加速LTE-A/5G設(shè)計　射頻LNA/PA需求爆發(fā)

21ic電子網(wǎng)訊：射頻(RF)元件需求急速增長。先進長程演進計劃(LTE-Advanced, LTE-A)商轉(zhuǎn)啟動，下一代5G標準亦蓄勢待發(fā)，驅(qū)動行動裝置射頻系統(tǒng)規(guī)格升級。系統(tǒng)廠為支援100MHz超大頻寬、四十個以上頻段并降低雜訊干擾，除計劃增加低雜訊放大器(LNA)和功率放大器(PA)等射頻元件用量外，亦將要求射頻前端模組(FAM)提高功能整合度，吸引晶片商加緊展開卡位。

英飛凌(Infineon)電源管理及多元電子事業(yè)處射頻暨保護元件協(xié)理麥正奇表示，隨著多頻多模LTE及LTE-A設(shè)計加溫，手機廠對FAM各類元件如PA、LNA、開關(guān)(Switch)和濾波器(Filter)等需求皆顯著攀升，進而激勵矽鍺碳(SiGe：C)、砷化鎵(GaAs)和互補式金屬氧化部半導(dǎo)體(CMOS)射頻元件供應(yīng)商士氣大振，正相繼投入開發(fā)新產(chǎn)品。

據(jù)悉，除美、日和韓全面啟動LTE商轉(zhuǎn)外，中國大陸亦可望于今年下半年發(fā)出4G執(zhí)照，加速TD-LTE營運，而臺灣也可望于年底順利發(fā)照，讓LTE進入高速成長期，并朝國際漫游與可向下相容2G/3G的多頻多模規(guī)格發(fā)展。不僅如此，南韓、美國電信商近期更進一步點燃LTE-A商轉(zhuǎn)戰(zhàn)火。

隨著行動通訊技術(shù)不斷“加料”，行動裝置射頻FAM也須在有限空間內(nèi)導(dǎo)入高整合設(shè)計。目前多頻多模LTE手機須支援十幾個頻段，搭載PA、LNA和射頻開關(guān)數(shù)量皆較3G手機倍增，其中PA需七至八顆、LNA和開關(guān)則需二十到三十顆；未來手機邁向更高速、頻寬更大且使用頻段更多元的LTE-A和5G，射頻元件用量更將三級跳，驅(qū)動晶片商提高產(chǎn)品整合度，以縮減占位空間及功耗。

麥正奇分析，傳統(tǒng)砷化鎵射頻方案受限于制程特殊性，難與其他系統(tǒng)零組件整合，因此晶片商正猛踩油門推進新一代制程與封裝技術(shù)。如英飛凌主攻矽鍺碳材料制程，并搭配小型晶圓級封裝(WLP)方案，打造高效能、高整合度且支援高頻切換的單晶微波積體電路(MMIC)LNA；而高通(Qualcomm)亦推出CMOS PA，透過CMOS制程整合更多周邊元件。

麥正奇透露，矽鍺碳在射頻性能、品質(zhì)和可靠度表現(xiàn)方面皆可媲美砷化鎵，且更容易整合CMOS射頻開關(guān)或其他零組件；因此，這幾年矽鍺碳元件出貨量暴沖，在MMIC LNA市場的滲透率已與砷化鎵元件相當。近期，英飛凌矽鍺碳MMIC LNA更順利打進聯(lián)發(fā)科多頻多模LTE公板建議清單，可望在今年底至明年繼續(xù)提高市占率。

至于PA部分，麥正奇認為，其主掌射頻訊號發(fā)送須更高功率與穩(wěn)定度，目前仍以材料特性較佳的砷化鎵方案為主，但CMOS PA挾成本和功能整合度優(yōu)勢，未來則可望在低階手機市場崛起。此外，英飛凌亦已將矽鍺碳LNA加PA的系統(tǒng)封裝(SiP)或單晶片整合方案列入下一代產(chǎn)品藍圖，有助手機廠兼顧射頻性能與系統(tǒng)體積。

不過，由于LTE-A與5G規(guī)格尚未完全底定，業(yè)界亦傳出手機廠為達到高速高品質(zhì)傳輸效能，必須舍棄整合型射頻方案轉(zhuǎn)向分離式設(shè)計；對此，麥正奇回應(yīng)，目前確實有射頻晶片商投入研究更前瞻的氮化鎵(GaN)制程，并以外掛方式提升射頻系統(tǒng)功能，但是元件整合一向是產(chǎn)品降價和省電的關(guān)鍵，因此仍須等通訊標準定論后，才能依規(guī)格需求找出最佳的設(shè)計平衡點。