中心議題：

• 針對移動(dòng)電話(huà)設計要能實(shí)現未來(lái)用戶(hù)要求設計

解決方案：

• 利用MEMS技術(shù)實(shí)現移動(dòng)電話(huà)射頻設計
• 采用可調式的RF前端元件

如果一款移動(dòng)電話(huà)設計要能實(shí)現未來(lái)用戶(hù)所期望的各項廣泛服務(wù)，創(chuàng )造性思維是不可或缺的；而許多產(chǎn)業(yè)觀(guān)察者認為，微機電系統(MEMS)將是實(shí)現這種設計的下一波技術(shù)。

事實(shí)上，MEMS元件的推出已證實(shí)了其在大量消費性市場(chǎng)應用中的實(shí)用性，例如麥克風(fēng)和游戲機等。我們似乎可以歸納出一個(gè)結論：未能整合MEMS功能的系統就不算完整。因此，MEMS遂成為每一系統在實(shí)現其功能、彈性以及與外界互連時(shí)不可或缺的新類(lèi)比元件。

雖然摩爾定律描述了電晶體密度和運算能力的進(jìn)展，但MEMS的整合將以較其更多倍的速度進(jìn)展，并將許多原先需要混合建置的功能直接整合在晶片上。

射頻(RF)設計目前最強大的趨勢是推動(dòng)可配置/免頻帶的無(wú)線(xiàn)和天線(xiàn)設計。使RF元件可以數位化重新配置的優(yōu)點(diǎn)與需求逐漸增加，因此能夠精確且數位化地控制頻率和阻抗值，并持續對系統性能進(jìn)行最佳化。這種可配置的前端可在瞬間實(shí)現頻率和通訊標準的切換，同時(shí)重復使用相同的信號路徑。

WiSpry公司藉由結合MEMS技術(shù)和主流半導體製程技術(shù)，打造出一款具有即時(shí)數位可調且具成本效益的低損耗RF電容器，實(shí)現了動(dòng)態(tài)RF技術(shù)──真正的軟體定義無(wú)線(xiàn)電，其RF前端可透過(guò)基頻進(jìn)行數位化控制，且所有特殊標準功能都以數位信號處理(DSP)編程方式載入。一旦前端成為數位可調式，大多數的RF工程作業(yè)就可以轉向軟體部份，因而大幅減少硬體設計/再設計的數量和成本，并縮短手動(dòng)調整電路所花的時(shí)間。

可編程前端RF可在多個(gè)平臺上使用，且由于新的響應可被載入到平臺的韌體中，因此它甚至可以提供一些‘未來(lái)驗證標準’。
無(wú)線(xiàn)標準

目前，大多數無(wú)線(xiàn)標準在頻譜分配方案規定的頻段內，采用兩種頻率光罩來(lái)進(jìn)行數據的傳送和接收──也稱(chēng)為頻率雙工。由于頻譜分配存在地區性差異，加上全球彼此競爭的無(wú)線(xiàn)通訊標準數量龐大且快速革新，使得全球移動(dòng)電話(huà)平臺必須支援的頻率數量倍增。盡可能有效地利用無(wú)線(xiàn)頻譜，以及使用從前未用到的頻譜來(lái)支援新服務(wù)，也在在引領(lǐng)頻率雙工的趨勢發(fā)展。

然而，為了能夠接取到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路，各個(gè)裝置必須實(shí)現的技術(shù)需求始終如一。事實(shí)上，用于RF前端的高性能硬體方案必須能夠提供必要的選擇性、線(xiàn)性度和隔離，同時(shí)對電路的插入損耗和功耗要求最小化。

一個(gè)典型的例子是為整合了7個(gè)頻段于一支手機中，至少需要5個(gè)獨立的RF元件組(鏈)，其中包括多個(gè)天線(xiàn)，另外還需要8擲或更高階以上的開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇所需的執行頻段。

當首款移動(dòng)電話(huà)問(wèn)世，當時(shí)還只是采用單頻的無(wú)線(xiàn)設計，但手機用戶(hù)對于能夠遠離座位撥打電話(huà)已感到相當興奮，而RF設計人員也只需考慮單一的頻率設計。

然而，隨著(zhù)技術(shù)的快速進(jìn)展，為了支援暴增的手機用戶(hù)，雙頻手機頓時(shí)成了必備的功能。當用戶(hù)開(kāi)始攜帶手機旅行后，三頻、四頻和五頻的手機設計隨即成為一般的功能需求，并為設計人員增添了更多困擾。

隨著(zhù)更多頻段的增加，更多的RF設計途徑變得越來(lái)越難以解決各項衍生出來(lái)的問(wèn)題。體積、成本和復雜性的增加都還算是這些問(wèn)題中最為簡(jiǎn)單的。
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頻段覆蓋范圍是以趨近線(xiàn)性的速度而增加。首先，隨著(zhù)交換式解決方案隨著(zhù)射程數增加而持續改善，它以一種次線(xiàn)性的速度發(fā)展；其次，如同先前所述，每一代技術(shù)的進(jìn)展都不斷促使每一頻段元件體積縮小且成本降低；再者，許多個(gè)別元件如今都被整合成模組，雖然減少了開(kāi)銷(xiāo)，但根本問(wèn)題并未獲得解決。

如今，越來(lái)越多移動(dòng)電話(huà)產(chǎn)業(yè)均體認到，單單沿用這個(gè)方案是無(wú)法解決問(wèn)題的。除了復雜性、尺寸和成本問(wèn)題外，多鏈路方案還會(huì )加重基礎性能的限制。

每一鏈路所對應的頻段或多或少有一些不同的阻抗特性。如果每一鏈路都有獨立的天線(xiàn)，整體鏈路便可以得到最佳化。然而，單獨的天線(xiàn)既占空間、成本又高，而且具有顯著(zhù)的交叉藕合特性，因此，多條鏈路被迫以開(kāi)關(guān)和濾波器結合成單一通道。

由于在共用電路時(shí)可能造成折衷，即使采用完美的開(kāi)關(guān)，在加入新頻段時(shí)還要保持所有頻段的高性能也愈趨困難。

另外，由于鏈路中的每個(gè)元件都有其特殊的固定頻率響應，因此僅能實(shí)現次佳化的頻帶邊緣性能。
 
單鏈路解決方案

如果采用可調式的RF前端元件，那麼上述所有問(wèn)題都可以避免，特別是針對目前所使用的通道可進(jìn)行單鏈路最佳化。

單鏈路方案的好處正獲得廣泛的認同，但在其建置過(guò)程依舊面臨挑戰。

可調式前端元件的研究已發(fā)展了數十年，但這項必備的技術(shù)直到目前才逐漸成熟。傳統的問(wèn)題主要出在尺寸、成本、可重復性、可靠性和性能方面，各個(gè)問(wèn)題在早期也都獲得部份的解決；然而WiSpry公司首度為市場(chǎng)帶來(lái)完整的解決方案，并適用于低成本的量產(chǎn)市場(chǎng)。

WiSpry公司率先將高Q值(high-Q)MEMS電容器元件整合到主流RF CMOS制程技術(shù)中，實(shí)現了大量生產(chǎn)、低成本制程以及高性能RF MEMS技術(shù)的優(yōu)勢。

個(gè)別的電容器元件以具有數位可變氣隙的微小平行排列電容整合在晶片上。個(gè)別旁路或串列元件整合為電容值單元，接著(zhù)形成可包含任一獨立單元組合的陣列，最終形成了具有良好電器特性的數位化電容器；其電容值比(最大/最小)超過(guò)10且Q值在1GHz時(shí)超過(guò)200以上。

該元件的制造得益于CMOS半導體制程技術(shù)的最新進(jìn)展。WiSpry公司正使用一種無(wú)晶圓制程模式，在可大量生產(chǎn)的主流8吋RF CMOS晶圓上，以單晶片整合可編程數位化電容器技術(shù)，因而免除了傳統高性能MEMS技術(shù)上因尺寸和成本帶來(lái)的困擾。

該制程流程還包含晶圓級封裝，讓代工廠(chǎng)提供的晶圓成品可在傳統的自動(dòng)化后端處理過(guò)程(如凸點(diǎn)制作、薄化、切片、封裝和測試)中直接使用，而使得高可靠性的終端產(chǎn)品制造可藉由傳統RF半導體制程來(lái)實(shí)現。 圖2：個(gè)別旁路或串列元件整合為電容值單元，接著(zhù)形成可包含任一獨立單元組合的陣列，最終形成了具有良好電器特性的數位化電容器；其電容值比(最大/最小)超過(guò)10且Q值在1GHz時(shí)超過(guò)200以上。
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無(wú)需外部電路

那麼這些元件是如何執行的？設計人員又如何使用這項技術(shù)呢？

由于這些元件的性能如同一個(gè)整合串列介面的high-Q電容器一樣，因此不需要外部電路。所有支援MEMS單元的功能都被整合在晶片上。

透過(guò)串列匯流排載入一個(gè)包含數位化電容器單元所需設置的數位字元后，內部邏輯和驅動(dòng)電路將會(huì )立即使電容值設置為特定值。

這種編程能在高速下重復設置，以制作出大量應用中所需的動(dòng)態(tài)RF功能。

隨著(zhù)可編程晶片與其他高Q值的被動(dòng)、主動(dòng)元件及支援電路被整合成客制化模組，WiSpry公司也將利用所產(chǎn)生的平臺為完整的RF前端提供可編程特性。

這項工作將從具有頻率可變和失配調整功能的天線(xiàn)開(kāi)始著(zhù)手，接著(zhù)RF鏈路上的其他問(wèn)題也將迎刃而解。