手機(jī)射頻前端演變

手機(jī)射頻前端演變-01"PhaseX"系列的出現(xiàn)102Phase1：史前時(shí)代203Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典304Phase3/5：完善方案，支持CA405Phase6/6L：進(jìn)入PAMiD，依然經(jīng)典506Phase7/7L/7LE：5G的開門紅607Phase5N：雖非官方定義，但卻順理成章708射頻前端的未來8手機(jī)射頻前端演變2011年巴塞羅那舉行的世界移動(dòng)大會(huì)(MWC2011)中，時(shí)任中國(guó)移動(dòng)董事長(zhǎng)王建宙表示，2011年將是4GTD-LTE商用元年。4G兩大通信標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE和FDD-LTE在2011年全面正式商用到了2021年，通信協(xié)議10年一變，5G成為代表未來的通信標(biāo)準(zhǔn)。在正式商用兩年之后，5G即達(dá)到了超過4億的連接數(shù)。5G生態(tài)逐漸形成，蓬勃發(fā)展在過去十年中，無論對(duì)于已經(jīng)基本固化的4G通信協(xié)議，還是仍在演進(jìn)中的5G協(xié)議，射頻前端方案都在不斷演進(jìn)。射頻前端的"十年一大變，兩年一小變"，演變出看似復(fù)雜的多種方案。MMMBPA、TxM、L-PAMiD、L-FEM……各種簡(jiǎn)寫名詞層出不窮。本文對(duì)過去10年手機(jī)射頻前端方案做一個(gè)整理，和大家一起回顧射頻前端方案的過去，討論射頻前端方案可能的未來101"PhaseX"系列的出現(xiàn)01"PhaseX"系列的出現(xiàn)現(xiàn)在談到手機(jī)射頻前端方案，無不例外都會(huì)提到"Phase2方案"、"Phase7方案"、"Phase7LE方案"等名詞，這些方案是怎么出現(xiàn)的呢？一般射頻前端方案由器件廠商、平臺(tái)廠商及終端廠商三方共同定義開發(fā)完成01"PhaseX"系列的出現(xiàn)參與射頻前端方案定義的廠商在2010年左右之前，手機(jī)平臺(tái)方案并不像當(dāng)前這么集中。除了MTK、高通及展訊外，ADI、TI、Agere、Infineon、Philips、Freescale、Renesas、Skyworks等公司，都提供過手機(jī)平臺(tái)解決方案。由于當(dāng)時(shí)平臺(tái)方案分散，射頻方案這個(gè)細(xì)分方向?qū)ι漕l技術(shù)要求高，所以并沒有平臺(tái)廠商可以將射頻方案統(tǒng)一起來。在這個(gè)時(shí)期，射頻方案定義的主導(dǎo)權(quán)主要在射頻器件廠商，由射頻器件廠商發(fā)起定義、平臺(tái)適配和客戶推廣在2010年之后，MTK、高通、展訊及海思平臺(tái)崛起，手機(jī)平臺(tái)方案越來越集中。越來越集中的還不止是平臺(tái)廠商，隨著山寨機(jī)的沒落，終端廠商也逐漸向頭部聚集。平臺(tái)廠商、終端廠商及器件廠商，都對(duì)射頻前端器件"生態(tài)"的形成更加重視，能否形成器件統(tǒng)一的"生態(tài)"是新方案定義中非常重要的考慮點(diǎn)01"PhaseX"系列的出現(xiàn)平臺(tái)廠商平臺(tái)廠商不斷積累射頻前端的定義能力：并期待將射頻前端方案統(tǒng)一納入到方案規(guī)劃中，統(tǒng)一向客戶提供一站式"turn-key"解決方案射頻前端愈加復(fù)雜：新的射頻前端方案必須要完成復(fù)雜的平臺(tái)適配才能完成應(yīng)用，使得平臺(tái)廠商在射頻前端方案定義的話語(yǔ)權(quán)進(jìn)一步增加01"PhaseX"系列的出現(xiàn)終端廠商期待實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商器件之間的靈活替換：降低供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)方案統(tǒng)一可以降低應(yīng)用時(shí)的適配難度01"PhaseX"系列的出現(xiàn)器件廠商收斂統(tǒng)一的方案可降低多個(gè)方案帶來的巨額開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用：降低生產(chǎn)成本方案的統(tǒng)一降可低新器件的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)01"PhaseX"系列的出現(xiàn)由于以上考慮，MTK發(fā)起定義的"PhaseX"系列射頻前端方案受到終端廠商、器件廠商的支持，成為公開市場(chǎng)過去近10年主流的射頻前端方案。MTK的"PhaseX"系列方案伴隨了整個(gè)4G的發(fā)展，占據(jù)整個(gè)4G市場(chǎng)約80%的市場(chǎng)份額，并且在5G時(shí)代依然是公開市場(chǎng)最為主流的方案。以下將對(duì)Phase系列方案進(jìn)行詳細(xì)討論以上為公開市場(chǎng)方案定義的變化，還有一部分射頻前端方案是直接由終端廠商發(fā)起定義的，這種方案出現(xiàn)在頭部終端廠商中。如蘋果iPhone手機(jī)、三星和華為的自研手機(jī)中所用的射頻前端方案。自定義射頻前端方案全年出貨比例約占整體射頻前端方案的20%以下，并且比較閉環(huán)。本文將主要討論公開市場(chǎng)中通用的射頻前端方案演進(jìn)202Phase1：史前時(shí)代02Phase1：史前時(shí)代嚴(yán)格來說，并沒有Phase1方案的定義MTK的射頻前端定義是從2014年的Phase2開始的。在Phase2推出之前，TD-LTE/FDD-LTE已經(jīng)全面商用3年了，在這三年出現(xiàn)的方案一般稱為Phase1方案Phase1方案并不統(tǒng)一，一般來說是最大程度的復(fù)用射頻前端廠商3G時(shí)代的產(chǎn)品定義：與原來2G/3G重合的頻段復(fù)用原來的pin腳；4G的新頻段用單獨(dú)分立的通路進(jìn)行覆蓋；再用天線開關(guān)將所有頻段合并到同一根天線上。下圖為典型的射頻前端方案，發(fā)射部分主要由三款芯片構(gòu)成02Phase1：史前時(shí)代榮耀6X射頻前端方案框圖(來源：NavianRFDevices/ModulesForCellular,2016)除了以上型號(hào)，在同一時(shí)期的Sky77621、Sky77753、RF7378等，都屬于"Phase1"時(shí)代的芯片方案。這些方案主要由Skyworks、RFMD(現(xiàn)Qorvo)廠商定義開發(fā)303Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典Phase2方案是MTK由2014年定義的第一代歸一化4G射頻前端方案，7年過去回頭來看，Phase2方案的定義依然經(jīng)典。用現(xiàn)在時(shí)髦的一句話說：Phase2方案，YYDS(永遠(yuǎn)滴神)如前文所述，在2G/3G時(shí)代，射頻前端的方案并不統(tǒng)一，Skyworks、RFMD(現(xiàn)Qorvo)等公司時(shí)常會(huì)有缺貨發(fā)生。不少國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司在2011年前后，依靠RF9810、Sky77590等芯片缺貨挖掘到了第一桶金。缺貨對(duì)國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司是機(jī)會(huì)，但對(duì)終端及平臺(tái)廠商卻是災(zāi)難：射頻前端的缺貨會(huì)影響到平臺(tái)出貨和終端生產(chǎn)。于是，MTK在2012到2013年左右開始著手定義Phase2方案Phase2方案的定義不僅僅考慮到了當(dāng)前方案的統(tǒng)一，還考慮到了方案生態(tài)的可達(dá)成性、未來協(xié)議的演進(jìn)、4G三模/五模的共存等等。Phase2對(duì)于Phase1的改動(dòng)主要如下03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典Phase2將Phase1的2GPA，與ASM(AntennaSwitchModule，天線開關(guān)模組)整合，形成TxM(TransmitterModule，發(fā)射模組)；將4G頻段的PA整合，形成完整的4GMMMBPA(Multi-Mode,MultiBandPowerAmplifierModule，MMMBPAM，習(xí)慣簡(jiǎn)稱為MMMBPA或者M(jìn)MMB)03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典經(jīng)過改進(jìn)，Phase2方案有以下優(yōu)勢(shì)靈活性增強(qiáng)：由于2GPA的設(shè)計(jì)方法與3G/4GPA有大的不同，2GPA與4GPA的分離可以帶來設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)為日后2G退網(wǎng)做好準(zhǔn)備2GPA一般采用SAW-less方案：輸出不需要經(jīng)過額外的SAW濾波器等，2GPA與ASM集成為TxM可以降低2GPA后端插損供應(yīng)商可針對(duì)性發(fā)揮優(yōu)勢(shì)：不同供應(yīng)商在2G與3G/4G的技術(shù)積累與能力不同，分離后可以極大化的發(fā)揮不同供應(yīng)商的優(yōu)勢(shì)4G頻段的整合：為日后4G乃至5G頻段的發(fā)展做好準(zhǔn)備03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典Phase2在定義時(shí)，還考慮到了不同運(yùn)營(yíng)商的兼容。除了定義全網(wǎng)通的4GMMMBPA芯片，支持GSM、WCDMA、TDS-CDMA、TD-LTE及FDD-LTE的5模方案外，還定義了只支持中國(guó)移動(dòng)頻段的GSM、TDS-CDMA、TD-LTE的3模方案芯片，這兩顆芯片尺寸大小不同，但卻可以共板替換，定義的相當(dāng)巧妙。不過由于3模市場(chǎng)很快過去，全網(wǎng)通手機(jī)成為大勢(shì)，MTK巧妙的兼容定義并未被大規(guī)模使用起來03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典國(guó)際廠商的Phase2的代表產(chǎn)品是Skyworks的Sky77916+Sky77643，以及RFMD(現(xiàn)Qorvo)的RF521X+RF5422國(guó)內(nèi)廠商也在這個(gè)時(shí)代進(jìn)行追趕。方案歸一化后，國(guó)內(nèi)廠商開始加大投入，開發(fā)與Skyworks/Qorvo等國(guó)際廠商相同方案的產(chǎn)品。雖然產(chǎn)品定義和目標(biāo)產(chǎn)品都是清晰的，但過去幾年國(guó)內(nèi)廠商和Skyworks/Qorvo等廠商的競(jìng)爭(zhēng)中并不占優(yōu)，直到2020年前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在4GPhase2市場(chǎng)的市占率仍小于10%。Skyworks/Qorvo等公司在國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手殺入后，仍然保持優(yōu)勢(shì)的原因是國(guó)內(nèi)廠商大多數(shù)采用"跟隨戰(zhàn)略"：即在Skyworks/Qorvo推出產(chǎn)品之后，快速進(jìn)行拷貝和復(fù)制，推出功能類似的產(chǎn)品，然后靠低價(jià)格殺入市場(chǎng)03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典Skyworks/Qorvo等國(guó)際廠商性能更優(yōu)：Skyworks/Qorvo等廠商有近20年的技術(shù)積累，國(guó)內(nèi)廠商若采用相同的方案，無法在性能上實(shí)現(xiàn)超越(在相同方案中，目前綜合性能仍然是國(guó)際廠商最優(yōu))Skyworks/Qorvo成本更低：Skyworks/Qorvo等廠商采用IDM模式，有年20億美金以上的銷售額支持其形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，使其擁有更低成本(國(guó)內(nèi)為Fabless模式，并且銷售額小于國(guó)際廠商1到2個(gè)數(shù)量級(jí))Skyworks/Qorvo掌握知識(shí)產(chǎn)權(quán)：國(guó)內(nèi)廠商采用同質(zhì)方案的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，讓頭部客戶使用有顧慮03Phase2：順應(yīng)時(shí)代，成就經(jīng)典2020年以后，隨著4G毛利逐漸降低，5G市場(chǎng)逐漸起來，國(guó)際廠商開始放棄對(duì)4G市場(chǎng)的占據(jù)，國(guó)內(nèi)廠商得以機(jī)會(huì)在4G市場(chǎng)取得份額。但由于定價(jià)權(quán)依然在國(guó)際廠商手中，采用相同技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)廠商依然無法取得可觀的毛利慧智微在2011年成立時(shí)即嘗試采用創(chuàng)新的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，取得性能、成本及知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)。慧智微采用自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件定義可重構(gòu)方案實(shí)現(xiàn)的Phase2射頻前端擁有更少硬件，并可通過軟件調(diào)諧實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。目前已實(shí)現(xiàn)數(shù)億片芯片出貨404Phase3/5：完善方案，支持CA04Phase3/5：完善方案，支持CAPhase3及Phase5的定義在2015-2016年，也是全球4G建設(shè)最為火熱的時(shí)候。除中國(guó)外，大部分運(yùn)營(yíng)商獲得的頻譜都是通過拍賣的方式獲得，頻譜資源珍貴，運(yùn)營(yíng)商一般無法獲得連續(xù)較寬的頻譜。相比于中國(guó)移動(dòng)在4G時(shí)代B41獲得的2575-2635MHz的70MHz帶寬(進(jìn)入5G后，中移動(dòng)在B41/n41帶寬將拓展至160MHz)，國(guó)際運(yùn)營(yíng)商通常只有幾MHz或者10幾MHz信號(hào)帶寬。為了提升用戶體驗(yàn)，CA(CarrierAggregation,載波聚合)技術(shù)開始被大家關(guān)注CA技術(shù)是LTE