无线测试工程师知识点分享：利用MEMS技术实现移动电话射频设计，避免踩坑！

摘要：射频(rf)设计目前强大的趋势是推动可配置/免频带的无线和天线设计。使rf元件可以数位化重新配置的优点与需求逐渐增加，因此能够且数位化地控制频率和阻抗值，并持续对系统性能进行化。

关键词：mems技术 移动电话 射频设计

如果一款移动电话设计要能实现未来用户所期望的各项广泛服务，创造性思维是不可或缺的；而许多产业观察者认为，微机电系统(mems)将是实现这种设计的下一波技术。

事实上，mems元件的推出已证实了其在大量消费性市场应用中的实用性，例如麦克风和游戏机等。我们似乎可以归纳出一个结论：未能整合mems功能的系统就不算完整。因此，mems遂成为每一系统在实现其功能、弹性以及与外界互连时不可或缺的新类比元件。

虽然摩尔定律描述了电晶体密度和运算能力的进展，但mems的整合将以较其更多倍的速度进展，并将许多原先需要混合建置的功能直接整合在晶片上。

射频(rf)设计目前强大的趋势是推动可配置/免频带的无线和天线设计。使rf元件可以数位化重新配置的优点与需求逐渐增加，因此能够且数位化地控制频率和阻抗值，并持续对系统性能进行化。这种可配置的前端可在瞬间实现频率和通讯标准的切换，同时重复使用相同的信号路径。

wispry公司藉由结合mems技术和主流半导体?程技术，打造出一款具有即时数位可调且具成本效益的低损耗rf电容器，实现了动态rf技术──真正的软体定义无线电，其rf前端可透过基频进行数位化控制，且所有特殊标准功能都以数位信号处理(dsp)编程方式载入。一旦前端成为数位可调式，大多数的rf工程作业就可以转向软体部份，因而大幅减少硬体设计/再设计的数量和成本，并缩短手动调整电路所花的时间。

可编程前端rf可在多个平台上使用，且由于新的响应可被载入到平台的韧体中，因此它甚至可以提供一些‘未来验证标准’。

图1：未能整合mems功能的系统，似乎已称不上是一完整的系统

无线标准

目前，大多数无线标准在频谱分配方案规定的频段内，采用两种频率光罩来进行数据的传送和接收──也称为频率双工。由于频谱分配存在地区性差异，加上全球彼此竞争的无线通讯标准数量庞大且快速革新，使得全球移动电话平台必须支援的频率数量倍增。尽可能有效地利用无线频谱，以及使用从前未用到的频谱来支援新服务，也在在引领频率双工的趋势发展。

然而，为了能够接取到无线网路，各个装置必须实现的技术需求始终如一。事实上，用于rf前端的高性能硬体方案必须能够提供必要的选择性、线性度和隔离，同时对电路的插入损耗和功耗要求小化。

一个典型的例子是为整合了7个频段于一支手机中，至少需要5个独立的rf元件组(链)，其中包括多个天线，另外还需要8掷或更高阶以上的开关用来选择所需的执行频段。

当首款移动电话问世，当时还只是采用单频的无线设计，但手机用户对于能够远离座位拨打电话已感到相当兴奋，而rf设计人员也只需考虑单一的频率设计。

然而，随著技术的快速进展，为了支援暴增的手机用户，双频手机顿时成了必备的功能。当用户开始携带手机旅行后，三频、四频和五频的手机设计随即成为一般的功能需求，并为设计人员增添了更多困扰。

随著更多频段的增加，更多的rf设计途径变得越来越难以解决各项衍生出来的问题。体积、成本和复杂性的增加都还算是这些问题中为简单的。

频段覆盖范围是以趋近线性的速度而增加。首先，随著交换式解决方案随著射程数增加而持续改善，它以一种次线性的速度发展；其次，如同先前所述，每一代技术的进展都不断促使每一频段元件体积缩小且成本降低；再者，许多个别元件如今都被整合成模组，虽然减少了开销，但根本问题并未获得解决。

如今，越来越多移动电话产业均体认到，单单沿用这个方案是无法解决问题的。除了复杂性、尺寸和成本问题外，多链路方案还会加重基础性能的限制。

每一链路所对应的频段或多或少有一些不同的阻抗特性。如果每一链路都有独立的天线，整体链路便可以得到化。然而，单独的天线既占空间、成本又高，而且具有显著的交叉藕合特性，因此，多条链路被迫以开关和滤波器结合成单一通道。

由于在共用电路时可能造成折衷，即使采用完美的开关，在加入新频段时还要保持所有频段的高性能也愈趋困难。

另外，由于链路中的每个元件都有其特殊的固定频率响应，因此仅能实现次佳化的频带边缘性能。