现在，许多关注无线通讯、手机技术的人都已感受到，无线通讯晶片、手机晶片正上演着多模风潮，例如原本是蓝牙（Bluetooth，以下简称：BT）通讯1颗晶片、Wi-Fi另1颗晶片，而今1颗晶片就同时具有2种功效，或如原有1颗手机晶片仅支援CDMA2000，另1颗手机晶片也仅支援UMTS（即所谓的3G），而今却有1颗晶片能同时支援CDMA2000与UMTS，这些都是多模趋势的例证。

为何会出现多模风？通常会形成何种多模？多模晶片的设计制造与过往有何不同？多模晶片应用时有何不同？本文将对此进行更多讨论。

多模风为何而起？

多模风会出现的原因之一，是各种无线技术标准多已到位，且后续的新标准不如过去般容易推行，在各标准无法持续向上推升的情况下，只好从垂直发展转向水平开发展，进行相关无线功效的整合。

举例来说，BT在完成2.0标准后，使用超宽频（Ultra-Wideband；UWB）技术的新版标准（一般称为Bluetooth 3.0）短时间无法成形，往后2、3年时间依然会以2.0为主流。同样的，Wi-Fi的新版标准：11n也迟迟无法定案，一直处于草版阶段，合乎草版标准的产品也销售不如预期，许多用户依然使用更早先的11g，因此现在许多通讯晶片开始将BT 2.0与Wi-Fi 11g整并成1颗晶片，由1颗晶片同时提供2种功效、2种模式。

《图一 美国TI（德仪）公司的WiLink 6.0解决方案的功能方块图，图中可见WLAN（即是指Wi-Fi）与Blutooth的基频（BB）、媒控（MAC）、射频（Radio）等电路都已在芯片内合一化设计，而芯片外的模拟前端（Front End）、滤波器、天线等也是共享。相对的，芯片内虽具备FM调频收音机功效，但各部分都自成一体，未与WLAN、Bluetooth融合。》

资料来源: 图片来源：www.ti.com

无线通讯如此，无线广播也类似，原本的数位广播晶片仅支援DAB，且为了相容今日普遍使用的类比广播，所以也加入了FM调频功效，然DAB以收听为主，且以欧洲使用居多，后续发展动能减少，因此开始有业者加入T-DMB，T-DMB可传递语音、数据、视讯，如此1颗晶片内就同时有FM、DAB、T-DMB等多种（模式）功效。

再从另一角度看，由于半导体制程持续缩密，缩密后所多出来的电路面积不知如何耗用，自然用来整合更多功效，多模风大体因此而生。当然，此风也让晶片业者能标榜相同晶片价格却具备更多功效，用户（无线应用产品的设计者、制造商）也觉得加值，亦是此风助长的原因。

多模化典范不胜枚举

除上述理由外，另一个支持通讯晶片多模化发展的趋势是：固网通讯与移动通讯的融合（Fixed Mobile Convergence；FMC）、数据通讯与语音通讯的融合、封包式通讯与切换式通讯的融合，而多模化能加速这些融合。

举例来说，具有UMA（Unlicensed Mobile Access）功效的手机一旦位在Wi-Fi无线存取点（Access Point；AP）的覆盖范围内，使用者就可改用Wi-Fi的数据传输来进行通话，而不是透过无线基地台（Base Station；BS）来通话，如此可节费，而同时具有3G与Wi-Fi的多模晶片将比不具多模的晶片更易实现UMA。

同样的，现在正热门的Femtocell，其一端是无线的Wi-Fi、3G或者是WiMAX，另一端是固接的ADSL或Cable Modem，同时跨2种以上的网路则以多模晶片较合适。此外BT除了有意将实体层技术改换成UWB外，也有意改换成Wi-Fi，即是用Wi-Fi的实体层传输，但实体层以上的仍是BT的协定及资料，如此可加速BT的传输，而多模晶片也较适合实现此种应用。

《图二 英国Frontier Silicon公司的3频、2模射频接收芯片：Apollo FS1110，由图中可见该芯片用切换方式支持3个频段，以及支持欧洲DAB与南韩T-DMB等2种模式。》

資料來源:圖片來源：www.frontier-silicon.com (资料来源:图片来源：www.frontier-silicon.com)

还有，无线卫星接收的导航定位晶片也是走多模风，过去仅以美国GPS为主，而今有的晶片在GPS外也追加支援欧洲的Galileo（伽利略）定位系统，或追加A-GPS，以及其他辅助定位、让定位更精准化的功效，这些也是多模化的表现，而无线数位电视接收晶片也是相同发展。

多模化的制程整合问题

了解多模趋势与实例后，对晶片业者而言要如何实现多模晶片呢？

首先谈论射频（Radio Frequency；RF）部分，射频部分通常先从相同频段、相近频段开始整合，或从应用相近开始整合，BT之所以与Wi-Fi整合为一，原因是两者皆使用2.4GHz频段，射频及相关类比前端（Analog Front End；AFE）电路有很大程度可以共用，甚至是共用同1支收发天线。

《图三 美国Broadcom（博通）公司的HSUPA（俗称：3.75G）基频处理器：BCM21551的功能方块图。由图中可了解，即便手机/通讯芯片多模化发展，天线数目仍不易收敛，BCM21551的2G/3G需要1根天线、GPS要另1根、WLAN再1根、DTV再1根。》

资料来源: 图片来源：www.broadcom.com

进一步的，晶片业者为了达到更高的整合度，会尝试将原有各自独立设计、生产、封装的MAC（Media Access Control，媒体存取控制）晶片、RF晶片合并为一，而MAC部分已属数位化，因此多是使用半导体最普遍、最标准的「矽材、CMOS结构」制程。

然RF方面为了追求无线通讯时的收发性能表现，使用砷化镓（GaAs）材、锗化矽（SiGe）等材料反而较矽（Si）为佳，同时BiCMOS结构也比CMOS结构理想，但这些材料与结构并不如Si材、CMOS结构的技术普及低廉，也不易与纯数位的MAC晶片整合。

所以，将RF晶片电路改以标准CMOS方式实现，才便于与MAC整合，TI的数位射频处理器（Digital Radio Processor；DRP）即是此种作法，将射频电路尽可能数位化，并使用Si材、CMOS结构制造，如此不仅可与MAC晶片整合为一，进一步还能实现手机单晶片，甚至是低成本、超低成本（Ultra Low Cost；ULC）的手机单晶片。

多模化需要更高运算力、更多记忆体

无线通讯/广播/手机晶片在多模化的过程中，MAC的硬体化程度与基频处理器（Baseband Processor；BBP）的效能就变的比以前更重要。

如果MAC的硬体化程度不高，许多MAC的工作是交由处理器以软体执行，则会增加处理器的功耗，以及降低处理器对其他工作的执行时间与反应速度。

以往若1个通讯晶片只具备一种通讯功效，则MAC的硬体化程度不需太高，部分工作可交由基频处理器（即一般泛用型处理器）负责，然多模化后每种通讯标准的MAC也都属于低度硬体化，则所有的运算负荷都会落到BBP上，BBP将会不胜负荷，轻则降低无线传输速率、使影音不流畅，重则根本不可行。

《图四 德国Infineon（英飞凌）公司的低成本、双模GSM/Wi-Fi手机平台：XMM1013，该平台的手机主控芯片为X-GOLD101，但X-GOLD101只具备GSM功效，Wi-Fi仍倚赖另一个WLAN单芯片，该单芯片包办BB、MAC、RF等工作，并使用印刷式天线，然GSM功效另有天线。》

資料來源:圖片來源：www.infineon.com (资料来源:图片来源：www.infineon.com)

因此，解决方式是选择将各模所用的MAC高度硬体化，或者是增加BBP的运算效能，前者会增加电路面积，后者则多半会增加BBP的运作时脉，前者需要较长的验证时间且错误后难以修正，晶片生产时也要较高的成本但执行时却较精省电能，相反的，提高BBP效能的验证时间短、错误可直接以韧/软体更新来修正，晶片生产时成本较低，但执行时较耗电能，两者必须权衡选择。

此外，多模也意味着韧体程式的存放空间要增加，记忆体执行空间要增加，对此许多晶片业者将快闪记体体（Flash Memory）的结构从SLC（Single Level Cell）改换成MLC （Multiple Level Cell）结构，以增加程式存放容量，而耗电的4T SRAM也换成DRAM结构的1T SRAM（也称：伪SRAM，Pseudo SRAM），以增加程式执行空间。

结尾

最后，多模的整并风仍未结束，这股风潮仍持续中，然受益的是通讯应用产品的设计者、生产者、及使用者。试想：手机厂商大量生产可收看数位电视的手机，该手机不仅可收看欧规的数位电视，也可收看美规、韩规、日规、中规的数位电视，如此一机在手到各国都可随手随处看电视，厂商不用再生产多种合乎不同规格的手机，用户也只要买1支手机即可遍行各地，多模化的发展正逐渐让此种理想实现中。