如果移動電話設(shè)計想要支持未來用戶期望的所有業(yè)務(wù)，創(chuàng)造性思維是必不可少的。許多業(yè)界觀察人士認為，未來支撐技術(shù)將基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)設(shè)計。

事實上，MEMS設(shè)備最近已經(jīng)在大批量消費類應(yīng)用中取得成功，例如不同的麥克風(fēng)和游戲機應(yīng)用。目前已經(jīng)到了沒有集成MEMS功能的系統(tǒng)就不能算完整的系統(tǒng)的地步。因此MEMS已經(jīng)成為為每個系統(tǒng)提供強大功能、靈活性并與外界連接所必需擁有的一種新的模擬單元。

摩爾定律描述了晶體管密度和運算能力的進步，而MEMS的集成則加速了這一進步，將原先需要混合實現(xiàn)的許多功能直接集成到芯片上。

目前射頻設(shè)計中最明顯趨勢是可配置/頻帶自由的無線和天線設(shè)計。實現(xiàn)數(shù)字可配置的射頻元件不僅越來越有益，而且越來越必要，因為這樣可以實現(xiàn)頻率和阻抗值的精確數(shù)字化控制，從而不斷優(yōu)化出最佳的系統(tǒng)性能。這種可配置的前端可以真正在眨眼間實現(xiàn)頻率和通信標準間的切換，同時重復(fù)使用相同的信號通道。

通過整合MEMS技術(shù)和主流半導(dǎo)體制造工藝創(chuàng)建出在線數(shù)字可調(diào)和高性價比的低損耗射頻電容單元，WiSpry公司成功開發(fā)出了動態(tài)射頻技術(shù)，并以此建立了真正的軟件無線電設(shè)備。該設(shè)備的射頻前端可以通過基帶實現(xiàn)數(shù)字控制，所有特殊標準功能都以DSP程序方式加載。一旦前端電路變成數(shù)字可調(diào)，許多射頻技術(shù)工作就可以轉(zhuǎn)移到軟件領(lǐng)域，從而極大地減少硬件設(shè)計/再設(shè)計的數(shù)量和成本，縮短人工調(diào)整電路所花的時間。

可編程前端可能會被橫跨多個平臺使用，未來很有發(fā)展?jié)摿Γ驗樾碌捻憫?yīng)可以被加載進平臺固件中。

圖1：MEMS是一種新的模擬器件；目前已經(jīng)到了沒有集成MEMS功能的系統(tǒng)就不能算完整的系統(tǒng)的地步
多種標準充斥無線領(lǐng)域

目前，大多數(shù)無線標準采用兩種頻率掩模在頻譜分配方案規(guī)定的頻段內(nèi)進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)——也稱為頻率雙工。由于頻譜分配存在地區(qū)差異，以及全球競爭性無線通信標準的快速發(fā)展和龐大數(shù)量，全球蜂窩電話平臺必須支持的頻率數(shù)量呈倍增效應(yīng)。盡可能高效地使用無線頻譜、以及讓以前未用的頻譜來支持新業(yè)務(wù)，這些都正在推動該趨勢越演越烈。

然而，為了獲準進入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備必須滿足的技術(shù)要求始終沒變。事實上，用于射頻前端的獨立高性能硬件方案要求提供必要的選擇性、線性和隔離度，同時盡量減少電路的插入損耗和功耗。

作為一個集成7個頻段的手機的典型例子，至少需要5個獨立的射頻器件組(鏈)——包括多幅天線在內(nèi)，另外還需要8擲或8擲以上開關(guān)用于選擇想要的工作頻段。

業(yè)界第一個蜂窩電話的無線設(shè)計是單頻段的，用戶對能夠遠離桌子打電話已經(jīng)感到很興奮了。射頻設(shè)計師在設(shè)計時只需考慮一個頻率。

然而隨著技術(shù)的快速進步，為了支持越來越多的用戶，雙頻手機突然變成了必備要求。隨著用戶開始帶著手機旅行，三頻、四頻和五頻手機設(shè)計迅速變?yōu)槌B(tài)，從而讓設(shè)計師愈加頭疼。

隨著更多頻段的加入，附加射頻設(shè)計的方法逐漸變得無法維持。最簡單的問題是體積、成本和復(fù)雜性的擴大。

增加頻段覆蓋率幾乎是線性的過程。剛開始是亞線性的，開關(guān)式解決方案隨著開關(guān)擲數(shù)的增加得到了持續(xù)改進。然后如上所述那樣，每一代新技術(shù)都使單個頻段元件體積不斷縮小，成本不斷降低。最后，許多單獨元件現(xiàn)在都被整合進了模塊，雖然減少了開銷，但沒有解決根本性問題。

如今越來越多蜂窩電話產(chǎn)業(yè)中的有識之士認識到，簡單地繼續(xù)沿這條道路是走不通的。除了復(fù)雜性、尺寸和成本因素外，多鏈方案會引起基礎(chǔ)性能極限問題。

每條鏈針對感興趣的頻段總有一些不同的阻抗特性。如果每條鏈都有一個單獨的天線，總鏈可以得到優(yōu)化。然而，單獨天線方案既占空間，成本又高，并且具有嚴重的交叉耦合現(xiàn)象。因此，多條鏈被迫使用開關(guān)和濾波器整合為單條通道。

即使采用完美的開關(guān)，隨著每個新頻段的加入，保持所有頻段都具有高性能也越來越困難，因為共享電路必須做出一定的折衷。

另外，由于鏈中的每個器件有其特殊的固定頻率響應(yīng)，頻帶邊沿性能通常不能達到最優(yōu)。

單鏈解決方案

如果射頻前端器件是可調(diào)整的，那么上述所有問題都可以避免，并且可以專門針對目前使用的通道對單鏈電路進行優(yōu)化。

單鏈方案的好處得到了廣泛認同，不過實現(xiàn)過程仍面臨挑戰(zhàn)同樣是業(yè)界共識。

可調(diào)前端器件的研究已經(jīng)開展了數(shù)十年了，但直到現(xiàn)在這種必需的技術(shù)才變得成熟。以前的問題主要出在尺寸、成本、可重復(fù)性、可靠性和性能方面。每個問題在前期都得到了部分的解決，但只有WiSpry公司才是首次給市場帶來了完整的解決方案，這種方案適合大批量生產(chǎn)，而且價格點符合蜂窩電話產(chǎn)業(yè)要求。

通過率先將高品質(zhì)因數(shù)(Q值)的MEMS電容單元集成進主流射頻CMOS工藝技術(shù)，WiSpry公司結(jié)合了大批量、低成本工藝的好處以及高性能射頻MEMS技術(shù)的優(yōu)勢。單獨的電容單元以微型并行板電容的方式集成在芯片上，相互間留有數(shù)字可調(diào)的空氣間隙。單獨的旁路或串聯(lián)單元與電容單元組合在一起，形成包含了獨立單元的任意組合的陣列，這樣就最終形成了性能良好的數(shù)字化電容，其電容比(最大/最小)超過10，Q值在1GHz時遠在200以上。

該器件的制造受益于CMOS半導(dǎo)體工藝技術(shù)的最新進展。WiSpry公司正在使用一種工藝模式，該模式在可以特大批量生產(chǎn)的主流8英寸射頻CMOS晶圓上以單片方式集成了可編程的數(shù)字電容技術(shù)，因而消除了傳統(tǒng)意義上與高性能MEMS技術(shù)有關(guān)的尺寸和成本問題。

該工藝流程還包含了晶圓級封裝過程，因此代工廠提供的成品晶圓可在傳統(tǒng)的自動化后端處理過程(如沖震、削薄、切片、封裝和測試)中直接使用，從而實現(xiàn)采用傳統(tǒng)射頻半導(dǎo)體制造流程來生產(chǎn)高可靠性最終產(chǎn)品。

圖2：單獨的旁路或串聯(lián)單元與電容單元組合在一起并形成陣列，最終產(chǎn)生的數(shù)字化電容的電容比(最大/最小)超過10，品質(zhì)因數(shù)(Q值)在1GHz時遠在200以上
無需外部電路

那么這些器件如何工作，設(shè)計師又需要提供什么才能使用這種技術(shù)呢？

由于這些器件實際就像帶集成串口的高Q電容那樣工作，因此不需要外部電路。針對MEMS單元的所有支持功能都被集成在芯片上。

通過串行總線加載一個包含數(shù)字電容單元目標設(shè)置值的數(shù)字“字”后，內(nèi)部邏輯和驅(qū)動電路會立即將電容組設(shè)置成選中的值。