【無線射頻芯片】-藏在高端智能手機(jī)芯片里的“外交官”：射頻前端

1/1藏在高端智能手機(jī)芯片里的“外交官”：射頻前端進(jìn)入3G/4G/Pre-5G時(shí)代，射頻前端，一個(gè)手機(jī)SoC里不起眼的小角色，開頭在高端智能手機(jī)市場挑大梁。一旦連上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，任何一臺(tái)智能手機(jī)都能輕松刷伴侶圈、看高清視頻、下載圖片、在線購物，這完全是射頻前端進(jìn)化的功勞，手機(jī)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)制式（2G/3G/4G/WiFi/GPS），都需要自己的射頻前端模塊，充當(dāng)手機(jī)與外界通話的橋梁手機(jī)功能越多，它的價(jià)值越大。

射頻前端與智能終端一同進(jìn)化

射頻前端（RFFE：RadioFrequencyFrontEnd）模塊是移動(dòng)終端通信系統(tǒng)的核心組件，對它的理解可以從兩方面考慮：一是必要性，它是連接通信收發(fā)器（transceiver）和天線的必經(jīng)之路；二是重要性，它的性能直接打算了移動(dòng)終端可以支持的通信模式，以及接收信號(hào)強(qiáng)度、通話穩(wěn)定性、放射功率等重要性能指標(biāo)，直接影響終端用戶體驗(yàn)。

如下圖所示，射頻前端芯片包括功率放大器（PA：PowerAmplifier），天線開關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer和Diplexer）和低噪聲放大器（LNA：LowNoiseAmplifier）等，在多模／多頻終端中發(fā)揮著核心作用。

除通信系統(tǒng)以外，手持設(shè)備中的無線連接系統(tǒng)（Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）對射頻前端芯片也有較強(qiáng)的需求。

射頻前端之所以越來越簡單，一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素是終端產(chǎn)品，由于終端產(chǎn)品多模、多頻段的趨勢導(dǎo)致。觀看下圖，一款4G全網(wǎng)通手機(jī)的PCB板上，囊括數(shù)十顆射頻芯片，頂級(jí)終端所占比例更大。

MobileExpert數(shù)據(jù)顯示，2023年整個(gè)全球射頻前端市場會(huì)達(dá)到180億美元，2023年到2023年復(fù)合增長率達(dá)到13%，其中很重要的一塊增長就是來自于濾波器、雙工器。

濾波器、雙工器之所以成為增長來源，是由于隨著頻段增多而增加：根據(jù)一個(gè)雙工器包含兩個(gè)濾波器的規(guī)格，在2023年，一個(gè)頂級(jí)智能手機(jī)里也許支持15個(gè)頻段，包含50個(gè)濾波器。估計(jì)到2023年，一個(gè)頂級(jí)智能手機(jī)中將支持30-40個(gè)頻段來掩蓋全球頻段，目前市場上最頂級(jí)的智能手機(jī)已經(jīng)支持30多個(gè)頻段，它包含的濾波器可以到100個(gè)以上。

除此之外，射頻前端為何市場前景寬闊？答案也是由于頻段+載波聚合組合的增長。

關(guān)于頻段。2G／3G時(shí)代，頻段極少，2G年月GSM是4個(gè)頻段，3G年月TD-SCDMA是2個(gè)頻段、CDMA在中國是一個(gè)頻段，當(dāng)時(shí)射頻前端的簡單性較低，價(jià)值也較低。

到4G時(shí)代早期，"五模十三頻'、"五模十七頻'等概念成為廠商宣揚(yáng)熱點(diǎn)，可以作為手機(jī)核心競爭力通信制式的兼容。那時(shí)候，頻段增加到16個(gè)，全球全網(wǎng)通頻段增至49個(gè)，3GPP新增的600MHz頻段編號(hào)達(dá)到71個(gè)，假如納入5G毫米波那么頻段還會(huì)增加。

關(guān)于載波聚合。從2023年最開頭的兩個(gè)載波，增至現(xiàn)在的3-4個(gè)載波，估計(jì)2023年將會(huì)提出超過1000個(gè)頻段組合的需求。

以上兩者都需要射頻前端的力量。

擺在射頻前端廠商面前的難題

盡管射頻前端前景寬闊，但許多射頻前端廠商在工藝設(shè)計(jì)上犯了難。IHSMarkit近期發(fā)布的報(bào)告指出，自LTE設(shè)備誕生以來，射頻前端的簡單性顯著增加；設(shè)備其他功能的改進(jìn)，導(dǎo)致了一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)環(huán)境。

一方面，高端智能手機(jī)不斷推陳出新，屏幕越來越大、機(jī)身越來越輕薄，這些變化直接導(dǎo)致射頻前端組件的物理空間削減；另一方面，考慮到大尺寸屏幕對電池續(xù)航的影響，射頻前端的設(shè)計(jì)要比以往更重視電源使用效率；第三，網(wǎng)速越來越快，射頻前端模塊正在變得越來越簡單。

盡管射頻前端的簡單程度增加，然而設(shè)備PCB上留給此功能區(qū)的空間始終以來卻在削減。過去幾年，高端智能手機(jī)已經(jīng)從僅支持有限的射頻頻段轉(zhuǎn)為單一SKU，支持34個(gè)頻段的智能手機(jī)，為了盡可能在有限的空間容納擴(kuò)展頻段，射頻前端越來越模塊化，比之前集成了更多的PA、濾波器、雙工器、開關(guān)和LNA部件，隨著PCB上元器件密度越來越高，元器件間的干擾漸漸成為一個(gè)不行忽視的問題，如何對每個(gè)射頻元器件實(shí)施充分有效的隔離，成為相關(guān)廠商的其次個(gè)挑戰(zhàn)。

一個(gè)集成化的解決方案是關(guān)鍵

縱觀射頻前端芯片市場，器件主要分為兩類，一類是使用MEMS工藝制造的濾波器，以聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)為代表，其次類是使用半導(dǎo)體工藝制造的電路芯片，以功率放大器(PA)和開關(guān)電路(Switch)為代表。

SAW和BAW市場都不缺玩家，而高通給出的答案是：做一個(gè)集成化的射頻前端解決方案，或許能成為高端智能手機(jī)的救星。

稍早前，高通與TDK株式會(huì)社成立了合資企業(yè)RF360控股公司。今年2月份，高通推出了全新的射頻前端解決方案，被高通稱作"從調(diào)制解調(diào)器到天線'的完整解決方案：

1、完整的射頻前端核心技術(shù)。通過與TDK成立的合資公司，高通擁有包括表面聲波（SAW）、溫度補(bǔ)償表面聲波（TC-SAW）和體聲波（BAW）在內(nèi)的一系列全面的濾波器和濾波技術(shù)，另外也擁有像做開關(guān)產(chǎn)品或天線調(diào)諧的SOI技術(shù)，還有低噪聲放大器（LNA）技術(shù)。

2、先進(jìn)的模塊集勝利能。與SoC不同，射頻前端的集成是做SIP（SystemInPackage，系統(tǒng)級(jí)封裝），通過與TDK合作，高通加強(qiáng)了模組集成力量，可以供應(yīng)集成化方案。

3、高通具有自己的調(diào)制解調(diào)器（modem），這是其與第三方射頻元器件廠商相比，所擁有的重要差異化優(yōu)勢，從而能供應(yīng)一套系統(tǒng)化解決方案。

值得一提的是，高通的整合解決方案還支持載波聚合的TruSignal自適應(yīng)天線調(diào)諧技術(shù)。TruSignal可被看作是三項(xiàng)技術(shù)的總稱：第一是主分集天線切換，它是用來解決手機(jī)"死亡之握'的問題手機(jī)的主天線一般是在手機(jī)的下方，當(dāng)人們用手握住它的時(shí)候，信號(hào)會(huì)掉得特別快，當(dāng)下方主天線被握死時(shí)，它可以將天線切換到上面的分集天線去；其次是天線調(diào)諧天線調(diào)諧技術(shù)又包含兩類，一類叫孔徑調(diào)諧，一類叫阻抗調(diào)諧，通過調(diào)諧天線的匹配，可以解決天線和PA之間的適配問題；第三是高階分集接收通過增加分集來提升接收性能，以及接收的下行速率。

三個(gè)技術(shù)協(xié)作在一起，好處多多。第一是通話牢靠性和通話質(zhì)量：當(dāng)天線性能提升之后，信號(hào)質(zhì)量提升，通話的牢靠性和質(zhì)量自然提升了，經(jīng)過高通實(shí)測，通話掉話率最高可以削減30%；其次是更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)測數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)傳輸速率可以提高49%；第三是在同樣的傳輸速率、同樣的吞吐率狀況下，電池續(xù)航時(shí)間可以提高，當(dāng)天線效率得到提升之后，在同樣的速率下，需要的輸出功率變少，電池的續(xù)航時(shí)間就變長了。

完整的射頻前端解決方案，可以