根據預測，EDGE和W-CDMA手機銷售量在2007年到2009年間將以每年3億隻的速度成長，到2008年前GSM/GPRS手機則會以每年2億隻的速度成長，且其整體銷售量的很大一部份會來自新興市場的低成本手機。換言之，超低成本手機市場的出現有可能大幅改變手機產業的整個生態。
前言
手機銷售前景日益看好，行動終端裝置在大眾市場的複合年成長率又很驚人，這兩項因素讓超低成本手機市場近來突然成為當紅炸子雞。手機設計人員或許認為只要犧牲部份的效能、功能或品質來換取低成本零件，就能發展出超低成本手機滿足這些使用者的要求，但超低成本手機的產品定義其實沒那麼簡單，例如無線電晶片組就可能因為降低成本要求而受到某些意外影響。事實上，手機射頻電路雖占整體零件用料不到一成，射頻技術最近的許多進步卻為GSM/GPRS超低成本手機市場帶來直接好處，其他領域的手機設計也能利用這些優點。因此設計人員應進一步瞭解射頻電路在超低成本手機產品定義中所扮演的角色，並且掌握射頻前端和參考頻率介面的發展趨勢以及收發器元件的效能、製造和良率等相關特性。
超低成本手機不能只透過Cost Down來實現
GSM/GPRS技術是當前最主要的行動電話標準，全球GSM用戶總數現已成長超過13億人，其餘大約還有50億人至今沒有行動電話，40億人無法享受固定線路通訊服務。根據GSM協會的研究，全球雖有八成人口已在無線訊號涵蓋範圍，卻只有兩成五有能力使用無線通訊，這表示尚未獲得適當支持的市場就有將近30億人。就發展中市場而言，消費者有無能力負擔手機是未來用戶成長的最大關鍵。消費者對於行動電話的負擔能力是由手機成本 (包含經銷費用)、服務內容、法規環境和稅制結構決定，業界根據這些要求將超低成本手機定義為：提供雙頻GSM語音和SMS服務、沒有封包資料功能、功能最精簡和零售價格低於30美元；除此之外，手機的某些效能還必須在設計時預留適當空間，例如靈敏度就很重要。製造商對於手機的品質和良率也要特別注意，確保其成本結構符合長期量產要求。
根據預測，EDGE和W-CDMA手機銷售量在2007年到2009年間將以每年3億隻的速度成長，到2008年前GSM/GPRS手機則會以每年2億隻的速度成長，且其整體銷售量的很大一部份會來自新興市場的低成本手機。除了市場成長預測外，GSM協會的研究還顯示一旦業者解決了消費者對於手機負擔能力的問題，2007年到2009年間的用戶成長速度就會從每年1.81億人增加為3.21億人；換言之，超低成本手機市場的出現有可能大幅改變手機產業的整個生態。
超低成本手機並非以特定技術或方法來解決消費者對於手機負擔能力的問題，而是透過多種策略構成的一套程式來加速降低手機的總持有成本，例如選擇用料成本最低、整合度最高和外部零件最少的無線電就是顯而易見的做法。從系統角度分析消費者對於手機的負擔能力也很重要，此時靈敏度就是會受到收發器效能影響的超低成本手機參數，這是因為系統靈敏度會直接衝擊網路基礎設施和效率、使用者的實際感受以及包含無線電前端元件選擇和成本在內的手機設計考慮。
電信業者和手機製造商都重視靈敏度，因為它直接影響手機通話品質。就理論而言，可持續接收微弱訊號的手機將能提供優於其他產品的話質，通話中斷現象也會變得更少，例如服務供應以及斷線等問題都會減少。就實際而言，更良好的靈敏度讓手機擁有更寬廣的收訊範圍，就算在基地台涵蓋區邊界亦複如此，它對訊號衰弱的現象也具有更良好的抵抗能力。隨著手機靈敏度增加，電信業者將能以更低的基礎設施成本提供所要求的通訊覆蓋範圍，這對超低成本手機市場的電信公司尤其重要，因為他們可以將基地台和相關基礎設施的投資減至最少，藉以彌補這個市場不算太高的用戶平均營收 (ARPU)。就產品層級而言，靈敏度也是手機製造商的關注焦點，因為它與製造設計和生產餘幅 (production margin) 以及手機通話品質息息相關，例如天線設計就會對等向接收靈敏度產生很大影響。內建天線的做法雖日益收到歡迎，但它們也讓設計更困難，天線的位置、體積、造型和效能通常必須做出某些犧牲才能達到手機的機械結構要求。
淺談超低成本手機的收發器設計
圖1所示的GSM無線電訊號流程可以說明收發器對於超低成本手機設計的影響。執行接收作業時，天線開關(ASM)將輸入訊號轉送至適當的SAW濾波器以便選擇頻帶，ASM和SAW濾波器都會對接收訊號造成插入損耗(IL)，故須將其列入考慮。在SAW和收發器之間有個輸入匹配電路，用來讓SAW輸出將最大電壓或功率送至收發器的低雜訊放大器輸入端，收發器會將射頻訊號降頻轉換至中頻，再混波降頻轉換成為基頻(另一種做法是直接轉換至直流)，然後選擇適當的接收頻帶。在這個過程裏，收發器和輸入匹配電路都會造成接收訊號劣化，其程度就定義為雜訊指數(NF)。收發器和基頻系統還會透過基頻介面相互傳送語音和資料資訊。
瞭解超低成本手機的操作原理和系統影響後，設計人員為這類產品或其他任何手機選擇收發器時就應尋找雜訊指數最低的收發器。收發器若能預留充分的雜訊指數空間，手機設計人員就能選擇適當的前端零件以及包括ASM和SAW在內的接收訊號鏈以便在成本和插入損耗之間取得最佳平衡，這能進一步減少手機的零件用料。
把兩個SAW濾波器整合在一起的雙SAW模組不但能取代兩顆SAW濾波元件，成本也比它們降低大約兩成，這是因為雙SAW模組所消耗的生產材料比較少。雙SAW模組雖能將電路板使用面積減少四成五(從兩顆1.4 × 2.0毫米的濾波器變為一顆1.6 × 2.0毫米的濾波器)，但某些廠商進行整合時也可能造成濾波器效能略為下降，例如插入損耗或漣波都可能增加，這會影響系統靈敏度和降低阻隔訊號衰減能力，進而對GSM手機的全型認證產生衝擊。收發器若能提供足夠的雜訊指數餘幅(NF margin)和強大的阻隔效能，這些潛在影響對於系統層級的衝擊就會變得微不足道。
改善雜訊指數效能後，設計人員就能以成本較低的多層陶瓷電感做為低雜訊放大器的輸入阻抗匹配。工程師過去大都以線繞或線圈電感做為輸入阻抗匹配，因為它們的高Q值提供最好的阻抗匹配效果。多層陶瓷電感的成本雖比線繞電感減少七成五，但是Q值也比較低，通常這會造成收發器的雜訊指數增加。專為低Q值輸入阻抗匹配而設計的低雜訊指數收發器則能將雜訊指數劣化程度限制在容忍範圍內，同時讓客戶享受電感成本降低的好處。
收發器會將參考振盪器介面的頻率訊號與外部石英晶體產生的頻率訊號同步，同時將系統頻率提供給基頻單元。多年來，設計人員都是利用成本昂貴的電壓控制型溫度補償式石英振盪器 (VC-TCXO) 來維持目標振盪頻率，但現在越來越多手機開始採用成本更低和體積更小的替代方案，像是包含電壓控制型石英振盪器 (VCXO) 或者完全整合式數控石英振盪器 (DCXO) 的收發器。VCXO可以利用標準AT-cut石英晶體、變容器和電容器取代成本約0.95美元的VC-TCXO振盪器，整合式DCXO電路則把3.2 × 2.5毫米石英晶體(售價0.35美元) 以外的所有外部零件整合在一起，這不但讓零件用料減至最少，也不必在生產線上校準變容器。如圖2所示，整合這些功能雖不是新想法，但目前只有少數收發器廠商成功量產這類元件。
收發器若採用已經考驗的DCXO振盪器，內建電容調整範圍又很寬廣，則可考慮搭配體積較大的3.2 × 5.0毫米石英晶體，這能在短期內省下10%的石英晶體成本。由於超低成本手機已將功能減至最少，體積略增的石英晶體應不會造成任何困擾。值得注意的是，體積較大的石英晶體雖然成本較低，但這只是廠商為了回收技術投資成本和轉移生產線所造成的短暫現象。大陸和臺灣雖有許多新進石英晶體廠商，但他們的產品體積比主要石英晶體廠商落後一個世代，故須為其3.2 × 5.0毫米石英晶體提供更大折扣才能搶攻市場。就長期而言，體積更大的封裝必然需要更高的材料成本，這將使得3.2 × 5.0毫米和3.2 × 2.5毫米石英晶體之間的價差出現反轉。不管石英晶體體積的供需關係為何，只要讓收發器搭配成功量產的DCXO振盪器就能節省電路板面積，同時將產品的零件用料減至最少。
就收發器的生產而言，各種制程技術都應列入選擇以確保獲得可行的商業模式，同時滿足超低成本手機市場的成本要求。在這場角逐中，CMOS如預期般成為最適合手機元件的制程技術，這是因為CMOS採用更精密的微影制程，所以CMOS收發器的晶粒面積和生產成本都小於矽鍺BiCMOS和矽晶BiCMOS技術。不幸的是，CMOS有時也會造成某些設計困難，例如實作某些複雜系統時可能無法提供所要求的Q值、無法針對基材耦合提供最佳隔離效果或減少寄生參數導致的高頻訊號衰減，這些問題在需要強大射頻效能和大規模數位功能整合的設計中特別嚴重。然而在過去幾年裏，已有某些CMOS GSM收發器克服這些設計困難將許多功能整合在一起，並在市場上成功銷售和創造可觀利潤。由於手機基頻功能也採用CMOS技術，這種創新方式將能為射頻、基頻和電源管理功能的真正單晶片整合奠定基礎。
結語
超低成本手機市場需求也對使用者滿意度和手機品質造成挑戰，這是因為電信業者必須使用翻修過的電信設備、縮減基礎設施建置規模和減少售後服務來壓低營運成本。由於報酬率很低，業者需要品質更高和效能更強大的手機來彌補不足，這在手機製造商和第一層供應商繼續運用其品牌優勢時尤為重要。舉例來說，假設採用某種收發器的手機良率可達到94%，另一種收發器則能將良率提高為95%，若這款超低成本手機的售價為30美元，就表示兩種收發器的良率差異可能造成每只手機損失或省下0.30美元，這對利潤本來就很微薄的超低成本手機是極大區別。採用高產量製造設計和CMOS高整合度的收發器在這場競賽中將享有最大優勢，因為高整合度不但減少外部零件數目，還能讓手機避免10%至15%的零件公差以及電路導線和電路板誤差。廠商若能將所有射頻系統整合在一起，即可執行完整的系統測試以確保他們銷售的零件都符合最嚴苛的效能和品質要求，不會給手機製造商帶來任何困擾。
要讓GSM手機用戶人數增加10億，關鍵就在於消費者對於手機的負擔能力以及電信網路的效率。在這個新浮現的超低成本手機市場裏，射頻收發器效能、無線電解決方案的零件用料和可靠性都能加快市場成長，同時為供應商和最終用戶帶來經濟上的好處。
前言
手機銷售前景日益看好，行動終端裝置在大眾市場的複合年成長率又很驚人，這兩項因素讓超低成本手機市場近來突然成為當紅炸子雞。手機設計人員或許認為只要犧牲部份的效能、功能或品質來換取低成本零件，就能發展出超低成本手機滿足這些使用者的要求，但超低成本手機的產品定義其實沒那麼簡單，例如無線電晶片組就可能因為降低成本要求而受到某些意外影響。事實上，手機射頻電路雖占整體零件用料不到一成，射頻技術最近的許多進步卻為GSM/GPRS超低成本手機市場帶來直接好處，其他領域的手機設計也能利用這些優點。因此設計人員應進一步瞭解射頻電路在超低成本手機產品定義中所扮演的角色，並且掌握射頻前端和參考頻率介面的發展趨勢以及收發器元件的效能、製造和良率等相關特性。
超低成本手機不能只透過Cost Down來實現
GSM/GPRS技術是當前最主要的行動電話標準，全球GSM用戶總數現已成長超過13億人，其餘大約還有50億人至今沒有行動電話，40億人無法享受固定線路通訊服務。根據GSM協會的研究，全球雖有八成人口已在無線訊號涵蓋範圍，卻只有兩成五有能力使用無線通訊，這表示尚未獲得適當支持的市場就有將近30億人。就發展中市場而言，消費者有無能力負擔手機是未來用戶成長的最大關鍵。消費者對於行動電話的負擔能力是由手機成本 (包含經銷費用)、服務內容、法規環境和稅制結構決定，業界根據這些要求將超低成本手機定義為：提供雙頻GSM語音和SMS服務、沒有封包資料功能、功能最精簡和零售價格低於30美元；除此之外，手機的某些效能還必須在設計時預留適當空間，例如靈敏度就很重要。製造商對於手機的品質和良率也要特別注意，確保其成本結構符合長期量產要求。
根據預測，EDGE和W-CDMA手機銷售量在2007年到2009年間將以每年3億隻的速度成長，到2008年前GSM/GPRS手機則會以每年2億隻的速度成長，且其整體銷售量的很大一部份會來自新興市場的低成本手機。除了市場成長預測外，GSM協會的研究還顯示一旦業者解決了消費者對於手機負擔能力的問題，2007年到2009年間的用戶成長速度就會從每年1.81億人增加為3.21億人；換言之，超低成本手機市場的出現有可能大幅改變手機產業的整個生態。
超低成本手機並非以特定技術或方法來解決消費者對於手機負擔能力的問題，而是透過多種策略構成的一套程式來加速降低手機的總持有成本，例如選擇用料成本最低、整合度最高和外部零件最少的無線電就是顯而易見的做法。從系統角度分析消費者對於手機的負擔能力也很重要，此時靈敏度就是會受到收發器效能影響的超低成本手機參數，這是因為系統靈敏度會直接衝擊網路基礎設施和效率、使用者的實際感受以及包含無線電前端元件選擇和成本在內的手機設計考慮。
電信業者和手機製造商都重視靈敏度，因為它直接影響手機通話品質。就理論而言，可持續接收微弱訊號的手機將能提供優於其他產品的話質，通話中斷現象也會變得更少，例如服務供應以及斷線等問題都會減少。就實際而言，更良好的靈敏度讓手機擁有更寬廣的收訊範圍，就算在基地台涵蓋區邊界亦複如此，它對訊號衰弱的現象也具有更良好的抵抗能力。隨著手機靈敏度增加，電信業者將能以更低的基礎設施成本提供所要求的通訊覆蓋範圍，這對超低成本手機市場的電信公司尤其重要，因為他們可以將基地台和相關基礎設施的投資減至最少，藉以彌補這個市場不算太高的用戶平均營收 (ARPU)。就產品層級而言，靈敏度也是手機製造商的關注焦點，因為它與製造設計和生產餘幅 (production margin) 以及手機通話品質息息相關，例如天線設計就會對等向接收靈敏度產生很大影響。內建天線的做法雖日益收到歡迎，但它們也讓設計更困難，天線的位置、體積、造型和效能通常必須做出某些犧牲才能達到手機的機械結構要求。
淺談超低成本手機的收發器設計
圖1所示的GSM無線電訊號流程可以說明收發器對於超低成本手機設計的影響。執行接收作業時，天線開關(ASM)將輸入訊號轉送至適當的SAW濾波器以便選擇頻帶，ASM和SAW濾波器都會對接收訊號造成插入損耗(IL)，故須將其列入考慮。在SAW和收發器之間有個輸入匹配電路，用來讓SAW輸出將最大電壓或功率送至收發器的低雜訊放大器輸入端，收發器會將射頻訊號降頻轉換至中頻，再混波降頻轉換成為基頻(另一種做法是直接轉換至直流)，然後選擇適當的接收頻帶。在這個過程裏，收發器和輸入匹配電路都會造成接收訊號劣化，其程度就定義為雜訊指數(NF)。收發器和基頻系統還會透過基頻介面相互傳送語音和資料資訊。
瞭解超低成本手機的操作原理和系統影響後，設計人員為這類產品或其他任何手機選擇收發器時就應尋找雜訊指數最低的收發器。收發器若能預留充分的雜訊指數空間，手機設計人員就能選擇適當的前端零件以及包括ASM和SAW在內的接收訊號鏈以便在成本和插入損耗之間取得最佳平衡，這能進一步減少手機的零件用料。
把兩個SAW濾波器整合在一起的雙SAW模組不但能取代兩顆SAW濾波元件，成本也比它們降低大約兩成，這是因為雙SAW模組所消耗的生產材料比較少。雙SAW模組雖能將電路板使用面積減少四成五(從兩顆1.4 × 2.0毫米的濾波器變為一顆1.6 × 2.0毫米的濾波器)，但某些廠商進行整合時也可能造成濾波器效能略為下降，例如插入損耗或漣波都可能增加，這會影響系統靈敏度和降低阻隔訊號衰減能力，進而對GSM手機的全型認證產生衝擊。收發器若能提供足夠的雜訊指數餘幅(NF margin)和強大的阻隔效能，這些潛在影響對於系統層級的衝擊就會變得微不足道。
改善雜訊指數效能後，設計人員就能以成本較低的多層陶瓷電感做為低雜訊放大器的輸入阻抗匹配。工程師過去大都以線繞或線圈電感做為輸入阻抗匹配，因為它們的高Q值提供最好的阻抗匹配效果。多層陶瓷電感的成本雖比線繞電感減少七成五，但是Q值也比較低，通常這會造成收發器的雜訊指數增加。專為低Q值輸入阻抗匹配而設計的低雜訊指數收發器則能將雜訊指數劣化程度限制在容忍範圍內，同時讓客戶享受電感成本降低的好處。
收發器會將參考振盪器介面的頻率訊號與外部石英晶體產生的頻率訊號同步，同時將系統頻率提供給基頻單元。多年來，設計人員都是利用成本昂貴的電壓控制型溫度補償式石英振盪器 (VC-TCXO) 來維持目標振盪頻率，但現在越來越多手機開始採用成本更低和體積更小的替代方案，像是包含電壓控制型石英振盪器 (VCXO) 或者完全整合式數控石英振盪器 (DCXO) 的收發器。VCXO可以利用標準AT-cut石英晶體、變容器和電容器取代成本約0.95美元的VC-TCXO振盪器，整合式DCXO電路則把3.2 × 2.5毫米石英晶體(售價0.35美元) 以外的所有外部零件整合在一起，這不但讓零件用料減至最少，也不必在生產線上校準變容器。如圖2所示，整合這些功能雖不是新想法，但目前只有少數收發器廠商成功量產這類元件。
收發器若採用已經考驗的DCXO振盪器，內建電容調整範圍又很寬廣，則可考慮搭配體積較大的3.2 × 5.0毫米石英晶體，這能在短期內省下10%的石英晶體成本。由於超低成本手機已將功能減至最少，體積略增的石英晶體應不會造成任何困擾。值得注意的是，體積較大的石英晶體雖然成本較低，但這只是廠商為了回收技術投資成本和轉移生產線所造成的短暫現象。大陸和臺灣雖有許多新進石英晶體廠商，但他們的產品體積比主要石英晶體廠商落後一個世代，故須為其3.2 × 5.0毫米石英晶體提供更大折扣才能搶攻市場。就長期而言，體積更大的封裝必然需要更高的材料成本，這將使得3.2 × 5.0毫米和3.2 × 2.5毫米石英晶體之間的價差出現反轉。不管石英晶體體積的供需關係為何，只要讓收發器搭配成功量產的DCXO振盪器就能節省電路板面積，同時將產品的零件用料減至最少。
就收發器的生產而言，各種制程技術都應列入選擇以確保獲得可行的商業模式，同時滿足超低成本手機市場的成本要求。在這場角逐中，CMOS如預期般成為最適合手機元件的制程技術，這是因為CMOS採用更精密的微影制程，所以CMOS收發器的晶粒面積和生產成本都小於矽鍺BiCMOS和矽晶BiCMOS技術。不幸的是，CMOS有時也會造成某些設計困難，例如實作某些複雜系統時可能無法提供所要求的Q值、無法針對基材耦合提供最佳隔離效果或減少寄生參數導致的高頻訊號衰減，這些問題在需要強大射頻效能和大規模數位功能整合的設計中特別嚴重。然而在過去幾年裏，已有某些CMOS GSM收發器克服這些設計困難將許多功能整合在一起，並在市場上成功銷售和創造可觀利潤。由於手機基頻功能也採用CMOS技術，這種創新方式將能為射頻、基頻和電源管理功能的真正單晶片整合奠定基礎。
結語
超低成本手機市場需求也對使用者滿意度和手機品質造成挑戰，這是因為電信業者必須使用翻修過的電信設備、縮減基礎設施建置規模和減少售後服務來壓低營運成本。由於報酬率很低，業者需要品質更高和效能更強大的手機來彌補不足，這在手機製造商和第一層供應商繼續運用其品牌優勢時尤為重要。舉例來說，假設採用某種收發器的手機良率可達到94%，另一種收發器則能將良率提高為95%，若這款超低成本手機的售價為30美元，就表示兩種收發器的良率差異可能造成每只手機損失或省下0.30美元，這對利潤本來就很微薄的超低成本手機是極大區別。採用高產量製造設計和CMOS高整合度的收發器在這場競賽中將享有最大優勢，因為高整合度不但減少外部零件數目，還能讓手機避免10%至15%的零件公差以及電路導線和電路板誤差。廠商若能將所有射頻系統整合在一起，即可執行完整的系統測試以確保他們銷售的零件都符合最嚴苛的效能和品質要求，不會給手機製造商帶來任何困擾。
要讓GSM手機用戶人數增加10億，關鍵就在於消費者對於手機的負擔能力以及電信網路的效率。在這個新浮現的超低成本手機市場裏，射頻收發器效能、無線電解決方案的零件用料和可靠性都能加快市場成長，同時為供應商和最終用戶帶來經濟上的好處。
