隨著Wi-Fi／移動(dòng)通信等無線射頻標(biāo)準(zhǔn)，不斷的提升并且邁向破GHz的超高頻信號(hào)化發(fā)展，對IC設(shè)計(jì)、PCB、連接器、纜線到測量儀器供應(yīng)商，以及終端產(chǎn)品業(yè)者而言，都是邁向高頻化時(shí)代不得不面對的嚴(yán)酷考驗(yàn)…

移動(dòng)設(shè)備從內(nèi)而外 從有線到無線均朝高頻化發(fā)展

CPU研發(fā)趨勢已不強(qiáng)調(diào)頻率而轉(zhuǎn)向多核心發(fā)展，從PC到平板、智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備都可看出這樣的趨勢。由于云端運(yùn)算應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)化、視網(wǎng)膜4K顯示畫質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)分析的潮流下，無論是x86架構(gòu)的桌機(jī)、筆記本、Ultrabook到變形平板，或者走ARM架構(gòu)的智能手機(jī)／平板等移動(dòng)設(shè)備，仍不斷的從平臺(tái)架構(gòu)上做時(shí)脈／頻率的超高頻化。

802.11ac已成Wi-Fi主流，下階段將朝60GHz WiGig（802.11ad）邁進(jìn)

從3G/3.5G到4G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中，4G標(biāo)準(zhǔn)由LTE勝出。Source：ITU、3GPP

從內(nèi)部系統(tǒng)匯流排，對外外圍接口，以至于無線射頻如Wi-Fi 802.11ac/ad、WiHD 802.15ad與3G/4G LTE等全面提升。動(dòng)輒數(shù)GHz甚至數(shù)十GHz的超高頻信號(hào)，無論是IC設(shè)計(jì)業(yè)者從上游選用PHY IP，傳輸接口／連接器與PCB材質(zhì)的選項(xiàng)，線路設(shè)計(jì)，到高頻測量信號(hào)工具儀器的選用等，都是極為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

PCIe匯流排發(fā)展直追光纖

從2004年英特爾主導(dǎo)并力推的PCI Express串行匯流排v1.0出現(xiàn)，以提供x1～x16線路的彈性化設(shè)計(jì)，全雙工傳輸速率2.5～80Gbps，迅速的成為處理器與芯片組平臺(tái)芯片、橋接芯片，以及高階工作站、服務(wù)器附加卡的接口標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過不少世代演進(jìn)，2011～12年P(guān)CI-E 3.0（Gen3）已成主流規(guī)格，單線道（lane）傳輸頻率已達(dá)8GT/s；而未來采16～24GT/s的PCI Express 4.0（Gen 4）規(guī)范已蓄勢待發(fā)，將于2014年底最遲2015年正式定案。

與PCIe系出同源的串行實(shí)體層高頻電路技術(shù)，也泛用于象是USB 3.0、Thunderbolt、SATA Express、NVM Express （SFF-8639），以及源自移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、平板所使用的Mobile PCIe。象是PCI SIG與SATA I/O組織合作，導(dǎo)入針對PC/NB使用的SATA Express （SFF-8482）與NVM Express （SFF-8639）接口規(guī)格。

前者能與既有SATA 6G兼容，且提供x2 Lane，傳輸帶寬擴(kuò)大到2GB/s；后者則應(yīng)用于高效能工作站／服務(wù)器，提供x4 Lane，傳輸帶寬拉高到4GB/s，并與既有的SATA 6G、SAS、SATA Express接頭兼容。

PCI SIG甚至提出OcuLink的外接接口，以銅軸／光纖纜線作為傳輸材質(zhì)，同樣提供PCIe 3.0 x4 Lane的界面規(guī)格，傳輸速率可達(dá)32Gbps（4GB/s），可作為通訊機(jī)臺(tái)／網(wǎng)絡(luò)連接裝置等外接以太網(wǎng)絡(luò)接口的新選擇。

有線影音線材／連接頭的高頻化

2013年9月HDMI 2.0，輸出帶寬提高到18Gbps，支持雙屏幕、21:9超寬比例，以及3840x2160/4096x2160p60等4K格式項(xiàng)。支持HDMI 2.0的4K UHD電視與相關(guān)影音設(shè)備，預(yù)計(jì)2014年下半問世。

而由Nokia、三星、晶鐌、索尼與東芝等大廠建立MHL（Mobile High Definition Link）接口聯(lián)盟，在手機(jī)與電視端各加一組MHL收發(fā)芯片，以既有的microUSB連接線，傳輸手機(jī)的HDMI信號(hào)到電視。目前MHL 2.0提供1080p HD/8聲道的影音內(nèi)容，支持HDCP、3D畫面并可藉由電視來為手機(jī)充電，未來MHL 3.0將支持到4K UHD的分辨率。

Display Port （DP）顯示埠接口是視訊電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（VESA）于2006年5月所發(fā)表的數(shù)碼式視訊接口標(biāo)準(zhǔn)。它無須任何授權(quán)金，具備多屏幕輸出能力，且傳輸帶寬比HDMI還高，也被廣泛納入各顯卡、集成型芯片組甚至被融入Thunderbolt匯流排規(guī)格的協(xié)定層內(nèi)。許多高階顯卡同時(shí)支持HDMI與DisplayPort兩種顯示規(guī)格，并提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)接頭。

而Intel于2011年發(fā)表DP+PCI Express+GP I/O三合一的ThunderBolt匯流排，雙向傳輸速率為10Gbps，使用miniDP Port的連接頭，銅軸或光纖（100公尺）兩種連接線方式，連接最多6個(gè)Thunderbolt外圍。

除蘋果MacBook Pro產(chǎn)品外，另外也有少數(shù)廠商筆記本、AIO一體機(jī)支持。2013年Q1 Intel宣布Thunderbolt 2.0，傳輸速度提升到雙向20Gbps并支持4K輸出，向下兼容Thunderbolt 1.0。相關(guān)產(chǎn)品預(yù)計(jì)2014底面市。

即將于2014年底亮相的USB 3.1，將追加A/V獨(dú)立帶寬、Type-C新型態(tài)連接頭與倍增為10Gbps的聯(lián)機(jī)速率，以低成本與既有外圍兼容性之姿，挑戰(zhàn)外圍速率霸主的Thunderbolt。

無線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)趨勢

于2014年1月正式定案的802.11ac規(guī)格，以較少干擾的5GHz（從4.9～6.0GHz）射頻頻段，OFDM正交分頻多工、QAM256載波調(diào)變以及波束成型（Beamforming）技術(shù)，傳輸速率達(dá)到1.3Gbps（3天線／3資料串流）～7Gbps（8天線／8資料串流／160MHz），足可實(shí)時(shí)傳輸高清影音（Full HD）甚至4K（3840x2160）影音串流規(guī)格。

802.11ac也被跟2.4/5GHz 802.11n向下兼容能力，當(dāng)網(wǎng)卡無法查找到5GHz頻段以802.11ac最高速連接時(shí)，會(huì)切回5GHz甚至2.4GHz以802.11n聯(lián)機(jī)模式進(jìn)行無線傳輸。

至于60GHz超高頻無線技術(shù)，有2006年WirelessHD（后來更名為WiHD）以及2009年WiGig兩大聯(lián)盟的競逐。前者聯(lián)盟成員有博通、英特爾、樂金、NEC、松下、索尼、三星、東芝、SiBEAM與Philips，SiBEAM是唯一的射頻芯片供應(yīng)商，后來被晶鐌（SiliconImage）所購并。WiHD以60GHz頻段、IEEE 802.15.3c規(guī)格為基礎(chǔ)，傳輸速率10～28Gbps。

WiGig聯(lián)盟成員有英特爾、超微、博通、思科、Qualcomm/Atheros、Marvell、聯(lián)發(fā)科、WiLocity、NEC、微軟、NOKIA、輝達(dá)、Panasonic、三星與東芝等，以IEEE 802.11ad規(guī)格為基礎(chǔ)，傳輸速率達(dá)7Gbps。

但WiGig已成功的與Wi-Fi聯(lián)盟的2.4GHz 802.11b/g/n、5GHz頻段的802.11ac集成，達(dá)到三頻（2.4/5/60GHz）多模共享的境界。Wilocity于2014年2月發(fā)布28納米制程的802.11ad WiGig芯片，于第3季起開始送樣。

至于移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)部分，2005年英特爾與諾基亞合推WiMax （IEEE 802.16e），從2007年起陸續(xù)在美國、澳洲、日韓、***以及非洲新興國家布建；LTE （Long Term Evolution長期演進(jìn)技術(shù)）則是3GPP協(xié)會(huì)以UMTS/WCDMA、HSDPA/HSPA+所制定的過渡性規(guī)格。兩者均根基于OFDM調(diào)變技術(shù)，融入IP封包傳輸、可調(diào)整帶寬、連接適配性與多天線（MIMO）技術(shù)。

由于WiMax電波在室內(nèi)滲透率不佳，而LTE仗著規(guī)格確立、既有2G/3G設(shè)備機(jī)臺(tái)升級優(yōu)勢與眾多電信營運(yùn)商的支持，2010年起陸續(xù)于大陸、香港、日本、韓國、美國等地開始商業(yè)化營運(yùn)，2010年中Intel裁撤WiMAX部門，至此4G規(guī)格底定由LTE勝出。各地WiMAX營運(yùn)商紛紛轉(zhuǎn)向LTE，或寄望藉由未來配備升級到TD-LTE的方式來因應(yīng)。

4G移動(dòng)設(shè)備須具備CDMA/LTE、GSM/UMTS/LTE、UMTS/LTE、GSM/WiMAX、WiMAX等各種工作模式，也需要能在700/900MHz、1.5～1.9GHz、2.1～2.6GHz、3.3～3.5GHz等全球頻譜下操作，并確保跟Wi-Fi、BT-FM、GPS、NFC與其它無線規(guī)格的連接性。

從IP、PCB到線材／裝置驗(yàn)證的超高頻挑戰(zhàn)

目前在8/16/25Gbps超高頻SerDes實(shí)體層IP部分，象是Gennum公司已著手開發(fā)32Gbps SerDes串行解串器的實(shí)體層線路IP（Snowbush IP），后來被瑞士商升特（Semtech）買下，成為其PCIe 3.0與高速網(wǎng)絡(luò)IP的推廣利器；***創(chuàng)意電子（GUC）也掌握10/25Gbps SerDes PHY IP技術(shù)。

新思科技（Synopsys）提供DesignWare電路自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行16Gbps PHY的設(shè)計(jì)驗(yàn)證作業(yè)。愛德萬測試（Advantest）開始提供半導(dǎo)體業(yè)界針對16Gbps高頻的數(shù)碼測量模塊。

在USB 3.0、SATA、PCIe 3.0、Thunderbolt、HDMI、DP等高頻信號(hào)，以至于預(yù)留未來PCIe 4.0、USB 3.1、Thunderbolt 2.0接口的測試驗(yàn)證上，目前像安捷倫（Agilent）、太克（Tektronix）、美商國家儀器（NI）、羅德史瓦茲（R&S）等均提供串行信號(hào)產(chǎn)生器、錯(cuò)誤碼分析儀等組合，來協(xié)助業(yè)者進(jìn)行8/16/25/32Gbps與無線射頻測量方案，安捷倫更備妥60GHz 802.11ad/WiHD超高頻信號(hào)的測量與驗(yàn)證解決方案。

無線射頻部分，艾法斯（AeroFlex）則推出符合3GPP Rel8~Rel11（LTE/LTE-A）規(guī)范的TM500、EAST500準(zhǔn)基地臺(tái)測試系統(tǒng)。供OEM/ODM或?qū)嶒?yàn)室機(jī)構(gòu)做終端產(chǎn)品OTA （Over the Air）電磁測量。

在***有耕興（Sporton）的新竹實(shí)驗(yàn)室，提供包含WiMax、4G LTE、WiHD／802.11ad／WiGig之測試，***檢驗(yàn)科技（SGS）則提供4G LTE、WiFi 802.11a/b/g/n與ICT產(chǎn)品電磁兼容測試（EMC）。必維國際集團(tuán)香港商立德國際（Bureau Veritas ADT；BV ADT）也提供全球WiMAX、LTE測試認(rèn)證服務(wù)。

百佳泰（Allion）于2013年6月成為Wi-Fi CERTIFIED ac認(rèn)證計(jì)畫的認(rèn)證測試實(shí)驗(yàn)室（ATL），并提供HDMI、DP、MHL、USB-IF USB3/3.1、SATA、SAS等連接器、纜線等規(guī)格認(rèn)證與電氣特性檢驗(yàn)服務(wù)。