头脑风暴:制造商该如何准备应对5G时代?

要有效地回答制造商如何准备应对5G这个无线网络大趋势的问题,我们可以设想一下5G会对那些用来应付快10倍快数据传输速率和多1000倍数据流量的电子终端产品和装置的影响。5G能实现各产业间更强大的连接性,而制造创新也必须随之进步以达到可信赖地实施5G网络所必要的规模化和质量水平。5G对印刷电路板(PCB)制造业的影响就是一个很好的例子,这可以让我们理解那些需要的转变。

高频5G网络连接的必要条件,就是在每个节点上无所不在且能实现所预期5G数据传输速率和带宽提升的PCB。更快的下载速度带来实时无缝连接的性能为从增强现实和虚拟现实(AR/VR)到攸关性命的自动汽车感应等各种新应用服务。。对这些依赖5G的应用来说,几乎不容许任何错误的发生,再加上现阶段物联网装置增长预期将达到数十亿,通讯失误对于整个网络的致命程度将迅猛增长。这些对讯号延迟敏感的应用会迫使PCB的可靠性标准提升到一个新层次,并直接影响到制造工艺,以确保PCB的生产和检测也达到同等的高质量水平。

5G网络的更高频和缩小的波形系数给PCB制造带来了前所未有的挑战。要在比以前更小的面板设计上进行更多的输入/输出,需要高密度互联(HDIs)以及内在更精细的线路。这些精细的线可能导致信号性能衰退。例如,如果线条的物理特性(顶宽和底宽等),和原本设计不同的话,射频信号的传输就可能延迟,进而对下游的数据流产生负面影响。不可避免地,PCB制造商就必须挑战各种各样的创新技术,例如采用改良型半加成法(mSAP工艺)来确保PCB板的设计在生产中得以良好的实现。PCB制造所面临的下一个挑战是检测准确性和可靠性。

一直以来自动光学检测(AOI)非常成功地被用作检测PCB板缺陷的工具,但直到目前为止AOI系统主要是检测CAM设计,确保原始设计在遵循设计规则的同时被准确无误地生产出来。用于5G的PCB板需要附加的性能来进行梯形和/或长方形横截面的实际测量。这就要求AOI系统不仅能测量PCB板线路的上下幅线宽,也要能以最少的操作检测出各种潜在的缺陷,如激光孔和线路设计。少数AOI具备部分测量功能,但也只能测量线条顶部的线宽而无法测量底部。令人惊讶的是,到目前为止,底部的测量只能在采样后以显微测量工具手动进行,这样显然无法满足未来5G时代的规模和产量。

PCB制造商能够利用二维测量技术自动检测和测量PCB板线路的上下幅线路宽度证明了AOI创新技术的进步。这项创新的测量功能可在高采样率前提下以高产出率运作,确保制造商获得更好的整体产出。这是迈向更具成本效益的5G技术所需的PCB质量水平提升很重要的一步。

各界纷纷预言5G时代即将来临,但是5G的实现还需要广泛的技术变革和持续创新。制造商身为这一伟大转变真正的促成者,需要站在创新的前沿,确保5G网络的质量与可靠性。一个典型的小案例这里提及的就是具有代表性的一个案例,这就是AOI技术实现更快、更精准的PCB检验和验证,从而支持未来高频、低讯号延迟的5G系统所需要的非常有必要的革新案例。

Benny Solomon,奥宝科技自动光学检测(AOI)及自动光学成形(AOS)营销总监

 

被称为“第四代工业革命”推动者的5G以其可靠串联大量装置、提供超低通信连接延迟和千兆位级的速度,促成了许多产业中各种应用上的无线方案。

5G能够无线连接密集市区 数百万的物联网装置,实现城市远端感应或信号网络。 连接模块是有效的配置解决方案,它让预认证的5G无线电波段能轻易展开,并与广大的物联网络集成为一。为了缩小尺寸,这些模块仰赖高级的制造技术,例如高密度系统封装(SiP)组件,包括模块基板中主动和被动元件的嵌入,以及高效被动元件的使用以完善使用中的高级IC。新动力存储技术也很有帮助,包括固态低电压电池,太阳能或其他来源的能源收集电池,这些都提升了装置的自主性。

5G在开通新的无线电频谱如20 GHz以上的毫米波段(mmWave)下,能克服移动网络的数据瓶颈,即使在拥挤的环境中也可实现同步超高速无线传输。5G的毫米波可能最初会被无线运营商用于提供住宅客户或家居办公客户千兆位级的固定无线接入服务。下一步则是利用5G毫米波来实现千兆位级的移动服务,例如将有现场观众的大型赛事4K视频直播到智能装置上。这就需要以新式陶瓷或其他材料制成的新天线和射频滤波器。这些高级的毫米波元件对于手持式装置和网络基础设施基站是必要的,在这些基站上大规模多入多出(MIMO)天线阵列会被用于动态光束控制,以使网络容量最大化。

5G会为商业和日常生活带来转变。高效的电子器件,包括最新的被动元件技术在内,是实现5G硬件产品的必需品。

Michael ChinnTDK高级副董事长, ICT集团电子元件销售与营销集团副总经理

 

为了迎接5G时代的来临,无线通讯网正经历巨大的转变。过去介于远端射频端点和基频单元之间那点对点的通用无线电接口(CPRI)网络已逐渐被以太网的通用无线电接口(eCPRI)方案所取代。这些方案提供了更灵活、可规模化的方式来支持5G所需的更高带宽要求。这项转变也刺激了能扩大网络容量和覆盖程度、专门的5G前(pre-5G)无线电接入设备的设计和展开。小型电池、分布式天线系统、大规模多入多出系统,以及其他5G前无线电技术等的新设计,无不面对新的开发挑战,因为它们必须同时支持长程演进标准(LTE)和以太网的连接。这就对新的计时方案提出了独特的要求,使其能支持低相位噪声的LTE同步、低抖动的以太网同步和系统同步。

由于城域网络和边缘网络升级到更高的带宽以支持视频直播和移动数据愈来愈大的需求,另外一项重要的创新技术也正在发展中。随着以太网的交换器/数据收发器(PHY)、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)等,从28Gbps不归零编码(NRZ)串行器/解串器(SerDes)系统朝向更高速的56Gbps和58Gbps的PAM4相位调幅SerDes系统发展,物理层中现在有大量创新正在发展中。PAM4在一个周期中压缩4个电平,才能在一个串行通道内同样的时间窗口中承载更多的数据量。其信噪比(SNR)也必须更好才能确保连接的误码率(BER)不会劣化。这个反过来却带动了对低抖动时钟和晶体振荡器(XO)的需求,从而为56G的PAM4串行器/解串器系统提供参考时钟。

James Wilson,芯科科技时钟产品高级营销总监

 

随着最近公布的3GPP标准,令人兴奋的5G革命也蓄势待发;许多运营商已宣布在2018年内将首次开展5G应用。从无线电的角度来看,代工业者和运营商都把这波首次的5G应用开展视为现有4G网络和当前架构很自然的一个演进。初步就是要转变传统的架构,增加更多多出多入系统、将天线分得更小并在每一个天线尾部都接上一个收发器,非常类似4G/LTE-A Pro Massive-MIMO 的战略,而这已在中国和日本得到了验证。这种做法在没有释放整个天线阵列的潜能下,使用较不复杂的硬件和较少的收发通道,可以降低初期成本,许多制造商也顺应这样自然的逐步变革。

事实上,这些方案要在每一个天线单元后接上一个由64个收发器驱动的低功率收发器(一个由192个天线所组成的典型天线阵列,其组成是12列8行,二极化)。通常这样的设置尺寸大约会是0.8米高、0.4米宽,现有蜂窝天线所占用的空间就足以容纳。

在更大的带宽下,既然收发器数量的增加会创造出海量的原始数据,市场上已经可以取得那些具有成本效益、高速的前传方案以及光纤容量的事实也迫使设备制造商重新思考解决方案分割。新的以太网通用无线电接口(eCPRI)标准整合了CPRI处理功能与射频拉远模块(RRU),有效地降低了前传网络的带宽要求。然而,新兴的低成本100G光学器件也给运营商一个选择,为推行不会过时的RRU而采用CPRI。 

5G的标准也许才刚刚制定,但我们可以说全球的制造商早已积极投身其中!

David RyanMACOM高级商务开发与战略营销经理

ECN Brainstorm 

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