原创 RF的魅力 无线通信的魅力所在(转帖)

RF的魅力世界之一：引言

    人人都希望无线的连接，殊不知那样的电磁干扰有多强烈；罢了，既然要无线，不如也把电源Power也无线吧，当然这是行外话了！
    无线的便利性，促使相关业者积极地将RF技术应用于各种可能的装置上。如无线广播、无线电话、无线鼠标、无线耳机都已相当普及。
    再加上近年来，行动电话的热潮、Centrino行动运算的效应、Intel数字家庭的愿景以及各种新兴无线技术的推波助澜，更使得无线技术进一步延伸到生活各个领域中。
    无线的魅力让人类的生活型态充满了无限的想象空间。这些五花八门的多样应用，大概连100年前的无线电之父－马可尼(Marconi)都意想不到，当年在实验室里的小发现，竟会成为影响后世人们生活的大发明！因为这种种的无「线」可能之所以能够实现，都源自于他所发现的无线技术核心－RF(Radio Freqency)。

RF的魅力世界之二：成长的核心

手机与WLAN将主导RFIC市场成长
    随着Centrino的运用日广、蓝芽的起死回生以及手机换机潮的助长，全球RF IC的产值成长亦逐年攀升。以2004全球RF终端应用产品的出货量来看，手机仍是稳居第1名宝座，比重占71.1%。而蓝芽用RF由于相关终端应用较多，如蓝芽耳机、蓝芽麦克风等，因此整体出货量较WLAN大，排名第2名，占16.1%，WLAN则排名第3，占8.6%。
    产业分析师林韦志分析，由于蓝芽的RF芯片及模块价格较WLAN来得低，若改以RF终端应用的产值来比较，则蓝芽与WLAN的排名将会对调，WLAN将成为第2名。由此看来，RF IC未来市场的成长，仍将由手机与WLAN为两大应用来主导。此外，由于蓝芽的RF芯片及模块技术门坎不高，手机制造商多半能自给自足，因此未来蓝芽用RF出货量将呈现趋缓状态，甚至向下走弱。反观WLAN用的RF，在Wi-Fi手机前景看好下，预计2005年将可大幅成长。

RF的魅力世界之三：发展趋势

RFIC迈向高整合单芯片
    在RF IC的技术发展方面，除了持续在降低功耗上努力外，也朝向单芯片(System-On-Chip)设计与制程技术的突破来发展，尤其是手机的RF，在多媒体处理能力愈形重要下，RF势必要朝向小体积高整合前进。率先推出采CMOS制程之高整合度RF IC的手机RF制造商Silicon Laboratories副总裁Ed Healy就指出，随着文字简讯、数字相机、视讯、MP3、调频收音机、互动游戏和更多服务应用逐渐汇集至行动电话，手机制造商将需要体积更小又更容易用于产品设计的射频组件，以便留下空间给应用处理器、显示器功能和内存芯片。
    Silicon Laboratories近年来快速在手机RF产业中窜起，目前已在GSM/GPRS手机市场中取得25%的市占率，产品并获得三星、NEC、TCL等多家国际手机制造商所采用。Ed表示，Silicon Laboratories在射频整合的解决方案上是唯一采用CMOS技术的公司，可提供高整合度的混合讯号解决方案，该公司日前所推出的Aero II收发器和Aero EDGE Radio就进一步减少了使用零件数目和设计的复杂性。Aero II GSM/GPRS单芯片收发器为高整合度的四频收发器，采用体积很小的32只接脚MLP封装，面积只有5×5mm2。Aero EDGE Radio则是以Aero II收发器为基础所发展而成的GSM/GPRS/EDGE无线电，可将零件数目和电路板面积减少一半。此外，Silicon Laboratories也在2004年初，推出了首款GSM手机应用的单芯片CMOS功率放大器－Si4300 PA，该公司宣称，此款功率放大器可节省7成以上的电路板面积和零件数目，是目前体积最小、高效能且高功率的GSM手机功率放大器。

RF的魅力世界之四：发展趋势
    另一方面，RF的整合也与制程技术有相当大的关连，目前厂商所使用的制程包括硅锗(SiGe)、BiCMOS、砷化镓GaAs与CMOS，其中又以GaAs较为广泛采用，然而，由于采用GaAs制程良率不高，因此强调电路整合性、易产性及成本效益的SiGe及CMOS制程，便成为厂商发展的重点。
    对此，Ed Healy表示，CMOS是全世界成本最低、最成熟、最为人所了解和种类丰富的制程技术，CMOS在线宽方面通常会领先其它制程2到3个世代，这使得电路设计人员能将复杂模拟功能和大量数字电路整合为低成本的单芯片解决方案。他指出，过去对于CMOS GSM功率放大器的所有研究中，无法同时达成高功率和在更高电池电压下工作的目标。最主要的障碍是要克服闸极氧化层被击穿。传统的非线性功率放大器架构，例如E类功率放大器，会产生远超过CMOS闸极氧化层所能承受的电压。因此Silicon Laboratories改采电路技术，而非组件物理方法，使其得以利用标准制程技术在电路层级实作各种新功能，它能将放大过程所产生的高电压分散给多颗组件。利用这种新架构，没有任何一颗组件所承受的电压会超过其闸极氧化层的容忍范围。同样也在手机RF领域拥有深厚基础的瑞萨科技(Renesas)，近年来在RF相关组件整合上亦投入许多心力，并获得市场肯定。根据CIBC World Markets于2004年5月公布的最新市场分析指出，2003年手机PA市场占有率，瑞萨排名第2，仅次于RFMD。

RF的魅力世界之五：发展趋势
    对于RF的整合发展，瑞萨技术行销部主任吴凯民表示，RF电路主要是由4颗IC构成，分别是RF IC、PA、SAW及Antenna Switch。瑞萨所研发生产的RF与PA，其PA尺寸为6×6mm，RF IC尺寸为5×5mm，是现今所有GSM系统手机中，尺寸最小的RF IC。在研发策略上，瑞萨目前已可将此4颗IC整合成2颗，并预计在2006年整合成SoC单芯片，体积愈趋精致微小。吴凯民认为，若直接从4颗IC跳到SoC技术上较难克服，需要过渡阶段缓冲，因此，目前以研发整合成2颗的IC最为合适。
    瑞萨的RF IC是主要提供给手机厂商，其余少部分应用于蓝芽、阻断器等，现今国内外手机大厂如Motorola、Nokia、Samsung、BenQ等，皆是瑞萨的客户。吴凯民认为，瑞萨之所以能获得大厂青睐，主要原因在于瑞萨在RF IC领域起步得很早，经验相当丰富，而且长久以来与这些手机厂商都保持合作关系，吴凯民说，瑞萨的产品品质相当稳定，往后将会朝提升价格优势方向迈进。
    而随着2.5G手机市场，在这两年逐渐趋于成熟，吴凯民预测，2005年Q2时EDGE将会开始大幅成长，并在几年内就会超越GPRS。至于WCDMA则要等到2007～2009年才会有较明显成长，而这段期间大部分市场将由3G和EDGE瓜分。因此瑞萨在产品布局及研发上，将持续以手机用RF IC为重心，且不断朝新的制程进步。

RF的魅力世界之六：新兴技术

新兴无线技术兴起RF应用无所不在
    而除了RF IC相关组件技术的进步外，近几年来随着各国无线电频道的重新开放、人类无线应用需求日益扩增以及数字调变技术不断创新，各种新的无线技术也相继推出，如UWB、Zigbee、WiMax等也都成为RF厂商开拓新市场的关注焦点。在UWB、Zigbee等短距离无线技术领域，布局多时的Freescale，从2003年中开始，就陆续推出相关RF产品，并开始大举进攻市场。
    Freescale应用工程师江梓宏指出， Freescale是目前全球唯一一家成功研发出miniPCI Type3B规格的RF模块厂商，整合了RF收发器、PA及MAC于单一芯片，未来将可在家庭娱乐的应用上提供高品质传输。他表示，由于数字家庭的愿景相当诱人，在与厂商洽谈的过程中，已有业者对于此款产品相当感兴趣，而Freescale也已经具备量产能力，并可提供整个模块。预计于2004年Q4开始量产推出，年底在CS展会中可看到相关应用的出现。
    至于依照IEEE 802.15.4标准所研发的Zigbee RF Data Modem IC，则是使用2.4GHz，传输距离最远可达75米，可做为个人短距离与点对点的Mesh Networking。应用领域则包括家庭与工厂的自动化控制、仓储及物流管理、Keyboard、Mouse、Home Gate Way与玩具等等，相当范泛。
    此外，Freescale也针对无线游戏机市场推出Proprietary的解决方案－ISMLINK。江梓宏强调，这款解决方案提供了低功耗、低成本、高灵敏度及易于应用等优势，应用范围则包含了游戏机的操控器、摇杆、无线耳机以及其它互动性高的无线玩具。目前这款ISMLINK以可提供整个Reference Design，并为日本游戏机大厂所采用。他认为，RF从1999、2000年开始在应用上变化很大，在此之前对无线传输的需求较小，未来在各种无线传输技术兴起后，应用需求将更加宽广。

RF的魅力世界之七：大陆仍然是块肥肉
 
大陆市场将为台湾RF业者最佳切入点
    根据工研院IEK的数据显示，全球手机用RF IC的市场产值，2006年将因3G环境的成熟而突破34亿美元，成长率达到最高峰。然而由于手机用RF IC在规格及效能的要求，较其它应用领域更为复杂、严苛，目前市场仍旧掌握在国际大厂手中，台湾厂商虽然在技术上可以达成，却仍仅止于少数2、3家厂商具有开发能力，与国际大厂比起来，台湾整体出货量还有一大段距离，因此，如何突破现阶段瓶颈，寻找最佳打击位置，将是台湾业者的当务之急。
    IEK产业分析师林韦志指出，事实上，台湾RF IC业者在手机与WLAN的RF研发技术上已有足够能力，至于产量能否增加，则须视市场开发情形与组件良率来决定。以2004年手机与WLAN使用的RF整体出货量来看，目前约在3、4百万颗左右，比去年成长了3、4倍之多。相关厂商对于明年在芯片技术及市场开发均充满信心，预估整体出货量将可望向上成长。
    由于未来手机市场仍将是带动RF成长的重要应用，林韦志分析，台湾业者可以从两个角度切入较有利基，一是进军大陆的手机市场，由于大陆目前手机制造的生态，多是委由手机系统设计公司来完成，这些公司会提供手机的Total Solution给大陆本土的手机制造厂。加上大陆目前的手机需求，多数还是以低阶手机为主，这类型手机多以成本为考量，因此台湾RF业者就可在价格上切入，透过提供给大陆手机系统设计公司RF相关组件并提供技术上的支持，一旦产品的解决方案被采用，就可以有零组件的出货。
    另一方面是切入台湾的ODM市场，业者只要能提供与大厂一样的脚位设计并提供微调技术，就可提升ODM厂设计时的采用比率。他进一步指出，RF业者除了要能达到客户对技术规格的要求外，在等待RF认证的同时，也要与制造业者并肩作战，进行Design In的工作，以便掌握客户需求，提供更完整的参考设计及解决方案。

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