專家觀點：摩爾定律與RF之間的關係 - 工程師

超過半個世紀以來，摩爾定律(Moore’s Law)不僅提高了電子產品的效能，同時也降低其
成本。行動裝置的開發速度與普及狀況即反映了摩爾定律，預計 2011到2017年的年複合
成長率(CAGR)會是 24.9% (ovum.com，2012 年 5 月 3 日)。此趨勢不僅明顯促進了消費
型電子的矽製程開發，也驅動了必要功能的訊號處理作業。

站在測試與量測的立場來看，傳統的箱型儀器無法以符合預算的有效方式滿足此成長需求
。由於效能規定非常嚴苛，設計儀器必須仰賴更多獨立的設計方式。儘管箱型儀器可透過
這種設計方式提高穩定性與準確度，卻無法運用「整合」優勢，因此不但成本偏高、設計
過於複雜，也無法趕上待測裝置固有的變化速度。

以下三種趨勢可讓 RF 儀器滿足摩爾定律， RF 儀器使用者也能因此受益：進階 CMOS 技
術、提高 FPGA 使用率、透過模組化機型打造最佳設計。

CMOS 技術改良

就傳統的 RF 測試設備設計而言，訊號操作功能主要是透過類比方式所進行的。也就是說
，必須開發複雜的大型類比系統，才能夠放大、過濾、混合、操作電子訊號，同時還要處
理各種物理現象，例如非線性、雜訊、偶合、干擾、功率損耗等。所以必須大量投資開發
工程師，工程師本身也要非常專精，儀器價格才會那麼昂貴。

另一個替代方案是數位方式，不但能減少類比訊號處理的工作量，還可以降低成本、提高
設計彈性。這樣一來就必須採用更好的資料轉換器，提高頻寬與線性效能的同時，還能夠
減少雜訊。

美商亞德諾(ADI)曾在《2011 年資料轉換趨勢(2011 Trends in Data Conversion)》一文
中指出：「無線通訊市場依然是資料轉換器效能、功率效能、計算整合的關鍵動力之一…
就此市場而言，高速轉換器的未來發展明顯取決於更低的耗電量、更高的取樣率、更多可
用頻寬、更高的中頻等因素。」

ADI 類比技術副總 David Robertson也表示：「數位革命並不會把類比訊號處理需求消滅
殆盡。事實上正好相反：數位世界仍會急速擴張，類比與混合訊號功能的數量、效能、多
樣性等都會繼續成長。保持不變的是，『多』(功能、頻寬、動態範圍) 與『少』(成本、
體積、耗電量) 之間的平衡挑戰仍然是科技進步的動力。 」

近期的 RF 儀器整合了最新的通訊基礎架構資料轉換器、Zero-IF 調變器與解調變器。相
較於傳統架構，這種架構具有低成本、低耗電量、高選擇性等優點，因此極適合用來測試
最新的無線與行動連線標準，例如 802.11ac 和 LTE。

提高儀器的 FPGA 使用率

FPGA 不僅可用來處理/操作資料，也可用於數位訊號處理(Digital Signal Processing，
DSP)。 DSP 的不同之處在於類比訊號會透過資料轉換器從類比轉為數位，接著使用者必
須透過數位方式來操作訊號。如果測試設備採用功能強大且可設定的 FPGA 架構數位訊號
處理器，好處多不勝數。

首先，FPGA 具有平行特性，可同時執行多項複雜的數學運算作業，不需使用主機處理器
。數位訊號處理器可以把大量的資料紀錄轉換為好管理的資訊區塊，以便透過網路操作或
儲存資訊。FPGA 架構測試設備採用 DSP 還有一個好處，那就是重新設定功能；換句話說
，單一硬體可用於多種測試應用，無論是目前或未來的標準測試皆可。

軟體定義的儀器還有助於開發客製化應用，也可針對最新的測試應用來更新裝置。到頭來
反而是 FPGA 快速發展促進了軟體定義的測試作業，此發展甚至超越處理器的改良速度。
EEJournal 指出，FPGA 對數位訊號處理器、傳統處理器、甚至是圖形處理器的衝擊非同
小可，無論是單一裝置的原始處理效能，還是耗電量等方面都一樣 (“Supercomputing
Today, Tomorrow, Whenever,” 2011 年 11 月 15 日, eejournal.com)。

FPGA 的強大威力可降低 RF 測試設備的成本與體積，同時讓 RF 效能符合大量的 RF 測
試需求。使用 FPGA 的好處還包含大幅縮短測試時間。高通創銳訊(Qualcomm Atheros)同
步化 NI向量訊號收發器(VST)的內建 FPGA 與儀器內 RF前端裝置的數位控制時序，比之
前的 PXI 解決方案少了20倍的測試時間，相較於傳統儀器的原有解決方案則是少了200倍
的時間。

模組化機型：PXI

如要建置自動化測試系統以檢驗最新電子裝置的效能與品質，就必須運用精巧穩定的機型
，同時結合儀器、資料匯流排、處理功能、資料儲存等項目。NI 在 1997 年推出的 PXI
不但能夠滿足這些需求，還可以根據摩爾定律進行擴充。

比如說，於 1998 年首次賣出的 PXI 系統搭載了 Pentium MMX 233 MHz 處理器與高達
128 MB 的 RAM 記憶體，現在的 PXI 系統則是搭載四核心 Intel Core i7-3610QE 2.3
GHz 處理器與高達 16 GB 的 RAM 記憶體；這代表相同機型的 GFLOPS 處理效能至少增加
了 134 倍。

前文提到行動市場擴張，這也暗示了該市場會迅速採用新的無線標準，例如 IEEE
802.11 ac 與 LTE。為了滿足不斷變化/越來越多的測試需求，測試設備廠商一向愛用
PXI 機型來設計 RF 測試解決方案。近期推出的 PXI 產品包含向量網路分析器 (VNA)、
向量訊號分析器 (VSA) 與向量訊號產生器(VSG) 等，Aeroflex、Agilent、NI 等廠商也
都投入了這個戰場。

由於PXI機型的功率(每插槽將近30瓦)與體積(Eurocard 格式) 有限，必須採用最新的資
料轉換器與 FPGA 技術才能保有競爭力，進而成為一種有效的商用工具，讓 RF 工程師享
受這種種好處。

2013 年之後的摩爾定律

Intel 估計，以摩爾定律為基礎的運算效能會繼續發展至少10年以上。此趨勢不只明顯促
進了消費型電子的 CMOS 與 FPGA 製程開發，也驅動了新一代 RF 測試設備的改良。我們
很可能會面臨到消費型電子裝置快速成長而帶來其他的技術應用，這種情況或許會顛覆新
一代 RF 測試解決方案的成本、體積與測試效能。

重大的 CMOS 與 FPGA 製程開發，再加上模組化機型的持續改良，都會顛覆新一代 RF 測
試解決方案的成本、體積與測試效能。


http://www.eettaiwan.com/ART_8800683762_480402_NT_3c8c8587.HTM


結語: 學類比、數位、RF出來不怕沒工作!!!!!!!!XD

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