquisition of Software for Defense Systems)」報告指出，我們武器系統提供的許多功能皆源自系統的軟體，而非硬體。從硬體驅動功能轉為採用軟體驅動功能的變化正迅速增加。現代儀控設備包含處理器與FPGA等軟體定義元件的情況，越來越常見。為了充分善用這些現代測試解決方案，軟體定義的量測系統不但能帶來益處，也是必要之舉。最優秀的測試軟體工程團隊正在建置抽象化測試軟體，相較於抽象化硬體，這類軟體能提供更多好處。 抽象化軟體平台包含負責執行特定功能的各層，如此可在保有相同輸入與輸出之下，讓團隊在隔離其他層之際，個別修復與升級各模組。面對數十種傳統業務類別，軟體標準化必須一一因應各類別向來的舊有做法。Honeywell Aerospace首席工程師Mark...

繼NVIDIA正式宣布併購以色列晶片製造商Mellanox Technologies之後，英特爾(Intel)隨即發布將攜手阿里巴巴、思科、Dell EMC，Facebook、Google、Hewlett Packard Enterprise、華為和微軟等產業龍頭，共同成立Compute Express Link (CXL)聯盟，以開發CXL技術，藉此鞏固在資料中心市場的優勢地位，並建立更完善的高速互聯生態體系。 英特爾資料中心事業群執行副總裁暨總經理Navin Shenoy表示，不同產業所面臨的共通挑戰，便是需要從大量資料中獲取更多價值。為此，該公司與阿里巴巴、思科、Dell EMC，Facebook、Google、Hewlett Packard Enterprise、華為和微軟合作成立聯盟，開發CXL技術，這是一種開放式互聯技術，可提高效能，並消除CPU和專用加速器的運算密集型工作負載瓶頸。 Shenoy進一步說明，資料的爆炸性成長和專業工作負載，如壓縮、加密和人工智慧(AI)的快速創新，都使得異質運算逐漸興起，其中專用加速器能與通用CPU並行工作。這些加速器需要與處理器之間有高效能的連接，並且在理想情況下能共享公共儲存空間以減少負擔和延遲。CXL是一種關鍵科技，可以實現加速器和CPU之間的記憶體一致性，提供極高的頻寬，並使用基於PCI-Express Gen 5且易於理解的基礎架構。 具體而言，CXL在CPU和工作負載加速器(如GPU、FPGA和網路)之間建立了高速、低延遲的相互連結，能維持裝置之間的記憶體一致性，允許資源共享以實現更高的效能，降低軟體堆疊複雜性並降低整體系統成本。 Shenoy指出，雖然市場上存在其他的互聯性協議，但CXL獨特之處在於能夠提供CPU/裝置記憶體一致性，降低裝置複雜性，並且在單一科技當中整合產業標準的實體和電子介面，以實現最佳的隨插即用體驗。 總結來說，CXL技術旨在解決CPU和專用加速器不斷成長的高效能運算工作負載，滿足人工智慧、媒體、圖像和語言處理、加密與其他領域的新興資料處理應用。預計CXL第一代規格將在2019年上半年提供給聯盟成員，預估將從英特爾的2021資料中心平台中首先看到整合CXL科技的產品，包括Intel Xeon處理器、FPGA、GPU和SmartNIC。

為搶占資料中心市場，拓展業務範圍，NVIDIA斥資69億美元收購邁倫科技(Mellanox)。此收購案將結合NVIDIA的運算平台和Mellanox的互連技術，NVIDIA將能最佳化資料中心規模的運算負載量，提供全球前500大超級電腦中超過250台的互連能力，滿足雲端服務供應商與電腦製造商對於高速運算、互連的需求。 NVIDIA創辦人暨執行長黃仁勳表示，人工智慧、資料科學及數十億同時出現的電腦用戶都在急劇加速對全球資料中心的需求。為了滿足這樣的需求，將需要能夠透過智慧網路結構來大量連接快速計算節點的整體架構，以形成一個巨大的資料中心規模的運算引擎。 根據此協議，NVIDIA 將以每股125美元現金收購Mellanox所有已發行普通股，交易金額約為69億美元。此項交易案已獲得兩間公司的董事會同意，並預計將在2019年年底前完成。 現今在人工智慧、科學運算和數據分析的資料與運算強度正以倍數成長，大規模和企業資料中心對高效運算、互連的需求越來越多；但CPU的效能進展隨著摩爾定律的結束而放緩，驅使GPU和智慧連網解決方案應用大增。 可想而知，未來的資料中心將被建構為具有數萬個運算節點的巨型運算引擎，且將整體設計可彼此互連以獲得最佳效能；而Mellanox主要發展高速互連解決方案，其InfiniBand互連技術與高速Ethernet方案目前已被用於全球超過半數最快的超級電腦，以及許多超大規模資料中心。 收購Mellanox後，NVIDIA將能最佳化資料中心規模的運算負載量，可囊括所有運算、網絡和儲存堆疊，為客戶達到更高效能、更高的利用率與更低的營運成本。