射頻微機電(RF MEMS)、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)RF方案將大舉進駐行動裝置。多頻多模4G手機現(xiàn)階段最多須支持十五個以上頻段，引發(fā)內部RF天線尺寸與功耗過大問題；為此，一線手機廠已計劃擴大導入RF MEMS組件，透過軟件定義無線電(SDR)、天線頻率調整等新技術，降低天線數(shù)量、尺寸并增強訊號接收效能與帶寬。

同時，CMOS RF亦挾著硅材料/制程成本低、產能充足等優(yōu)勢，持續(xù)瓜分傳統(tǒng)砷化鎵(GaAs)、硅鍺(SiGe)RF市占；近期，芯科實驗室(Silicon Labs)更發(fā)動新攻勢，率先推出CMOS RF數(shù)字接收器單芯片，提供媲美傳統(tǒng)RF組件效能，并減輕數(shù)字無線電(Digital Radio)系統(tǒng)占位空間及物料成本，有助擴張CMOS RF勢力。

Cavendish Kinetics總裁暨執(zhí)行長Dennis Yost(圖1)表示，隨著智能型手機持續(xù)擴增須支持的頻段，如何維持RF天線性能，且不影響系統(tǒng)占位空間與耗電量表現(xiàn)，已成為RF組件和手機廠商的產品發(fā)展重點，因而帶動新一波RF技術革命，給予能同時兼顧尺寸和效能的RF MEMS方案崛起契機。

Yost透露，內建RF MEMS的長程演進計劃(LTE)手機可望于今年夏天競相出籠，目前RF MEMS組件供貨商Cavendish Kinetics正與多家手機業(yè)者緊密合作，初期將鎖定高階LTE多頻多模手機應用，待逐步達到量產經濟規(guī)模后，再往下朝中低階手機市場扎根。

RF MEMS基于機械式諧振結構，只要改變內部隔板距離就能使電容流量產生變化，可免除外部電容與開關等零組件，減輕天線總體功耗與體積；此外，其具備可編程能力，亦可支持SDR功能，并實現(xiàn)天線頻率調整、可調式阻抗匹配等控制方案，協(xié)助簡化RF前端模塊(FEM)設計、增強訊號接收效能、帶寬及減少天線數(shù)量。由于RF MEMS優(yōu)勢顯著，因此近來已有不少手機廠研擬改搭此方案，以全面改善傳統(tǒng)RF天線的功能缺失。

然而，高通(Qualcomm)、聯(lián)發(fā)科等處理器大廠近來積極強化RF方案，前者更率先推出業(yè)界首款CMOS功率放大器(PA)，大幅改善RF效能與成本，引發(fā)RF MEMS市場擴展速度將放緩的疑慮。Cavendish Kinetics營銷與業(yè)務發(fā)展執(zhí)行副總裁Larry Morrell解釋，處理器業(yè)者的RF方案僅對處理器端的訊號增強與噪聲消除有益，對優(yōu)化RF天線尺寸與傳輸功耗的效果有限，因此RF MEMS仍將是推動LTE多頻多模手機設計成形的關鍵角色。

Morrell補充，手機廠對換料的評估通常較慎重，以免增加投資風險，但實際上RF MEMS因減少周邊零組件用量，整體物料清單(BOM)成本反而比傳統(tǒng)RF設計更優(yōu)異，且在各種LTE頻段中平均能提高35%傳輸效率，勢將大舉攻占LTE、LTE-Advanced多頻多模手機RF應用版圖。

Yost更強調，2014?2016年，RF MEMS技術將再度躍進，包括RF前端模塊的功率放大器、濾波器(Filter)和雙工器(Duplexer)均可動態(tài)調整(圖2)，進而達成更高效率；另外，由于RF MEMS兼容CMOS制程并支持數(shù)字接口，未來亦可望與邏輯芯片進一步結合，實現(xiàn)更高整合度的手機系統(tǒng)解決方案。

圖2 2013∼2016年RF MEMS技術演進藍圖

多頻多模LTE掀革命　SDR進駐手機RF設計

事實上，手機升級至LTE行動通訊規(guī)格后，因電信商各自布建分頻雙工(FDD)或分時(TD)-LTE網絡，且各國運行頻譜規(guī)畫也不一，已導致手機增強天線功能的需求更加殷切；所以相關芯片商與系統(tǒng)廠除轉攻新興RF技術外，亦正競相開發(fā)SDR技術，期藉軟件編程功能，自動偵測并切換至使用者所在地的最佳LTE頻段，以最小幅度的RF硬件變動，優(yōu)化手機效能。

Tensilica創(chuàng)辦人暨技術長Chris Rowen表示，SDR技術將是加速LTE手機上市，并實現(xiàn)全球漫游的關鍵推手，繼輝達(NVIDIA)在Tegra 4i中率先導入LTE軟件定義調制解調器(Modem)，打響SDR技術在手機RF應用中的第一炮后，目前至少還有二十幾家處理器業(yè)者計劃跟進，讓旗下芯片能支持SDR方案，以協(xié)助系統(tǒng)廠改善LTE手機天線的尺寸與耗電量。

Rowen更強調，未來LTE手機升級導入多重輸入多重輸出(MIMO)、載波聚合(Carrier Aggregation)功能后，對天線的性能要求更將大幅攀升，廠商為兼顧高效能與低功耗、小體積設計，將應用SDR技術發(fā)展特定基頻RF子系統(tǒng)或增強型接收器(Turbo Receiver)，以滿足LTE甚至LTE-Advanced的設計需求。

不僅LTE多頻多模的設計趨勢牽動行動裝置RF架構轉變，由于行動裝置業(yè)者對廣播音頻質量，以及相關RF組件的尺寸和成本要求愈來愈嚴格，因而也成為刺激RF技術演進的另一股強勁驅動力。現(xiàn)階段，CMOS RF技術已被芯片商和系統(tǒng)廠視為重點布局方案。

芯科實驗室副總裁暨廣播產品總經理James Stansberry(圖3)表示，數(shù)字無線電科技可大幅提升廣播音頻質量并傳送更多信息予用戶，將開創(chuàng)廣播產業(yè)新視野。然而，相關系統(tǒng)仍受制于零組件用量龐大、高成本及高耗電等RF設計問題，而延宕市場發(fā)展腳步。為改善此弊病，借重CMOS RF的功能特色與生產優(yōu)勢已是業(yè)界共同努力目標。

其中，芯科實驗室日前已利用CMOS RF與SDR技術，搶先業(yè)界發(fā)布新一代數(shù)位接收器單芯片，透過整合低噪聲放大器(LNA)、低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、自動增益控制(AGC)和數(shù)字信號處理器(DSP)等大量零組件，可在不損及RF性能與效率的前提下，大幅改進體積與功耗。此外，還可透過SDR功能完整支持調頻(FM)、高音質廣播(HD Radio)和數(shù)字音頻傳輸(DAB)/DAB+等標準，全面提升RF系統(tǒng)價值。

Stansberry指出，CMOS技術能提高RF周邊組件整合度(圖4)，將使裝置內部RF系統(tǒng)減輕物料成本及耗電量。以RF數(shù)字接收器為例，CMOS RF單芯片較傳統(tǒng)兩塊印刷電路板(PCB)分離式RF設計，大幅縮減80%占位空間及50%以上成本；同時還能結合各種模擬組件與數(shù)字校正機制，優(yōu)化RF高頻效率、動態(tài)電壓范圍和抗噪聲能力，補強CMOS制程材料先天特性不佳的缺陷。

圖4 CMOS RF接收器架構圖

事實上，CMOS制程不僅可降低RF組件生產難度，在擴產方面也相對材料特殊的砷化鎵制程方案容易許多，甚至能與基頻處理器、內存等組件整合為系統(tǒng)單芯片(SoC)，因而被視為RF產業(yè)新星。

隨著消費性電子、行動裝置支持更多無線功能、體積不斷縮小且出貨量急遽擴大，其內部RF系統(tǒng)成本及尺寸也須持續(xù)下降，且要有充分產能才能滿足市場要求。因此，近來各種消費性或可攜式電子導入CMOS RF的需求已顯著攀升，包括電視調諧器(TV Tuner)、AM/FM發(fā)射器與接收器等均快速轉向CMOS RF設計。