當(dāng) LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)）的部署氣勢(shì)重新抬頭，企業(yè)經(jīng)營(yíng)者與手機(jī)制造商都該明白，4G網(wǎng)絡(luò)并非3G性能萎靡不振時(shí)的萬(wàn)靈丹。事實(shí)上，大家必須了解，完整的LTE解決方案包括了提升速度與可靠度，以及一系列持續(xù)強(qiáng)化處理，以避免因網(wǎng)絡(luò)流量過(guò)大、數(shù)據(jù)使用量增加，還有外形尺寸限制等因素而造成的擁塞。

一般來(lái)說(shuō)，高數(shù)據(jù)傳輸率中使用的調(diào)變方案較為復(fù)雜，對(duì)信號(hào)處理的要求也格外嚴(yán)格。更麻煩的是，若要實(shí)現(xiàn)全球LTE，就必須使用比3G更多的頻段，便攜設(shè)備的基本需求需具備7波段，而要達(dá)到真正的全球漫游，則需13波段以上。另外，更重要的是，天線的性能限制嚴(yán)重威脅到速度，這使得多功能服務(wù)供應(yīng)商無(wú)不翹首盼望，期待LTE能提供其承諾的投資回報(bào)率。

可調(diào)諧RF采用體積更小但網(wǎng)絡(luò)性能更好的天線來(lái)提升LTE性能，也就是將可調(diào)諧RF器件附加到天線本身，這樣工程師就能設(shè)計(jì)出體積更小但性能更高的天線。通過(guò)這種方式，可調(diào)諧RF成功解決了業(yè)界人士所熟知的空間限制。

另外，利用單一天線來(lái)接收更多頻率范圍的調(diào)諧功能，自然減少了手機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的整體天線數(shù)量。依據(jù)MIMO（Multiple Input Multiple Output，多重輸入多重輸出技術(shù)）的趨勢(shì)來(lái)看，這點(diǎn)意義重大，因?yàn)樵谠摷夹g(shù)中，有多達(dá)4根功能各自不同的天線存在?？烧{(diào)諧RF以最高效率進(jìn)行發(fā)送與接收，而且不受其他干擾源（如頭和手的位置）的影響。

解析高性能可調(diào)諧 RF 器件
在少數(shù)已進(jìn)入市場(chǎng)的天線問(wèn)題補(bǔ)償方案中，只有動(dòng)態(tài)可調(diào)諧射頻微機(jī)電系統(tǒng)（RF-MEMS）技術(shù)能真正有效達(dá)到目的。

業(yè)界領(lǐng)先的可調(diào)諧RF器件，是采用數(shù)字電容數(shù)組，利用了RF-MEMS技術(shù)將電子電路集成于單一硅晶粒（die）上。

RF-MEMS電容器屬于機(jī)械器件，置于硅晶圓（silicon wafer）表面，他包含兩片金屬板，且會(huì)因外加電壓產(chǎn)生的靜電而靠在一起。這兩個(gè)金屬板之間還設(shè)有一個(gè)絕緣層，這樣就構(gòu)成了電容器。相對(duì)于一般以電流通過(guò)半導(dǎo)體基板的實(shí)體開(kāi)關(guān)，在RF-MEMS器件上的電流只在金屬中流動(dòng)，損耗極低，且能進(jìn)行超線性運(yùn)作。

由于RF-MEMS電容器集成于單一CMOS晶圓上，因此所有控制MEMS的器件也都在同一個(gè)晶粒上，不僅節(jié)省了路由空間，還將往來(lái)于控制線的信號(hào)耦合降至最低，這點(diǎn)很關(guān)鍵，因?yàn)槠骷?dòng)時(shí)往往需要高電壓（大約 35V DC）。既然RF-MEMS電容器位在同一個(gè)CMOS晶粒上，那么所需電壓就由芯片上的集成電荷泵來(lái)產(chǎn)生，這樣一來(lái)，唯一需要的外部電源電壓，只需2.7-3.3V就夠了。此外，所有器件的驅(qū)動(dòng)程序都可內(nèi)置，而所有電容設(shè)定都可通過(guò)寄存器來(lái)選擇，不論寄存器是通過(guò)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SPI或MIPI RFFE串行接口。

圖 1 RF-MEMS器件的橫截面

RF-MEMS器件機(jī)械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的機(jī)械共振頻率較低－約60kHz。這是因?yàn)檎瘟海╞eam）會(huì)以驅(qū)動(dòng)信號(hào)的半波長(zhǎng)共振，所以當(dāng)MEMS器件閉合，共振就不那么明顯，且會(huì)轉(zhuǎn)移為數(shù)兆赫頻率。這種低機(jī)械共振頻率，造就了其優(yōu)秀線性度，因?yàn)镸EMS器件是無(wú)法直接對(duì)千兆赫范圍之信號(hào)變化產(chǎn)生反應(yīng)的。

電容率
在可變電容數(shù)組中，數(shù)組中各獨(dú)立電容的“開(kāi)/關(guān)”比例，以及整個(gè)數(shù)組的“開(kāi)/關(guān)”比例，都非常重要。當(dāng)MEMS器件被“抬起”或未被接觸，電容器就處于最小電容狀態(tài)，即“Cmin”。同樣地，當(dāng)電容器被驅(qū)動(dòng)，且位于“閉合”位置，電容器就會(huì)處于最大電容狀態(tài)，即“Cmax”。而電容率（Cratio）的定義如公式 (1) 所示。

公式(1)

數(shù)組中的每個(gè)電容都有類似圖2的模型存在。在此模型中，C1和C2代表接地的并聯(lián)式寄生電容，通常就是接到裝配環(huán)境與硅基板。而 Cseries代表數(shù)字電容器，可在Cmin和Cmax之間調(diào)節(jié)。

圖 2 MEMS電容器模型

當(dāng)芯片上的MEMS器件設(shè)計(jì)影響了這些寄生電容值，C1和C2就不相等。

若該器件被設(shè)定為串聯(lián)狀態(tài)，那么 Cratio 通常就是15。請(qǐng)注意，還會(huì)有些接地的并聯(lián)式寄生電容存在，而其值將取決于電容器尺寸，通常為Cmax的5-15%。

但若該器件被設(shè)定為并連狀態(tài)，例如Port B接地，其中一個(gè)寄生電容C1則與并聯(lián)數(shù)字電容器并聯(lián)，因而增加了Cmin值。此時(shí)，Cratio 通常就為7。

質(zhì)量因子（Q 值）
至于RF-MEMS電容器的質(zhì)量因子（Quality Factor）部分，顯著降低金屬梁（beam）電阻則提供了關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：低耗損。這樣的低耗損在一般規(guī)格中以“Q值”（質(zhì)量因子）來(lái)表示。Q值其實(shí)就是電阻抗（reactive impedance）（Xc）和實(shí)際阻抗（Rc）的比值，如公式 (2) 所示，而其中ESR則是指電容器的“等效串聯(lián)電阻”。

公式(2)

降低特定C（電容器）的ESR，自然就能提高Q值。而RF-MEMS梁（beam）上的金屬走線能提供極低ESR，且比起其他技術(shù)要低很多。在1GHz測(cè)量晶圓上所測(cè)得的RF-MEMS技術(shù)Q值，通常超過(guò)200。相比之下，同頻率典型CMOS電子器件的Q值，則通常不到30。

線性度
手機(jī) RF前端器件的線性度，通常都是指雙頻的輸入三階截點(diǎn)（Input Third-Order Intercept Point，IIP3）。RF-MEMS器件一般都是極具線性的，但卻對(duì)雙頻的間距有點(diǎn)敏感。兩個(gè)相近的頻調(diào)組合創(chuàng)造出電壓包絡(luò)，而其峰值為各頻調(diào)之電壓總和加上兩個(gè)頻調(diào)差之間的低拍頻變化。若該拍頻低于或接近RF-MEMS器件的機(jī)械共振頻率，就會(huì)測(cè)得較高的非線性度。正如前述，機(jī)械共振會(huì)發(fā)生在 50-100kHz 區(qū)間。故當(dāng)頻調(diào)間距在此范圍內(nèi)，MEMS器件的IIP3就約為+70dBm；若頻調(diào)間距更寬，其線性度就能提升至+80dBm以上。

另外要注意，如果晶粒沒(méi)有正確接地，則在MEMS器件上的RF走線間與遮蔽下的CMOS電路，就可能產(chǎn)生調(diào)變。而此調(diào)變現(xiàn)象可能增加非線性度，因此確保晶粒正確接地是非常重要的。

參數(shù)指數(shù)（FOM）
為了監(jiān)控及對(duì)比最先進(jìn)的可調(diào)諧電容器，這里使用了一般的參數(shù)指數(shù)（Figure of Merit，F(xiàn)OM）。此 FOM能快速評(píng)估所有可調(diào)諧電容器技術(shù)，檢測(cè)其損耗范圍、電容率、功率承載力（power handling）及成本（晶粒面積）等。
公式(3)