平價高規設計再進化　手機零組件齊唱「高」調

4G平價高規手機規格大戰正式開打。中國大陸一、二線手機品牌廠掀動千元人民幣以下的平價高規手機開發熱潮，已成為手機產業發展的新焦點。特別是中國移動分時-長程演進計畫(TD-LTE)將於2014年中開台營運，手機製造商無不加快腳步開發兼顧性能和成本的LTE平價高規機種，因而帶動相關晶片商競逐更高整合的應用處理器加基頻處理器系統單晶片(SoC)，以及內建多顆低雜訊放大器(LNA)的單晶微波積體電路(MMIC)，引爆新一波晶片規格競賽。

與此同時，為提供可媲美高階旗艦機種的功能和使用體驗，平價高規手機製造商將加速導入802.11ac、近距離無線通訊(NFC)等新一代無線通訊解決方案，從而支援高速視訊串流和行動支付等服務。此外，部分業者更開始將平價高規策略延展至手機周邊裝置設計，開始發展支援中大功率與快充技術的充電器，並研擬透過藍牙(Bluetooth)Smart搭建與手環、手表等智慧配件的低功耗連結機制，從而增添產品銷售價值，爭取市場出線機會。

LTE多核SoC競出籠　平價高規手機全面升級4G

中國大陸在2013年底完成4G釋照流程，已驅動中國移動、中國聯通和中國電信三家營運商全速擴建TD-LTE網路，在此一利多加持下，包括手機廠、處理器和射頻晶片供應商皆已將TD-LTE視為2014年的產品布局重點，可望推進TD-LTE進駐平價高規手機的發展腳步。

Gartner亞太行動裝置市場首席分析師呂俊寬表示，中國移動已喊出2014年將採購上千萬部TD-LTE手機的目標，並實施相關購機補助方案，有助擴大TD-LTE產品商用規模；因此，包括高通(Qualcomm)、聯發科、邁威爾(Marvell)和中國大陸本土晶片業者已相繼揭櫫新一代LTE晶片量產計畫，並積極拉攏當地手機原始設備製造商(OEM)圈地市場。

事實上，高通早已領先群雄發布多核心應用處理器加多頻多模LTE基頻處理器的高整合SoC方案；然而，該產品功能強大，較適用於高階機種，因此該公司近期也針對150美元以下價位的中低價手機，推出相對應的LTE SoC--驍龍(Snapdragon)410，搶先圈地TD-LTE平價高規手機市場。

不過，呂俊寬強調，由於中國大陸初期僅開放TD-LTE網路營運執照，因此，目前高通基於全球多頻多模LTE網路所開發的產品，在價位及特定功能優化方面並不完全適合中國大陸手機市場，因而給予其他晶片業者迎頭趕上的機會。

也因此，聯發科和邁威爾遂見縫插針，相繼在2014年國際消費性電子展(CES)期間發布旗下首款LTE解決方案，期縮短與高通在LTE市場上的競爭差距。其中，聯發科自NTT DOCOMO授權LTE相關技術後，先以單顆多模多頻LTE數據機平台--MT6290快速切入市場，並搭配旗下的八核心應用處理器，以及合作夥伴支援高達三十個頻段的射頻晶片等周邊元件，協助中國大陸手機廠加速開發高性能、低成本的TD-LTE產品。

聯發科無線技術開發事業部總經理莊承德表示，聯發科如期在今年CES上展示相容既有3G方案的多頻多模LTE晶片，將能與全球電信和原始設備製造商(OEM)夥伴合作帶動LTE成為市場主流，並促進終端產品在2014年第二季順利問世。至於下一步計畫，該公司則將延續3G高整合SoC的設計策略，在2014年內發布整合應用處理器與LTE基頻處理器的SoC，以持續降低LTE導入成本。

與此同時，邁威爾則效法高通，直接以高整合LTE SoC進軍中國大陸市場。據悉，該公司新一代LTE SoC搭載四核心Cortex-A7應用處理器，並可選擇同步支援TD-LTE、分時-同步分碼多工存取(TD-SCDMA)及2G網路技術的基頻處理器組態，可說專為中國大陸市場量身打造，因此甫推出即打進當地前五大手機製造商--宇龍酷派的供應鏈。

邁威爾總裁暨共同創辦人戴偉立表示，邁威爾新一代LTE SoC性價比表現優異，將有助宇龍酷派為中國移動推出千元人民幣價位的高效能智慧型手機，這項重大里程碑代表2014年中國大陸的TD-LTE網路生態系統將快速茁壯。

顯而易見，在晶片商火力全開之下，LTE正全速滲透中低價機種，有助手機製造商持續為平價高規手機增添銷售亮點，進而帶動新的市場換機潮。然而，隨著LTE入主中低價手機，相關的射頻子系統設計也須同步升級，將刺激高整合MMIC導入需求升溫，為射頻晶片商帶來新的挑戰與發展契機。

LTE進駐平價高規手機　高整合MMIC需求翻漲

圖1　英飛凌電源管理及多元電子事業處射頻暨保護元件經理吳柏毅(右)認為，相較於GaAs射頻元件，矽鍺碳方案有低耗電、低成本優勢，未來在穿戴式電子應用中大有可為。左為英飛凌電源管理及多元電子事業處射頻暨保護元件經理黃正宇

相較於3G手機，TD-LTE手機的射頻子系統設計更加複雜，因此OEM已紛紛研擬改搭內建多顆低雜訊放大器(LNA)的高整合MMIC，以提高TD-LTE訊號接收靈敏度，同時縮減系統物料清單(BOM)成本。

英飛凌(Infineon)電源管理及多元電子事業處射頻暨保護元件經理吳柏毅(圖1右)表示，由於LNA對基頻訊號接收靈敏度至關重要，在TD-LTE新機種設計上將首當其衝，因此相關射頻晶片商已計畫在MMIC中整合兩到四顆LNA，以協助手機廠強化產品的頻率支援與訊號接收能力，進一步滿足平價高規設計要求。

事實上，北美、日韓電信商因FDD-LTE或TD-LTE開台較早，在2013年即掀起一波4G手機採購潮，驅動品牌廠競相在旗艦機種中加入LTE功能，並考量電信商採用不同頻段，以及國際漫遊需求而導入五模十頻設計。吳柏毅分析，手機支援更多通訊標準與相應頻段後，就須增加LNA數量，即便相鄰頻段可透過同一顆LNA接收訊號，但實際上目前十頻設計至少也要四顆LNA才能提供完整支援，因此內建多顆LNA的射頻子系統設計正快步在業界崛起。

英飛凌電源管理及多元電子事業處射頻暨保護元件經理黃正宇(圖1左)則強調，隨著中國大陸三大電信加入LTE發展行列，整合多顆LNA的RF系統設計可望加速滲透至中低價機種，為RF晶片商帶來新的發展契機。手機廠考量中國大陸市場對平價高規手機設計的強烈需求，正陸續引進將兩顆以上LNA封裝在同一顆MMIC中的高整合方案，從而縮減分離式設計較高的物料清單成本，同時提高LTE手機性能。

以小米的紅米機為例，第一代產品於2013年出爐時，仍採用單顆LNA設計，下一代機種即可望升級改搭高整合MMIC，以提升LTE聯網效能，持續延展平價高規設計路線。

至於國際品牌廠將於2014年推出的新款多頻多模LTE旗艦手機，則計畫導入整合四顆LNA的MMIC，並有廠商開始評估以兩顆高整合MMIC，提供高達六個以上LNA功能，進一步實現支援五模十二頻以上規格的手機射頻子系統。

另一個值得注意的是，平價高規手機不只意味著要符合千元人民幣以下的中低價位，也須實現可媲美高階機種的功能，因此製造廠勢將以導入高整合、低成本的元件為優先考量，未來在相關的射頻子系統設計方面，除將日益增加高整合MMIC導入比重外，亦將加速採用價格親民的CMOS射頻開關(Switch)，以取代製程成本較高的傳統砷化鎵(GaAs)方案。

吳柏毅透露，因應市場需求，2014年第二季英飛凌將以獨家矽鍺碳(SiGe:C)製程技術，量產內建四顆LNA的高整合MMIC，並將功耗從前一代產品的4毫安培(mA)降至2.5毫安培，以克服LTE手機高耗電的問題；同時該公司也將提供成本較市面上GaAs方案便宜10～15%的CMOS射頻開關，協助手機廠開發更低成本的產品。

平價高規手機除將快速升級至4G等級外，無線連結功能也將大幅躍進，可望掀起另一波零組件革新風潮，包括NFC、藍牙4.0等新興無線通訊方案皆可望成為平價高規手機的標準配備。

陸電信商推SWP-SIM　NFC搶進平價高規手機

圖2　意法半導體技術行銷經理凌立民指出，除行動支付外，NFC電子標籤亦極具商機發展潛力，意法半導體正攜手相關系統業者投入發展。

中國大陸三大電信商正擴大採購支援NFC安全認證的SWP(Single Wire Protocol)-SIM卡，以加緊推行行動支付、交通票證等O2O(Online to Offline)服務，因此當地手機品牌廠及OEM導入NFC控制晶片的意願已明顯提高，將有助NFC從高階旗艦手機加速滲透至平價高規機種。

意法半導體(ST)技術行銷經理凌立民(圖2)表示，NFC主要鎖定行動支付、資料交換及認證等與個人資訊密切相關的應用，因此其資料安全管理至關重要。目前市面上的手機NFC解決方案大多包含一顆控制晶片和及一顆安全元件(Secure Element)；其中安全元件因需要冗長的測試驗證，開發成本偏高，導致NFC初期僅能打進高階機種，在中低價手機市場不得其門而入。

不過，隨著中國大陸三大電信商投入發展NFC服務，中低價手機業者可望突破NFC導入成本過高的桎梏。凌立民指出，中國移動、中國電信和中國聯通皆宣布2014年將加碼投資布建NFC軟硬體平台，並將提高新型SWP-SIM卡採購量，以取代傳統SIM卡提供NFC資訊安全管理機制。由於SWP-SIM卡已具備NFC安全元件功能，因此當地手機廠只須再採用一顆控制晶片就能組成完整解決方案，將大幅減輕成本負擔及上市時間壓力。

近期，中國移動與中國銀聯合力推動的可信託服務管理(TSM)行動支付平台在一系列測試後已接近完備，可望於今年正式上線。不僅如此，中國移動為加速提升旗下NFC服務能見度，2014年購置機種將有一定比例強制要求內建NFC控制晶片，勢將驅動華為、中興、聯想和二線OEM跟進推出新機種，使NFC開發熱潮蔓延至中國大陸平價高規手機市場。

至於中國聯通和中國電信方面，凌立民也透露，兩家電信商正緊追中國移動腳步，緊鑼密鼓與金雅拓(Gemalto)和本土SIM卡供應商合作，開發特定規格的SWP-SIM產品，並已陸續投入NFC行動支付平台試運行計畫，將有助整個NFC供應鏈日益茁壯。

事實上，2013年歐美電信業者即開始大力推展NFC服務，吸引三星(Samsung)、索尼(Sony)、樂金(LG)及Google等大廠率先在旗艦機種中導入NFC解決方案，目前全球SIM卡已有超過三成支援SWP協定。凌立民認為，2014年中國大陸電信商陸續加入NFC發展行列後，將進一步刺激SWP-SIM卡出貨動能，並達到近五成的滲透率。

據悉，現階段手機NFC設計有兩大架構，首先是分離式設計，又可細分為NFC控制晶片搭配內建安全元件功能的SWP-SIM卡，或是控制晶片搭配嵌入式安全元件兩種；其次則是整合型設計，包括NFC控制器加安全元件的高整合晶片，以及NFC、無線區域網路(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)加安全元件的多功能組合(Combo)方案。

凌立民分析，由於NFC服務多由電信業者主導，因此目前市面上有八成NFC手機採納第一種分離式設計，藉由NFC控制晶片與SWP-SIM卡的連結提供服務；至於第二種分離式架構則是行動裝置品牌廠為擺脫電信商限制，掌握NFC服務主導權所選擇的另一種設計途徑。至於高整合度的設計方案，將會隨著NFC應用更趨成熟，成為業界發展焦點。

扣連智慧配件　藍牙4.0/4.1增添手機價值

圖3　藍牙技術聯盟大中華區技術市務經理呂榮良提到，未來藍牙將成為物聯網裝置的主流連結技術。

除NFC以外，藍牙4.0亦已被手機廠視為拓展無線連結功能的重要途徑。藍牙技術聯盟大中華區技術市務經理呂榮良(圖3)表示，搭載藍牙4.0(亦稱藍牙Smart)的智慧手表、智慧眼鏡等穿戴式電子裝置已在2013年相繼出爐，初期該類產品將以智慧配件的形式，讓手機用戶提升應用程式操作便利性；由於手機端也須提供對應的連結功能，將有助刺激OEM在新機種中導入藍牙Smart晶片。

據悉，藍牙Smart不僅可提供超低功耗連接的性能，在最新改版的藍牙4.1標準中，藍牙技術聯盟更加入藍牙與LTE共存的考量，克服兩項技術共同在2.4GHz鄰近頻段中運行的訊號干擾問題，以免與手機廠大舉投入開發LTE機種的趨勢相違背。

呂榮良強調，目前北美兩大電信商AT&T、威瑞森(Verizon)即分別採用2.3GHz和2.5GHz頻段建置LTE網路服務，因此手機廠須確保運用2.4GHz頻段的藍牙技術不會對LTE訊號造成干擾，如此一來，藍牙4.1扮演的角色便相當重要。

圖4　擎力科技總經理譚永禾強調，中國大陸白牌市場且毋須經過認證，因此已有支援中高功率的快充充電器開始流通。

呂榮良透露，看好藍牙Smart及藍牙4.1在手機與穿戴式電子市場的發展潛力，英商劍橋無線半導體(CSR)、高通、博通、聯發科等無線晶片大廠，甚至於中國大陸瑞芯微及新發跡的昆天科、漢天下等晶片商皆已投入研發，可望在2014年陸續推出量產方案，促進平價手機從原先的藍牙3.0提升至藍牙Smart或4.1規格。其中，高通、博通和聯發科更緊鑼密鼓研發Wi-Fi、藍牙和NFC的Combo晶片，以為下一步與應用處理器整合的SoC設計做準備， 此外，藍牙技術聯盟也積極與NFC論壇合作，兩大聯盟將打造共通的配對機制改善資料安全性，使藍牙全方位滿足手機及各式物聯網裝置設計需求。

事實上，相較於前一代藍牙3.0方案，藍牙4.0版本以上的晶片價格仍高出約一倍，因此在2013年尚未打進對成本極為敏感的平價高規機種中，不過，呂榮良認為，隨著國際大廠及中國大陸晶片商相繼加入開發行列，藍牙4.0/4.1晶片將於2014年開始放量，進而形成規模經濟，使成本逐漸符合中低價位手機的需求。

無庸置疑，下一代平價高規機種的處理器、基頻和無線通訊解決方案將全面升級，然而，隨著市場競爭更加激烈，手機廠也亟思其他加值策略，以突顯產品差異性，因此已有業者在手機周邊配件中動腦筋，醞釀開發新型快充充電器，以優化手機使用體驗。

創造平價手機差異特性　快充設計備受業界矚目

擎力科技總經理譚永禾(圖4)表示，由於智慧型手機功能愈來愈豐富，使電力消耗速度倍增，因而刺激OEM投入發展快速充電方案，以縮短消費者等待電池充飽的時間。

近期，高通也因應此一設計趨勢，力推Quick Charge 2.0快速充電標準，並攜手包爾英特(Power Integrations)、戴樂格半導體(Dialog Semiconductor)及快捷(Fairchild)等數家電源管理晶片(PMIC)商研發相關的充電器IC，以協助業界打造具快充能力的手機充電器。

相較於傳統通用序列匯流排(USB)充電方案，高通提出的Quick Charge 2.0通訊標準可將充電速度提高約75%，在30分鐘內即可為3,300毫安時(mAh)的電池充飽60%的電力，達到可讓消費者使用一段充足時間的標準。

譚永禾進一步指出，快充解決方案不外乎透過提高充電器功率實現，因此傳統單埠輸出5瓦(W)的手機充電器，正逐漸轉換成5伏特(V)3安培(A)的15瓦單埠輸出，或5V4A雙埠輸出各10瓦的新型設計。然而，一旦充電器功率加大，勢將對系統轉換效率和耐電流能力帶來衝擊，因而也驅動相關電源元件革新，為電源IC供應商帶來新的技術挑戰與發展契機。

基於快充設計考量，譚永禾透露，愈來愈多手機OEM和充電器開發商，醞釀在二次側電路設計中改搭高效率同步整流控制IC，進一步取代電源導通效率有所限制的蕭特基二極體(Schottky Diode)，讓5V3A單輸出或5V4A雙輸出的新型快充充電器達到87%以上轉換效率，進而改善消費者使用體驗。

整體而言，隨著平價高規機種的市場競爭壓力倍增，相關的手機製造商已不吝於採用更高規格的零組件，並透過要求晶片商提供高整合設計方案，達成降低總體系統開發成本的目的。 在手機製造商齊唱「高」調的情況下，新一代平價高規機種的性價比將持續攀升，有助刺激消費者換機欲望。