隨著5G熱潮持續增溫，未來工程師將面臨更多的設計挑戰，如產品須具備更高整合性、設計複雜度日益增加等。為加速設計流程，相關儀器商推出EDA軟體，提供靈活的設計解決方案，使產品設計便利性大為增加。
在未來五年內，可預見5G和物聯網(IoT)設計工程師將面臨幾個熟悉的趨勢：更吃重的設計工作、更高的整合性和設計複雜度、由單晶片設計轉換到多晶片模組、多技術整合(例如GaAs、GaN、SiGe/Si/SOI及CMOS)，還有挑戰性更高的標準規格。預算較吃緊的小型設計團隊仍將會是主流，因而帶動設計流程效率的改善。
這些趨勢將帶來許多重大改革與優勢，但也使得5G和物聯網設計工程師面臨許多新興的挑戰，這些挑戰大多源自於業界近十年來試圖解決的問題。其中某些主要挑戰包括功率效率極大化、電熱效應的管理、解決因設計複雜度升高而衍生的電路模擬問題。不僅如此，工程師還須處理因更精密封裝設計而產生的電磁耦合。其他的挑戰還包括：整合、評估並選擇「正確」的技術組合，然後在寬頻譜範圍內驗證符合產業標準的效能。
要時刻站在潮流尖端並且克服這些挑戰，當代的設計工程師需要靈活、強大的設計解決方案，以便與日新月異的趨勢及標準並駕其驅。
以是德科技為例，該公司的Keysigtht EDA軟體可有效解決通訊系統在設計上的挑戰，特別是在IC及PCB應用設計及模擬，包含5G和802.11xx無線網路，以及應用於物聯網的低功耗藍牙(BLE)、ZigBee和Wi-SUN。
低功耗為物聯網應用必然趨勢
許多物聯網應用都需要小型的電池驅動裝置，而且能以鈕扣般大小的電池，維持長達幾個月或幾年的運作。因此，盡可能降低功耗，是物聯網應用的一大設計要務。
以瑞薩電子為例，該公司近日推出了一項新科技和整合了BLE射頻收發器的微控器組，可以只靠一顆CR2032鈕扣電池，維持長達二年以上的運作。這項設計使用整合式Tx/Rx切換器、DC-DC轉換器，以及相匹配的網路/濾波器，來縮小晶片尺寸並降低功耗。高效率DC-DC轉換器通常需要高速切換率及小巧的矽晶螺線，這些都會產生RF頻率成分，以及不必要的電磁效應。
瑞薩電子設計團隊經理暨是德科技認證專家(Keysight Certified Expert)Hisayasu Sato，成功地利用Keysight GoldenGate Silicon RFIC and Momentum Simulation軟體，以單次設計迭代設計了此收發器。其具備較低的電流耗損，將成為攜帶式裝置及其他物聯網應用等近距離無線通訊的核心技術。這項創新發明加速瑞薩電子在物聯網應用中使用內嵌裝置的進程，並得以在近日推出新的RL78/G1D微控器。
提升硬體頻寬 四通道PA IC滿足5G互聯應用
5G無線的願景是帶給使用者「隨時隨地、萬物相聯」，近乎無限制的聯線體驗。為了達到這個境界，所使用的元件都必須支援更高速的資料傳輸速率，並須在具備充足頻寬的毫米波頻段運作。然而，訊號在毫米波頻段上傳遞，比在傳統行動無線頻率上更具挑戰性。
為了克服這項挑戰，Plextek RF Integration使用是德科技進階設計系統(ADS)軟體來開發四通道28GHz的5G可調相位PA IC設計，以供5G射頻前端使用。其使用市售的0.15-μm GaAs pHEMT製程所設計，並安裝於低成本SMT封裝中以利量產。此IC可以用在5G行動裝置或是基地台上。
Plextek RF Integration的IC之所以獨特，是因為它每個通道都有一個PA，其中包含小型的整合式4位元數位控制相位偏移器，可準確地控制信號波束(圖1)。這類創新元件是實現具毫米波頻率和充足頻寬之硬體設計的關鍵。
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| 圖1 Plextek RF Integration四通道收發器IC架構。這四個通道分別透過四路分離器的通用RF輸入來同相驅動。 |
EDA加速5G/物聯網產品應用
隨著5G無線通訊系統和物聯網持續不斷演進，EDA工具將成為推動產業進化並實現美好願景的推手。瑞薩電子和Plextex RF Integration是眾多使用是德科技EDA解決方案，順利開發5G和物聯網應用之成功案例中的兩家廠商。除了滿足顧客需求，是德科技也積極和產業聯盟、合作夥伴及學術界密切合作。此外，是德科技研發及應用工程師也正全力開發新的設計軟體、桌上型量測儀器和裝置製造解決方案，以因應先進5G和其他新興標準，以及物聯網的規範。
(本文作者任職於是德科技)