RFEE
Skyworks攜手Sequans 布局NB-IoT/LTE-M市場
Skyworks與思寬(Sequans)聯手於2020年美國消費性電子展(CES 2020)上展示新品SKY66430-11,整合多頻段及多晶片系統級封裝(SiP),提供RFEE、收發器等多裝置寬頻率範圍執行的同時,亦為5G大規模物聯網(Massive IoT)市場發展帶來嶄新氣象。
Skyworks宣布將加速5G大規模物聯網應用的採用。
Skyworks市場營銷副總裁John O'Neill表示,隨著5G的出現,相較分散式架構,採用Skyworks營運商認證解決方案的物聯網裝置能更快推向市場,且更具成本效益。
Skyworks的LTE多頻段無線電的無線射頻前端(RFFE)SKY66430-11多合一裝置經認證,整合多頻段及多晶片系統級封裝(SiP),可實現蜂巢式LTE-M/NB-IoT(頻分雙工FDD)體系結構。其前端部分包含Rx低通濾波器、含偏壓控制器的寬頻PA、Tx低通諧波濾波器及天線開關;於接收部分,低通濾波器則將必要的部分整合至SiP中,並阻隔干擾源,比起傳統LTE接收器有更低的插入損失及噪音係數;在發射部分,負載線針對高效而最佳化,整合LPF以抑制PA及收發器的諧波,同時降低最大損耗,進而最佳化發射電流損耗,頻外發射的設計使其與3GPP相容。此外,該產品整合Sequans MONARCH SQN3330晶片,使LTE多頻段無線電的無線射頻前端、收發器、電源管理、記憶體和基頻數據機,得以於700至2200 MHz頻率範圍運作。
由於蜂巢式連接能提供遠距監控,控制或管理所需的安全、實時裝置至雲端連接的能力,因此眼下物聯網製造商正加緊腳步開發。此類低功耗廣域網路(LPWAN)功能適合被廣泛採用於消費性產品,如智慧手表、可穿戴裝置和追蹤器,以及工業和基礎設施應用,如天然氣、水/電表、機器監控、工廠自動化、供應鏈及物流監督等。
物聯網應用需求不斷提升,根據近期5G Americas與推出的5G白皮書指出,蜂巢式物聯網正成為廣域物聯網應用的首選技術;同時愛立信(Ericssion)2019年移動性報告中亦表示,蜂巢式連接的IoT裝置預計將從2018年的10億台成長至2024年的41億台,複合年成長率為27%。其中LTE-M/NB-IoT(大規模物聯網)預計將占其中的45%,遠高於2018的數量。預計本次Skyworks與Sequans的技術合作,將使大規模物聯網的布建加速,連帶提高5G應用。
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。