Cellular phone content outline
3C Technology and
Life
- Cellular Phone Contents
Professor : 許 恒 銘
Rm.705, EE Building / Professor : Heng-Ming Hsu
Department of Electrical Engineering NCHU
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Cellular - Phone History
• 1946年，貝爾實驗室-蜂巢行動電話 (Cellular mobile phone)，簡
稱為Cell-phone.
• 1973年，摩托羅拉-兩塊磚頭大的無線電話撥打,代表著手機時
代即將來臨的第一通電話 .
1G:
上市是於
1985年上市，
重達3公斤
許恒銘- Mar.9,2012
2G:
適應數位通訊的需
要--增加數據、傳真、
簡訊等非語音的數
位訊號傳輸--每秒
9.6～ 14.4 Kbps，
速度太慢
3G: (Qual Com) 高通
CDMA2000，WCDMA，
TD-SCDMA，三種通訊
協定，在頻寬利用和數據
通信方面都有進一步發
展 ,分別支援2 Mbps、
384 Kbps以及144 Kbps
等不同的傳輸速度
4G:
LTE (Long Term
Evolution)目前在市場
上備受矚目的新一代
行動無線寬頻技術，
LTE估計最高下載速
率100Mbps與上傳
50Mbps以上
Cellular phone content outline
LTE Current Status
• LTE採用2x2配置作為MIMO的基本配置，即基站（Base
Station）和終端（End Users）各兩根天線，未來會考慮
4x4配置。
• 在每一個 5MHz 的蜂窩（cell）內，至少能容納200個動
態使用者（active user）。
• 支援Multicast Broadcast Single Frequency Network
• 用戶面單向傳輸時延低於5ms，控制面從睡眠狀態到激活
狀態遷移時間低於50ms。
• 在20MHz頻譜頻寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps
的峰值速率。
LTE商用服務的國家截至2012年1月，全球共有285個營運商正在93個國家中投資LTE。
Taiwan devoted in WiMax, now it needs change to LTE.
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
LTE Technical Milestone
• 2006年7月，NTT DoCoMo 和 NEC、富士通等設備夥伴開始
研發LTE。
• 2007年11月，3GPP工作組會議通過LTE TDD融合技術提案。
• 2008年2月20日，NTT DoCoMo選擇Ericsson參加LTE基站開
發項目。
• 2008年4月，Motorola展示首位 EV-DO 到 LTE - 影像流從
LTE 到商業 EV-DO 網路，並回到 LTE。
• 2008年4月，LG電子 和 Nortel Networks (北電網路)展示在
110KM時速狀態下移動時,使用LTE可以達到50Mbit/s的傳輸速
度.
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
蜂巢式行動電話通訊系統
蜂巢理論模型
基地台涵蓋範圍示意圖
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Wireless communication Evolution
Ref. 2002 IEDM RF Short Course
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Transceiver Architecture
Multi-Chip
Module
Flash
Base
Band
RF
Front
End
Power Amplifier
許恒銘- Mar.9,2012
More than one IC’s
were implemented
into wireless
products.
Cellular phone content outline
Benefits of System-on-Chip
One Single Chip
☺ Size
☺ Cost (Package,Die,..)
Bus
Baseband
PA
☺ Power consumption
☺ Customer orientation Module
RF
☺ Time to market
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Near Field of Antenna
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
IC technologies – 0.25um, 0.18um,
0.13um, 90nm,65nm,45nm
Cross-sections of MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor
VDD
Gate
N+
Drain
N+
Source
P-well
Bulk
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Technology Scaling Rule
Technology (mm)
許恒銘- Mar.9,2012
Scale
0.5
0.3536
0.35
0.2475
0.25
0.1768
0.18
0.1273
0.13
0.0919
0.09
0.0636
0.065
0.046
0.045
0.0318
Cellular phone content outline
Wafer size – 6’’, 8’’, 12’’
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
System IC Business Diagram
• System IC is driving the whole semiconductor industry !
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Building Block of Memory ICs
– High Capacitance / Low Leakage
Current.
– High Packing Density / Low
Process Cost.
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Building Block of Logic ICs
– Fast Switching.
– High Current Drivability.
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Interconnection
• Why Multilevel Interconnect ?
– To allow tighter packing of
devices on a chip
• improve interconnect
limited device packing
– To reduce chip size and/or
increase functions of a chip
– To minimize unnecessarily
long interconnect route
• speed up signal delay
 Multilevel interconnect with interlevel planarization !
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Impact of Interconnect Delay
– Interconnect will be dominant in signal delay
– Cu/Low-k retards the trend ~2 generations
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Technology Roadmap
• Scaling continues for better performances !
許恒銘- Mar.9,2012
Cellular phone content outline
Conclusions
• Frequencies & data rates will be continuous to
increase
• All device functions will be merged into one single
chip.
• IC is a promising & competitive area for production
innovation.
許恒銘- Mar.9,2012