LTE-A频段复杂度提升 RF前端成芯片商猛攻方向
射频(RF)前端元件重要性遽增。先进长程演进计划(LTE-A)采用载波聚合(Carrier Aggregation)与多重输入多重输出(MIMO)技术，实现高达300Mbit/s的传输速度，但也同时提高射频子系统设计复杂度，因此晶片商已积极开发能覆盖更多频段的射频前端方案，以降低客户开发门槛。
射频(RF)前端方案将成为长程演进计划(LTE)晶片商拓展市占的重要武器。高通(Qualcomm)为持续提升于全球LTE市场的影响力，除已推出支援Category 6传输速度的进阶长程演进计划(LTE-A)晶片组外，更让旗下处理器及高通参考设计(QRD)皆开始支援其自有的RF360射频前端方案，藉此协助行动装置制造商更简单地推出支援多频多模的终端产品。
高通全球副总裁暨台湾区总裁张力行(图1)表示，美国AT&T、德国电信(Deutsche Telekom)、法国Orange等全球多家电信商，皆计划于今年第四季推出LTE-A CAT6商用网路，最高可以利用载波聚合(Carrier Aggregation)技术支援300Mbit/s的数据传输率，因此下半年消费者将可以购买到内建支援CAT6标准数据机(Modem)的智慧型手机及平板电脑等。
张力行进一步指出，随着应用市场持续推展，LTE-A技术亦须不断演进，以完善使用者体验。有鉴于此，第三代合作夥伴计划(3GPP)已于去年第四季定义超过六十五种的载波聚合频段组合，其中包括五十一种跨频(Inter-band)及十四种同频(Intra-band)排列组合，可让电信营运商就自有频段区间选择两个或三个载波，甚至是跨分频双工(FDD)/分时多工(TDD)-LTE频段进行整并，以提升传输速度表现。 事实上，由于LTE-A时代各家电信商所采用的蜂巢式通讯技术(Cellular Mode)及频段将益趋复杂(图2)，行动装置制造商多半的做法系依照不同地区支援的多频多模情形，以覆盖不同频段的射频前端方案推出超过十种的单品(SKU)，但此举将造成额外的终端开发成本。
LTE网路频段的多样性将提高RF元件及数据机的设计复杂度
张力行强调，处理器厂商于LTE-A市场竞技的重点已不局限于数据机与应用处理器的技术，更将延伸至射频前端，因此，高通自去年开始跨足射频前端解决方案设计，并推出RF360方案。
高通的RF360前端解决方案分为三大部分(图3)--天线调谐器(Antenna Tuner)、封包功率追踪晶片(Envelope Power Tracker)，以及采用互补式金属氧化物半导体(CMOS)制程的整合型功率放大器;其中，功率放大器又分为整合天线切换器的多频多模功率放大器(Multi-band Power Amplifier, MMMB PA)--QFE2320，以及整合发送器/接收器(Transmitter/Receiver)模式切换器的高频MMMB PA--QFE2340。
高通RF360前端解决方案优势
据了解，去年底Google推出的Nexus 5手机已率先导入高通的封包追踪晶片组--QFE1100，藉此降低行动装置PA发热及耗电情形;而今年2月中兴发布的旗舰手机Grand S II LTE，则采用了整套的RF360方案。
高通指出，RF360方案不仅拥有小尺寸优势，且可覆盖全球所有的2G/3G/4G蜂巢式通讯技术及频段组合，包括LTE TDD/FDD、宽频分码多工/演进式高速封包存取(WCDMA/HSPA+)、CDMA 1x、分时-同步分码多重存取(TD-SCDMA)及全球行动通讯系统/增强数据率演进(GSM/EDGE)，以及700MHz?2,700MHz的频段，因此制造商可以单一SKU向全球市场销售。
展望未来，高通骁龙(Snapdragon)410、Snapdragon 610、Snapdragon 615等处理器系列的QRD平台皆已支援RF360前端解决方案，而该公司针对高端行动装置所推出的64位元晶片组Snapdragon 810及808系列亦支援该方案。显而易见，高通将以RF360前端解决方案与其他处理器厂拉开竞争差距，于频段日益复杂的LTE-A市场中站稳脚步。
值得一提的是，高通RF360前端解决方案正式获中兴旗舰级手机Grand S II LTE采用，意味其CMOS PA技术已可满足LTE市场的高频操作性能需求。未来在高通大力推广RF360方案的推助下，CMOS PA将于支援LTE及LTE-A载波聚合技术的行动装置市场中快速提高渗透率。
高通炮火全开 CMOS PA快速崛起
高通台湾区行销总监李承洲表示，高通去年虽已发布RF360前端方案，但仅先推出封包功率追踪晶片--QFE1100及可配置天线匹配谐振器(Configurable Antenna Matching Tuner)--QFE1510，至今年初整合天线切换器(Antenna Switch)的CMOS PA问世后，全系列产品才全数到位。
中兴最新的旗舰机Grand S II LTE，系最先导入完整RF360方案的智慧型手机。此外，目前还有超过十五家OEM、多达七十五款的行动装置已采用RF360进行导入设计，预计今年下半年或明年相关终端产品即可陆续出笼;显见CMOS PA效能已可满足LTE市场的高频操作要求，未来在智慧型手机市场中的能见度将可显著攀升。
据了解，由于全球通讯市场频段需求分歧，高通将CMOS PA分为QFE2320及QFE2340两种版本;前者支援六个中低频频段，后者则支援四个高频频段，因此行动装置制造商可依照产品发布地区频段变化，选择任一颗导入或同时将两颗整合至RF360前端方案中。
另一方面，QFE2320整合PA与天线切换器的设计可简化绕线(Routing)、降低前端设计中的RF元件数，并缩小印刷电路板(PCB)占位面积;至于QFE2340则采用全球首次商用化的晶圆级奈米规格封装(Wafer Level Nano Scale Package, WL NSP)，整合发送器/接收器(Transmitter/Receiver)模式切换器。
高通的CMOS PA迅速于LTE行动装置市场崛起，势必对既有的砷化镓(GaAs)PA业者造成出货量冲击。目前GaAs PA主要业者包括Skyworks、RFMD、安华高(Avago)等，皆已积极提高CMOS PA方案的产品比重。
如Skyworks与RFMD已先后透过收购CMOS PA厂商强化布局。Skyworks于2009年收购Axiom Microdevices，并推出支援GSM 850/900/1800/1900等四个频段的CMOS PA;RFMD则于2012年收购Amalfi以强化该公司于CMOS PA的技术实力，并于去年8月底宣布其超低价(Ultra-low Cost)CMOS PA出货量已突破一百万颗的纪录。RFMD指出，CMOS PA市场扩张速度十分快速，因此该公司已着手建议既有的2G功率放大器(含GaAs及CMOS)客户转移至超低成本CMOS PA方案，希望可以在2014年会计年度达到一亿颗的出货量。
值得注意的是，在CMOS PA以低价优势全面进驻3G/4G市场后，行动装置射频市场将呈现新的局面，主要是滤波器(Filter)将一举成为射频系统中成本最高的元件，特别是高频体声波(Bulk Acoustic Wave, BAW)滤波器。以支援全球漫游服务的LTE手机为例，其导入的表面声波(Surface Acoustic Wave, SAW)滤波器售价约3美元、BAW约3.5美元，而CMOS PA成本则为2美元，因此可见GaAs PA厂商Skyworks已开始展开新一轮商业布局，将与Panasonic联手抢攻高效能滤波器市场。
Skyworks出资 进军高端滤波器市场
Skyworks与Panasonic宣布双方将组合资公司，共同设计、开发并提供高效能滤波器，包括表面声波及温度补偿SAW元件方案。
Skyworks总裁暨执行长David J. Aldrich指出，此合资公司奠基于Panasonic于声波滤波及压电(Piezoelectric)的技术，并扩展Skyworks产品的广度与整合技术，双方将致力于提供高效能、低成本及最快上市的解决方案。不仅如此，Skyworks此次与Panasonic的合资企业与双方在高频体声波滤波器市场的策略投资互补，换言之，现在两间公司将可以开发针对各种频段组合(Band Configuration)的客制化方案，横跨高、中、低频率。
使用者对常时开启(Always-on)连结的依赖以及持续增加的数据量，皆让频段数目及4G LTE技术的需求快速攀升。事实上，3GPP已提出超过四十五个频段，而多频段的通讯环境将显著带动滤波器的出货成长，尤其是能实现频段紧密堆叠(Dense Packing)的高效能温度补偿SAW。此外，其他持续运作的元件包括全球卫星定位系统(GPS)、无线区域网路(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)以及蜂巢式无线电(Cellular Radio)等，将遭遇须共同存在的设计挑战，因而让高品质滤波器愈显重要。
Panasonic晶片元件事业群总监Shigeru Ono表示，新合资公司将可利用双方的核心强项在滤波器市场创造更好的表现，并挹注更多营收，同时嘉惠客户与员工。
据了解，Skyworks与Panasonic的合资公司将任用五百九十名员工，总部将设置于日本大阪。新的合资公司中，Skyworks将掌有66%的股权，Panasonic方面则系34%。这项交易尚包括Panasonic滤波器分部的产品、营运资金(Working Capital)、制造设备及矽智财(IP);双方预计在今年第三季完成所有交易事项。
由高通、Skyworks及Panasonic最新的市场动态中不难看出，射频前端方案包括PA、封包追踪器以及滤波器等，已成为继应用处理器与数据机后，半导体厂商最关注的一块领域，希望能藉此于频谱组合益趋复杂的LTE-A市场中协助客户产品能漫游全球，提升用户使用体验。
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