mmWave
TI拓展毫米波雷達應用 IWR6x進軍工業市場
工業4.0熱潮席捲全球,而毫米波雷達(mmWave)可利用無線電波準確偵測物體的位置、方向、距離與速度,不受外在惡劣環境的影響,使其除了在車用市場之外,在工業應用中的需求也逐漸浮現,毫米波雷達供應商開始推出相關解決方案,如德州儀器(TI)於近日宣布推出用於工業系統的高解析度CMOS單晶片60GHz感測器產品「IWR6x系列」。
TI指出,為了實現智慧工廠,需要更智慧、更準確的感測能力,而毫米波雷達可以更準確的感知工業現場的物體位置、設備運作的速度和角度,以及場內設備與人員的分布範圍等,提供工業環境所需的高分辨率,工業設計人員對此需求大增。
據悉,新推出的毫米波感測器整合了計算處理晶片,能提供即時決策和訊號處理;並採用包含天線的封裝技術(Antenna-on-Package),此一功能可克服過往射頻(RF)設計相關的挑戰,大幅縮小產品體積(和24GHz相比縮小75%),降低整體開發成本。
另外,新推出的感測器特性包含智慧型邊緣自主運算,其整合的處理能力讓感測器能減少誤報並做出即時決策,免除了在許多系統中尚需使用額外微控制器或處理器的需求;且此感測器的解析度為24GHz感測器的16倍,能偵測到物體、人及非常細微的動作(例如呼吸和打字);還能在擁擠的空間,或各種照明和環境條件下,穿透玻璃、塑料和石膏板等材料進行運作,強化了現有系統的準確度。
TI表示,毫米波技術擴展了建築和工廠自動化能力,藉由新推出的毫米波感測器,工程師可以將毫米波技術整合到各種機器人、工廠自動化和建築自動化設計中,實現了更智慧的人員計算、動作偵測、安全防護和生命跡象監測等應用。
專訪安矽思產品管理總監Larry Williams 模擬工具加速5G應用開發
安矽思(Ansys)產品管理總監Larry Williams表示,行動通訊技術以往的應用情境相對單純,不是人與人之間的語音、文字通訊,就是行動寬頻上網。但5G將是一種和蒸汽機、引擎類似的通用技術(General Purpose Technology),除了要繼續支援現有的行動應用外,還要承載V2X通訊、物聯網等新的應用服務。
為了滿足更多樣化的應用情境,5G標準導入了許多新的射頻通訊技術,例如MU-MIMO、更複雜的天線陣列甚至毫米波(mmWave)等。這些新技術不是讓系統設計變得更為複雜,就是要採用全新的設計架構。例如毫米波通訊,由於線路損失太大,因此天線必定要整合到射頻前端的封裝裡,亦即AiP封裝。
因此,要確保5G通訊設備跟相關元件成功開發,周延的模擬必不可少。唯有透過模擬工具,才能在產品設計階段早期發現可能產生的問題,進而提出因應對策。目前Ansys在5G設計模擬方面,已經推出眾多解決方案,從晶片設計、封裝到基地台等級的訊號涵蓋模擬工具,Ansys都能提供。目的是要讓使用者盡可能減少在原型開發跟實地測試上所需投入的資源,並盡可能涵蓋各式各樣的應用情境。
事實上,從整個無線通訊產業的發展軌跡來看,模擬所扮演的角色只會越來越重要。沒有完善的模擬,工程師無法建立精確的模型,後面的應用開發就只能靠嘗試錯誤的方法來摸索,這是非常耗時又昂貴的過程。
RF CMOS就是一個典型案例,在相關元件的行為模型建立起來之前,RF CMOS的應用發展極為緩慢,但隨著模擬工具日趨完善,工程師對RF CMOS的行為特性掌握度更高,才促成今天RF CMOS元件廣泛應用的局面。
安矽思(Ansys)產品管理總監Larry Williams認為,在5G應用發展的過程中,模擬工具會扮演十分關鍵的角色。
是德科技EM模擬器通過FD-SOI技術認證
是德科技(Keysight Technologies)日前宣布旗下的Momentum 3D平面電磁(EM)模擬器,已通過GLOBALFOUNDRIES(GF)22FDX、22nm全空乏絕緣上覆矽(FD-SOI)技術認證。
Keysight Momentum是先進平面3D電磁模擬器,可用於被動式電路建模和分析。它可模擬任意幾何結構的設計(包含多層結構),並可使用頻域力矩法(MoM)技術,準確地模擬複雜的電磁效應,包含耦合和寄生。
在取得認證後,設計人員現在可以使用GF的尖端22FDX技術進行精確的EM模擬,進而分析當今日益縮小、複雜設計中的電磁效應和特性。Momentum堆疊檔案已經整合入GF提供的最新22FDX PDK。
是德科技RFIC晶圓專案經理Punmark Ngangom表示,是德科技EM模擬器通過GF 22FDX認證,象徵著GF與是德科技就是德科技RFIC晶圓專案,維持緊密的合作關係。我們的共同客戶現在可充分利用經GF認證的Keysight Momentum堆疊檔。GF的標準22FDX PDK軟體套件現已提供這些檔案。
Keysight Momentum還被認證為經最佳化的RF/mmWave金屬選項,具有不同電感器,並可根據GF認證標準,實現與高達100GHz的矽量測和電路模型之間的高度精確關聯性。
克服毫米波傳輸耗損 5G RF前端朝模組/IC發展
目前6GHz以下頻譜擁擠且可用的頻段相當破碎,為獲取更大頻寬,使得5G開始朝毫米波(mmWave)發展。然而,毫米波訊號具衰減快、易受阻擋且覆蓋距離短等特性,使得5G基地台與終端開發面臨技術挑戰,也進而影響天線與射頻(RF)前端的設計。
ADI通訊基礎設施業務部中國區策略市場經理解勇指出,5G大規模天線陣列技術,使之對於射頻元件的整合度、頻寬與成本具更高的要求。5G頻段包含6GHz以下的低頻頻段與高頻毫米波頻段,支援的頻段比4G LTE多且複雜,因此,若要達到5G RF性能指標要求,將為相關RF元件製程與電路設計帶來了更大的挑戰。
以往RF前端多採用離散式元件(Discrete Components),透過印刷電路板(PCB)上的RF走線(Trace)連接收發器(TRx)、功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)及濾波器(Filter)等主被動元件。不過,隨著RF元件用量的提升,Qorvo產品行銷經理陳慶鴻指出,目前4G高階手機RF元件模組化已是必然的趨勢,而5G將更進一步加速元件整合的趨勢。其中,模組的型式包括封裝、低損耗板材SMT、軟板SMT等等,但不論採用何種方式都必須解決熱集中、高功率消耗的問題。
Anokiwave亞太地區銷售總監張肇強進一步說明,5G毫米波訊號易耗損、受干擾,為降低訊號在PCB傳遞過程中耗損,須將RF元件與天線整合在一起,以縮短RF走線。此外,隨著頻率變高,天線尺寸及每個天線間的距離都會大幅縮小,難以直接將離散式元件整合在天線間,因此須將RF元件加以整合。因應此趨勢,該公司利用矽製程技術將RF元件整合成四通道的毫米波IC,再將之與天線整合成模組,以解決訊號傳輸耗損問題。
此外,張肇強也談到,基地台散熱問題對於RF元件與天線設計是一大挑戰,過往毫米波雷達與波束成形等技術主要被運用在軍事國防,尺寸與成本都並非設計上的主要考量,因此若要運用相關技術實現商用基地台,除了要克服尺寸問題,基地台散熱所帶來的龐大成本也是一大問題。而Anokiwave也嘗試從封裝來改善散熱問題,其第一代IC採用QFN封裝技術,但考量塑膠封裝散熱效果差,因此第二代產品改採晶圓級晶粒尺寸封裝(WLCSP),在改善散熱問題的同時也能進一步縮小封裝體積。
車載毫米波雷達2023年市場規模達1.32億顆
汽車電子產業成長迅速,根據TrendForce旗下拓墣產業研究所研究指出,車載毫米波雷達受到中國新版新車評價指標(C-NCAP)實行,與美國NHTSA將自動緊急煞車系統(AEB)列為新車標配的驅動下,將進入高速成長階段,預計2018年車載毫米波雷達出貨量將達6,500萬顆,2018~2023年複合成長率達15%。
隨著汽車電子發展與自動駕駛需求,毫米波雷達已經成為ADAS與自動駕駛的關鍵感測器之一。為避免與其他設備頻段衝突,車載毫米波雷達需要專屬頻段,以往各國對於車載毫米波雷達使用頻段混亂的情況使其發展受限,直到2015年世界通訊大會(WRC-15),決議76~81GHz皆可用於車載雷達,為全球車載毫米波雷達發展提供明確的方向。
2018年由於中國首次將前方碰撞警示(FCW)、AEB等主動安全系統列入C-NCAP,將驅動毫米波雷達出現大幅成長,全球出貨有望達6,500萬顆;拓墣產業研究所表示,美國2022年將AEB列入新車標配,在中、美兩大市場對於主動安全需求帶動下,預估2023年車載毫米波雷達年出貨量將上看1億3,200萬顆。
首款符合R15數據晶片亮相 三星加速5G終端問世
三星(Samsung)日前宣布推出5G NR基頻數據晶片Exynos Modem 5100,該晶片採用10nm製程生產,可支援sub-6GHz以及毫米波(mmWave)頻段,並向下相容歷代行動通訊標準。
事實上,三星並不是首個推出5G基頻晶片的廠商,早前高通、Intel都已發表5G基頻晶片。不過三星宣稱,Exynos Modem 5100為業界首款完全符合3GPP最新R15規範的基頻晶片,不僅可支援5G sub-6GHz與毫米波頻段,更可下向相容2G GSM/CDMA、3G WCDMA、TD-SCDMA、HSPA以及4G LTE網路,換句話說,終端裝置只須採用單晶片即可兼容歷代的行動通訊標準。
三星進一步解釋,5G發展初期仍以非獨立式(NSA)架構為主,倚賴現有的4G基地台與核心網路進行部署,而兼容各通訊標準的單晶片解決方案,將更有利於此階段的商業應用發展。
該款基頻晶片在sub-6GHz頻段最高下行傳輸速率可達2Gbps,在毫米波頻段則可達6Gbps的下行傳輸速率。相較於先前的版本,Exynos Modem 5100在以上兩個頻段的傳輸速率分別是前代的1.7倍及5倍。此外,該款基頻機晶片在4G網路中亦能維持良好的傳輸速率及穩定性,下行傳輸速率達1.6Gbps。
據悉,三星已利用搭載Exynos Modem 5100的終端原型裝置以及5G基地台,通過5G NR數據通話無線傳輸(OTA)測試。三星表示,該項測試模擬真實的蜂巢式網路環境,而這將加速採用該晶片的終端裝置開發以及商用化發展進程。
Exynos Modem 5100預計將在2018年底開始供貨給客戶,此外,該公司也將推出射頻積體電路(RFIC)、封包追蹤(Envelope Tracking, ET)以及電源管理IC(PMIC)解決方案。三星系統半導體事業(System LSI)部門總裁Inyup Kang表示,隨著5G通訊的演進,未來三星將持續推動行動通訊創新應用與服務的發展。