除加速度計(jì)、陀螺儀等熱門(mén)的動(dòng)作感測(cè)器外，MEMS元件開(kāi)發(fā)商已開(kāi)始將觸角延伸至其他領(lǐng)域，追求下一波成長(zhǎng)高峰。以WiSpry為例，即是看好多頻多模射頻的市場(chǎng)趨勢(shì)，而投入創(chuàng)新MEMS元件的業(yè)者之一。  

借力RF MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟體定義無(wú)線電 

隨著手機(jī)朝多模多頻發(fā)展，也為天線和RF射頻前端帶來(lái)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。WiSpry是成立于2002年的無(wú)晶圓RF業(yè)者，主要是透過(guò)整合RF CMOS與RF-MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)一系列的可調(diào)諧(Tunable)RF解決方案，以達(dá)到軟體定義無(wú)線電(SDR)的目標(biāo)。  

WiSpry總裁暨創(chuàng)辦人Jeffery Hilbert以蘋(píng)果iPhone 4上市時(shí)，因收訊不佳發(fā)生的「天線門(mén)」事件為例解釋，如果采用可調(diào)諧RF設(shè)計(jì)，就能夠透過(guò)軟體動(dòng)態(tài)調(diào)整最適當(dāng)?shù)腞F阻抗匹配，避免硬體式的固定設(shè)計(jì)架構(gòu)因不能配合使用環(huán)境，而無(wú)法達(dá)到理想收訊結(jié)果的情況發(fā)生。  

WiSpry的產(chǎn)品主要鎖定在400MHz到10GHz頻率范圍運(yùn)作的多頻多模無(wú)線應(yīng)用。它的RF-MEMS電路是采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程，因此，理論上能在單一矽晶片上，將可調(diào)諧匹配前端和過(guò)濾器、天線匹配、可配置功率放大器等RF元件整合在一起，再透過(guò)軟體動(dòng)態(tài)調(diào)諧的方式，來(lái)達(dá)到該公司提出的「單一無(wú)線、全球覆蓋(One World, One Radio)」愿景。  

Hilbert表示，全球智慧型手機(jī)銷售量到2020年，可望成長(zhǎng)到二十八億支，對(duì)RF前端產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，將帶來(lái)龐大的商機(jī)。但是，目前RF前端的設(shè)計(jì)架構(gòu)，雖然已從傳統(tǒng)的分離式元件建置，朝整合性架構(gòu)發(fā)展，但仍無(wú)法克服日趨復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題，而且常常必須妥協(xié)于RF效能。  

WiSpry已出貨的電容式陣列產(chǎn)品，是在8吋晶圓上，以0.18微米制程制造MEMS結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)包含CMOS電路、MEMS的單晶片方案，可供多種可調(diào)諧RF產(chǎn)品之用(圖1)。  

目前，電容陣列的軟體演算法是內(nèi)建在基頻處理器中，因此需要與主要的基頻處理器業(yè)者合作，未來(lái)計(jì)畫(huà)以單獨(dú)的電路執(zhí)行運(yùn)算。  

Hilbert指出，采用可調(diào)諧RF前端，可大幅簡(jiǎn)化3G/4G手機(jī)設(shè)計(jì)，且以標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程生產(chǎn)，不僅體積小，也更具有成本效益。同時(shí)，由于能動(dòng)態(tài)調(diào)整，提升接收器靈敏度，有助于改善手機(jī)的資料傳輸率、通話品質(zhì)和電池壽命。  

現(xiàn)在，MEMS在智慧型手機(jī)上的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛，總計(jì)各種MEMS元件會(huì)占手機(jī)37美元的BOM成本。而WiSpry欲取代的RF前端，大概占1.53美元。  

目前，WiSpry已經(jīng)就緒的產(chǎn)品有可調(diào)諧數(shù)位電容陣列、阻抗匹配、過(guò)濾器，未來(lái)還將陸續(xù)開(kāi)發(fā)天線、功率放大器、雙工器，預(yù)計(jì)到2014年，便可推出完整的可調(diào)諧RF前端。  

經(jīng)過(guò)多年努力，WiSpry自2007年首度推出產(chǎn)品以來(lái)，終于在2011年獲得一線手機(jī)業(yè)者的采用，并已于去年10月起開(kāi)始大量出貨。Hilbert表示，隨著4G應(yīng)用的興起，今年已取得多家設(shè)計(jì)訂單，對(duì)公司未來(lái)的業(yè)務(wù)成長(zhǎng)深具信心。  

[!--empirenews.page--]力圖超越石英技術(shù)SiTime強(qiáng)推MEMS時(shí)序 

SiTime另一家開(kāi)發(fā)創(chuàng)新MEMS元件的業(yè)者，于2005年從Bosch獨(dú)立出來(lái)，該公司試圖以其獨(dú)特的矽晶MEMS和類比技術(shù)改變傳統(tǒng)以石英材料為主的時(shí)序市場(chǎng)。  

SiTime執(zhí)行長(zhǎng)Rajesh Vashist表示，時(shí)序元件是所有電子產(chǎn)品不可或缺的重要元件，一臺(tái)手機(jī)大概會(huì)用到二到四個(gè)時(shí)序元件、筆記型電腦會(huì)需要四到十個(gè)；近來(lái)興起的汽車電子市場(chǎng)，整輛車中更會(huì)用到十五至三十五個(gè)。  

據(jù)了解，包括共振器、振蕩器和時(shí)脈產(chǎn)生器，整個(gè)時(shí)序市場(chǎng)加起來(lái)約有60億美元的規(guī)模。而SiTime將以矽晶MEMS技術(shù)，推動(dòng)這個(gè)市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變。  

Vashist解釋，SiTime的時(shí)序元件包含兩個(gè)主要部分，分別是采用矽晶MEMS結(jié)構(gòu)的共振器，以及類比電路。透過(guò)整合MEMS和CMO??S制程技術(shù)，使得以矽晶材料作為振蕩器的概念能夠?qū)崿F(xiàn)。  

SiTime的晶圓代工伙伴，分別是負(fù)責(zé)CMOS制程的臺(tái)積電和MEMS制程的Tower-Jazz。Vashist強(qiáng)調(diào)，一片8吋矽晶圓，采用0.18微米制程，就可生產(chǎn)出高達(dá)七萬(wàn)顆的矽晶振蕩器，在成本、尺寸、效能上都更有優(yōu)勢(shì)。  

目前，SiTime的MEMS振蕩器已廣泛用在多項(xiàng)主流產(chǎn)品，包括數(shù)位相機(jī)、電子書(shū)、家用電話、路由器、和智慧電表等。SiTime的營(yíng)收就市場(chǎng)別來(lái)看，網(wǎng)通占14%、消費(fèi)電子40%、運(yùn)算/儲(chǔ)存21%，工業(yè)21%。  

同時(shí)，SiTime在今年四月宣布，其MEMS振蕩器、時(shí)脈產(chǎn)生器、共振器等元件的累積出貨量已達(dá)到一億顆，目前已有超過(guò)八百家業(yè)者，在一百多種應(yīng)用中采用SiTime的矽晶MEMS時(shí)序解決方案。而且，自2006年以來(lái)，公司每年的出貨量都有一倍的成長(zhǎng)。這三項(xiàng)產(chǎn)品SiTime均可提供，但以振蕩器為主，占營(yíng)收的八成。Vashist表示，5年前該公司才推出新產(chǎn)品，從零開(kāi)始，但現(xiàn)在已躋身前十大振蕩器供應(yīng)商。  

5年來(lái)，SiTime持續(xù)開(kāi)發(fā)新元件，讓產(chǎn)品組合日趨豐富，目前已有四十款產(chǎn)品，以及超過(guò)十萬(wàn)種的型號(hào)。Vashist指出，與2007年的產(chǎn)品相比，SiTime元件的抖動(dòng)效能已提升三百倍、穩(wěn)定度提升二百五十倍，可達(dá)到比石英更佳的可靠度。因此，MEMS-based振蕩器出貨量一定會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)石英振蕩器，只是時(shí)間早晚罷了！