無線區域網路(Wi-Fi)射頻(RF)前端朝先進製程邁進。著眼於多重輸入多重輸出(MIMO)天線在設計上日趨複雜,RF前端元件開發商開始導入更先進製程,以增加整合度與系統效能,進一步提升Wi-Fi的資料傳輸速率。
以RFaxis為例,該公司即預計於今年第四季,發布首款採用40奈米CMOS製程的5GHz 802.11ac RF射頻前端晶片(RFeIC),代號為「Nucleus45」,並將開始送樣;預計2015年第一季,將再推出採用28奈米CMOS製程的Nucleus2系列,讓客戶無縫升級。
RFaxis董事長兼執行長Mike Neshat表示,在智慧型手機與平板電腦等無線通訊裝置中,RF前端在最大化及確保最高的資料傳輸率上扮演著關鍵角色。但由於RF設計難度較高,RF前端元件過去一直依賴著昂貴的砷化鎵(GaAs)或矽鍺(SiGe)製程,直到現在才得以採用互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程做為解決方案,如該公司所有RF前端元件均已採用CMOS製程進行生產並已大量出貨。
Neshat進一步指出,隨著Nucleus產品系列的推出,RFaxis在CMOS RF前端解決方案的發展將向前邁進一大步,將可與Wi-Fi、ZigBee、藍牙(Bluetooth)等主流無線技術的SoC完美搭配。
事實上,為了滿足市場日益提升的無線資料傳輸速率與資料吞吐量,Wi-Fi產業正快速採用最新的國際電機電子工程師學會(IEEE)標準–802.11ac,可支援先進調變功能,例如256QAM、8×8 MIMO以及多用戶多重輸入多重輸出(MU-MIMO),使資料傳輸速率可達到將近10Gbit/s。為進一步縮減下一代產品尺寸、增進處理器效能並提升整合度,Wi-Fi SoC供應商持續朝向更小的CMOS製程節點發展。
隨著CMOS技術持續朝向更深的次微米(Submicron)節點發展,例如40奈米與28奈米,晶片電壓將大幅降低,且漏電流也愈來愈嚴重,對於射頻功率放大器(RF PA)和高功率射頻前端元件在線性度和效率上形成巨大設計挑戰。
另一方面,這些奈米級CMOS製程同時提供了多種新特色與優點,例如具有理想的訊號處理能力,若善加利用將可以為射頻/類比的設計帶來巨大效益。舉例來說,數位預失真(Digital Pre-Distortion, DPD)在今日已經常被使用在主流的Wi-Fi SoC,以幫助正交分頻多工(OFDM)調變傳送合理的晶片輸出功率,維持良好的線性度;而在支援3G/4G長程演進計畫(LTE)的手機應用上,因CMOS PA逐漸取代現有採用GaAs製程的PA,使得封包追蹤技術(Envelope Tracking, ET)正迅速成為具前景的授權技術。
這些功能強大且高度發展的數位技術,能應用於控制並提升任何類型的RF前端解決方案中,當SoC(基頻(Baseband)/收發器(transceiver))與RF元件同在CMOS製程下設計和製造時,將具有良好的協同作用。