智能手机拨号新的射频流程

由马克LaPedus
快速转向智能手机和平板电脑驱动需要新的低功耗芯片更精细的几何图形。

今天,最新的应用程序处理器集成基带和其他数字手机芯片28 nm平面设备。它不久oem 20 nm平面和finFET设备纳入他们的系统来减少电力和延长电池寿命。

移动革命也对射频(RF)有一个深远的影响设计,流程和包装。例如,有四个频段在2 g 3 g蜂窝网络和五个左右。相比之下,下一代4 g无线标准被称为长期演进(LTE),最终可以支持43乐队在多个频率。

支持4 g / LTE和遗留乐队在世界范围内,智能手机将包含一个巨大的、耗电和昂贵的射频前端。所以,很难想象一个“世界智能手机”,支持所有4 g / LTE乐队在每个国家。相反,消费者可能会满足于“区域”智能手机支持一些但不是全部4 g LTE /乐队。

“最大的挑战是覆盖尽可能多的乐队在一个地区和一个易于使用的和低成本的系统中,”克里斯托弗·泰勒说,市场研究机构Strategy Analytics分析师。“只要行业走向更多的乐队和更快的数据传输速率,它在组件构成更大的压力。”

应对需求,射频芯片制造商正在推出一个新的类多模、多波段功率放大器为4 g / LTE,基于传统的砷化镓(砷化镓)技术。和供应商也在加大新势力安培基于互补金属氧化物半导体和绝缘体(SOI)变体称为蓝宝石上硅(SOS)。

其他的变化发生在射频前端。“射频天线开关从III-V SOI材料,”Paul Boudre说在SOI晶片专家Soitec首席运营官。“砷化镓pHEMT不会消失,但它仍将为更具体的设备。”

在4 g / LTE,也需要一个新类的多样性开关和可调电容器。总之,射频芯片制造商朝着集成射频前端解决方案,以提高功率效率和电池寿命降低成本。

海射频变化
总的来说,射频组件销售预计将从220亿年的2011美元增长到2016年超过300亿美元,据Strategy Analytics。数字和模拟的一大驱动芯片制造商是4 g / LTE技术,这一技术拥有100 mb的数据速率,第二,比3 g快10倍。

/ 4 g LTE智能手机出货量预计将从2013年的9090万辆2012年到2.75亿年三,据Strategy Analytics。然而,4 g / LTE智能手机的复杂性将电源和电池寿命为代价的,因此需要一种新的低功耗,多核芯片。

博通、英特尔、联发科、高通等航运手机芯片基于CMOS。采取另一种方法问题,st - ericsson已经推出了一个集成的手机芯片组基于28 nm,消耗殆尽SOI (FD-SOI)。FD-SOI的部分是30%高于大部分设备,执行副总裁Joel哈特曼说,意法半导体的前端制造和工艺研发。“我们已经证明了功率降低了50%,”他说。

下一个突破可能发生在今年年底,当英特尔希望船首次22纳米finFET设备为移动市场。铸造厂将进入finFET市场14 nm。“走到14 nm finFETs将有助于电池寿命,”Ajit Manocha说GlobalFoundries的首席执行官。

像数字市场,还有挑战/ 4 g LTE的射频前端。“目前的挑战是处理许多世界性的LTE乐队。第二个挑战是文中涉及多个运营商。第三是处理所有乐队的智能天线和多个输入/输出流,“将施特劳斯说,总统提出的概念,研究公司。

典型的射频前端手机包括三个主要部分:功率放大器、天线开关和过滤器。多年来,手机功率放大器结合GaAs-based异质结双极型晶体管(HBTs)技术。功率放大器放大射频信号的电话。

通常,射频前端是独立于数字调制解调器和收发器,基于28和65 nm / 40纳米CMOS或其他进程,分别。射频和数字之间的交互块存在一些重大挑战,包括能够保持频带之间的隔离,高级营销总监托马斯•里克特说射频专业Skyworks解决方案。

一般来说,2 g和3 g手机需要分离和离散功率放大器来支持各种各样的乐队。在4 g / LTE,手机不仅必须支持LTE,而且现有的GSM,边缘和WCDMA标准。到目前为止,有17个乐队在全球4 g / LTE。这个列表可以长到43。

在任何情况下,这是不切实际的,太贵了构建一个支持所有17个乐队的手机。“我不认为任何人都适合17功率放大器在电话,“Richter说。

解决问题是一个多波段功率放大器的出现,这是一个单一的设备,支持更广泛的频率范围。然而多波段功率放大器,遭受power-added-efficiency (PAE)下降,相比一个离散设备。“多波段功率放大器使便宜的射频解决方案,但没有电源放大器可以处理所有的乐队,”施特劳斯说概念。“有多波段功率放大器在市场,但是只有几个乐队。智能手机还需要多个功率放大器芯片。”

在4 g / LTE智能手机可能将混搭的设备,可能六离散功率放大器和一个多波段功率放大器在同一个系统。采取另一种方法问题,最近Skyworks SkyOne推出。这种技术可以结合多个离散的设备,如多波段功率放大器、开关、过滤器,和双工功能,在一个小system-in-package (SIP)。功率放大器是基于砷化镓,开关使用SOI。与SkyOne”,你可以压缩你的PCB,“Skyworks“里希特说。

Skyworks,射频微和其他人也选派了cmos功率放大器,它声称,他们已经比砷化镓功率消耗低。“砷化镓仍青睐,”施特劳斯说概念。“唯一的CMOS功率放大器用于低端GSM手机在中国。CMOS尚未被证明是足够的高性能功率安培。”

通配符是游隼的半导体,采样功率放大器基于其蓝宝石上硅(SOS)技术。游隼是0.35微米的过程,被称为UltraCMOS, SOI的变种,利用绝缘介质的蓝宝石衬底。SOI晶片供应商Soitec提供保税蓝宝石上硅(bso)基质游隼。“挑战(SOS)的热功率放大器,”Strategy Analytics”泰勒说。

Soitec本身也提供一个单独的RF SOI技术,称为波,高电阻率基质。“这些工程基质更小的芯片上启用更多的功能和更低的电力使用情况在便携式电子设备电池寿命更长,“Soitec的Boudre说。

拨号开关和可调电容
IBM, TowerJazz和其他人提供RF SOI流程,。一般来说,SOI,其变异SOS,期待已久的集成的射频前端的承诺。但至少在短期内,然而,射频前端仍将离散设备的集合。

“如果你看看前端,你看到一个爆炸的组件,“Rodd诺瓦克说,游隼的首席营销官。“射频前端的面积正在缩小。oem厂商想把越来越多的电池内容的系统。集成是真正的驱动力,而不仅仅是价格侵蚀。这是一个很大的变化。”

游隼和其他人提供另一个射频前端的关键部分:射频开关。射频开关线路信号天线和手机之间的核心,通过一个或多个信号路径。随着移动设备的设计变得更加复杂,需要更多的信号路径。

射频开关曾经由砷化镓。晚,游隼的SOS技术已经赢得射频开关插座砷化镓为代价的。作为回应,砷化镓供应商、射频微Skyworks,现在推动基于SOI的射频开关。“我们流离失所的砷化镓,”诺瓦克说。“现在,砷化镓都是使用一个高度绝缘SOI衬底。但我们相信蓝宝石是最高的绝缘衬底。”

/ 4 g LTE也是推动一个新的和新兴component-tunable电容器。这些组件调整天线来提高效率。基于SOS游隼出售组件。子公司Paratek Research in Motion (RIM)和意法半导体销售组件基于钛酸锶钡(BST)。另一个供应商,WiSpry,提供一个微机电系统的解决方案。

“有这样一个巨大的带宽来覆盖一个小天线(LTE),“游隼的诺瓦克说。“事实上,这个行业现在正在寻找多个天线。我们正试图阻止这些天线交叉关联。这几乎是不可能的,如果没有某种程度的可调谐性。”

可调电容现在被集成到收发器。“2013年,我们也将看到可调网络的入口。你会看到三个可调组件提供一个更大的调谐范围,”诺瓦克说。

在射频的下一个什么?有些是看软件定义权力安培。在遥远的未来,可调电容可能最终被集成功率放大器。“人们试图开发多模和多波段功率安培。但有效地这样做,你需要一个与可调可调输出组件,”他补充道。