射頻前端的一體化設(shè)計(jì)決定下一代移動(dòng)設(shè)備

射頻前端的一體化設(shè)計(jì)決定下一代移動(dòng)設(shè)備隨著移動(dòng)行業(yè)向下一代網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn)，整個(gè)行業(yè)將面臨射頻組件匹配，模塊架構(gòu)和電路設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。直到早期的LTE網(wǎng)絡(luò)部署，射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及較少數(shù)量的前端組件，也因此相對(duì)的簡(jiǎn)單與直接。當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開始升級(jí)成LTE-Advanced，射頻前端的設(shè)計(jì)愈發(fā)復(fù)雜。與此同時(shí)，載波聚合、多輸入多輸出（MIMO）、多樣性接收模塊和包絡(luò)跟蹤等各類技術(shù)讓4G網(wǎng)絡(luò)變得更加高效和穩(wěn)定。全球眾多的LTE頻段組合早已增加射頻設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。為了支持繁多的頻段與頻段組合，移動(dòng)設(shè)備需要更多的射頻組件。由于智能手機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)的局限性，加上手機(jī)電源與整體外形設(shè)計(jì)上的限制，射頻前端需要精心設(shè)計(jì)才能夠優(yōu)化設(shè)備的整體性能并減少信號(hào)的干擾。該設(shè)計(jì)要避免對(duì)手機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)、可靠性和功能性造成任何負(fù)面影響，同時(shí)需要支持手機(jī)的創(chuàng)新特性與功能。隨著整個(gè)行業(yè)向LTE-AdvancedPro與5G邁進(jìn)，射頻前端的設(shè)計(jì)將變得更為復(fù)雜。新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要更多的射頻前端功能，包括高階多輸入多輸出與大規(guī)模多輸入多輸出、智能天線系統(tǒng)以及復(fù)雜的濾波功能。目前一臺(tái)支持雙載波聚合的高端智能手機(jī)的射頻前端組件數(shù)量已經(jīng)是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的3G智能手機(jī)的七倍之多，而且這個(gè)數(shù)量預(yù)計(jì)會(huì)隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成LTE-AdvancedPro與5G而翻倍。恰到好處的設(shè)計(jì)考量雖然射頻前端的設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，但智能手機(jī)的射頻組件靠以下三種方式減少了物理空間的使用：?縮小面積的半導(dǎo)體工藝：這個(gè)工藝的發(fā)展讓一些分立組件的體積在過(guò)去幾年中大幅度縮小。一反以往，砷化鎵（GaAs）和硅鍺（SiGe）等的新材料的出現(xiàn)已經(jīng)使功率放大器（PA）的尺寸減小。與此同時(shí)，目前的收發(fā)器和低噪聲放大器（LNA）的尺寸也因采用28納米及以下的縮小面積的半導(dǎo)體工藝而減少。?先進(jìn)的封裝技術(shù)：芯片級(jí)聲表封裝（Chip-SizedSAWPackaging，CSSP）、裸片級(jí)聲表封裝（Die-SizedSAWPackaging，DSSP）、薄膜聲學(xué)封裝技術(shù)（Thin-FilmAcousticPackaging，TFAP）、CuFlip以及晶圓級(jí)封裝（Wafer-LevelPackaging，WLP）等新型封裝技術(shù)使許多射頻前端組件，包括濾波器，雙工器和多路復(fù)用器，得以大幅度縮小。除了組件級(jí)小型化之外，這些技術(shù)還在系統(tǒng)級(jí)別上，通過(guò)減少材料清單和簡(jiǎn)化與其他組件（包括天線開關(guān)和收發(fā)器）的集成，節(jié)省了大量成本。?增加組件的物理集成：Murata，Skyworks，Avago，EPCOS，Qorvo等供應(yīng)商所推出的集成解決方案不斷地加速主要射頻前端組件，如過(guò)濾器，PA，雙工器和交換機(jī)的集成和模塊化。這些方案通過(guò)集成某些組件于同一封裝來(lái)縮小射頻前端的尺寸，對(duì)減少總體尺寸至關(guān)重要。物理集成的概念正在通過(guò)新的封裝解決方案進(jìn)一步擴(kuò)展。其中，與雙工器集成的前端模塊（FEMiD）及與雙工器集成的PA模塊（PAMiD）將各種組件，如PA，開關(guān)，發(fā)射機(jī)的低通濾波器和接收器的SAW濾波器集成到前端模塊。由于各類射頻組件的異構(gòu)性質(zhì)和信號(hào)干擾，并非所有組件都適合集成，但這些新型集成模塊有助于降低復(fù)雜性，并減少使用空間。此外，瞄準(zhǔn)單一市場(chǎng)的入門級(jí)智能手機(jī)中所采用的分立組件設(shè)計(jì)與銷售全球的高端智能手機(jī)中所采用的射頻前端設(shè)計(jì)有著非常明確的界線。顯然，后者更高級(jí)別的組件集成和精細(xì)設(shè)計(jì)能提供更卓越的性能與表現(xiàn)。多數(shù)的大型OEM廠商越來(lái)越多地為其旗艦機(jī)型采用單一的射頻前端，以降低運(yùn)營(yíng)成本并優(yōu)化用戶體驗(yàn)。目前受到廣泛采用的是PAMiD。與此同時(shí)，OEM廠商也不愿意設(shè)計(jì)大量瞄準(zhǔn)單一市場(chǎng)的智能手機(jī)型號(hào)。因此，F(xiàn)EMiD的采用讓廠商能針對(duì)不同的區(qū)域市場(chǎng)設(shè)計(jì)手機(jī)，通過(guò)模塊的輕松替換來(lái)支持不同頻段組合。射頻前端日益復(fù)雜化，與其相關(guān)組件數(shù)量的日益增長(zhǎng)，都將顯著影響到智能手機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)。手機(jī)廠商必須確保其設(shè)備能夠?qū)⑦@些高端技術(shù)及其對(duì)射頻前端的要求集成到智能手機(jī)中，而不會(huì)影響以下任何一個(gè)方面：?上市時(shí)間

?價(jià)錢

?性能

?能量消耗

?成熟的設(shè)計(jì)元素（例如尺寸，薄度，顯示尺寸，金屬外殼的采用等）對(duì)智能手機(jī)供應(yīng)商而言，任何重大延誤都可能是災(zāi)難性的。隨著智能手機(jī)市場(chǎng)的日益成熟以及持續(xù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，如何保持競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)于OEM廠商至關(guān)重要。更重要的是，OEM廠商對(duì)下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)寄予厚望，期望通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的提升刺激手機(jī)升級(jí)的需求并且加速更換周期。毋庸置疑，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的提升也給所有在價(jià)值鏈上的企業(yè)帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)。由于射頻前端日益復(fù)雜，射頻前端架構(gòu)及組件的供應(yīng)商等企業(yè)都在積極尋求最優(yōu)良的和具有成本效益的管理與解決方案。因此，能提供射頻前端標(biāo)準(zhǔn)模塊以及端到端解決方案的供應(yīng)商的出現(xiàn)對(duì)OEM廠商而言猶如久旱逢甘霖，大大加快他們的射頻前端設(shè)計(jì)流程和手機(jī)上市時(shí)間。正如ABIResearch的Teardown服務(wù)中的智能手機(jī)型號(hào)分析，射頻系統(tǒng)增強(qiáng)與其硅片面積是相聯(lián)系的。換言之，有著相同的射頻設(shè)計(jì)的射頻板，其面積會(huì)隨著系統(tǒng)對(duì)新功能的支持與新組件的加入而相應(yīng)地顯著增加。然而，使用精密設(shè)計(jì)的射頻系統(tǒng)可以使射頻板面積更緊湊，體積更小。例如三星GalaxyS8很好地處理了射頻復(fù)雜性，其具有許多高端射頻組件，如下行支持四載波聚合、上行支持二載波聚合、4發(fā)4收MIMO、動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧和包絡(luò)跟蹤。很顯然的，射頻前端的復(fù)雜性讓大部分的手機(jī)廠商大吃苦頭，而且整個(gè)行業(yè)到目前為止仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方案。其中主要的問(wèn)題包括如何平衡因前端組件的增加而帶來(lái)的顯著功耗和對(duì)手機(jī)外觀設(shè)計(jì)的影響。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，有些手機(jī)廠商甚至選擇延遲推出新型號(hào)手機(jī)，為了爭(zhēng)取更多的時(shí)間來(lái)確保手機(jī)正常操作，避免最后淪落為虛有其表的產(chǎn)品。與OEM制造商恰恰相反，射頻組件供應(yīng)商則為了滿足智能手機(jī)廠商和運(yùn)營(yíng)商的要求，選擇生產(chǎn)定制產(chǎn)品，進(jìn)而影響他們的整體利潤(rùn)。通過(guò)射頻供應(yīng)鏈一系列的合理化，這種業(yè)務(wù)上的威脅開始有所緩和。TriQuintSemiconductor和RFMicroDevices合并成為Qorvo。Qualcomm則選擇和TDKEPCOS成立合資公司RF360。此外，Murata的收購(gòu)使其能夠獲得PA和射頻開關(guān)技術(shù)，使其能夠獨(dú)自無(wú)縫制造所有關(guān)鍵射頻組件。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，更深入的射頻系統(tǒng)集成以及對(duì)市場(chǎng)份額的競(jìng)爭(zhēng)將迎來(lái)更多的行業(yè)整合和合作。射頻市場(chǎng)的領(lǐng)先地位將取決于組件和系統(tǒng)級(jí)的創(chuàng)新和整合顯然的，射頻組件的硬件集成對(duì)于將下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶入智能手機(jī)參考設(shè)計(jì)扮演著關(guān)鍵的角色。除非將來(lái)射頻行業(yè)里出現(xiàn)更多的合作和針對(duì)性整合，手機(jī)廠商將面臨射頻技術(shù)上巨大的挑戰(zhàn)，特別是隨著更高級(jí)別的載波聚合、4發(fā)4收MIMO與5G的通訊技術(shù)在智能手機(jī)里的廣泛應(yīng)用，還有隨之而來(lái)的工業(yè)設(shè)計(jì)和電源管理方面的難題。雖然全面和高性能的射頻組件和模塊的重要性是不置可否的，它們?nèi)匀晃幢淮蟛糠值囊苿?dòng)設(shè)備所采用。如果要讓下一代的移動(dòng)設(shè)備能具備更多新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與功能，整個(gè)行業(yè)需要更多與射頻有關(guān)的創(chuàng)新。隨著市場(chǎng)向LTE-AdvancedPro和5G邁進(jìn)，組件的物理集成并不足以應(yīng)對(duì)射頻前端所面臨的挑戰(zhàn)。高度集成的射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)將是促進(jìn)這一轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。毫無(wú)疑問(wèn)，射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)和平臺(tái)化對(duì)于智能手機(jī)能否承載更多異構(gòu)組件至關(guān)重要。這些異構(gòu)組件，如MIMO系統(tǒng)，智能天線系統(tǒng)和波束跟蹤器，在下一代網(wǎng)路扮演著不可或缺的角色。隨著射頻系統(tǒng)在下行鏈路和上行鏈路層變得更加復(fù)雜，新的系統(tǒng)集成技術(shù)，例如包絡(luò)跟蹤器和動(dòng)態(tài)天線調(diào)諧器的集成將成為提高整個(gè)射頻系統(tǒng)性能的必要條件，再加上更多的頻譜帶，包括C波段、mm波和cm波將被開啟以支持5G，射頻解決方案和設(shè)計(jì)的未來(lái)商機(jī)和挑戰(zhàn)更是不言而喻。與此同時(shí)，供應(yīng)商們也必須抓住機(jī)會(huì)提供先進(jìn)的射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅是核心的射頻前端技術(shù)和先進(jìn)的模塊集成，還提供調(diào)制解調(diào)器到天線的射頻解決方案。這些高端解決方案將有助于滿足智能手機(jī)行業(yè)的迫切需求，使OEM廠商們能夠更專注于客戶體驗(yàn)，為客戶們及時(shí)提供更可靠的設(shè)備。這些方案也能讓OEM廠商們不用花太多的精力處理日益增長(zhǎng)的射頻前端組件及其供應(yīng)商們。目前，這些高端設(shè)計(jì)主要源自于系統(tǒng)集成商，如高通、英特爾、清華（展訊和RDA的控股公司）、三星和華為，而并非傳統(tǒng)的射頻組件供應(yīng)商。在這些系統(tǒng)集成商中，高通是目前的領(lǐng)航者。該公司不僅研發(fā)了以調(diào)制解調(diào)器為基礎(chǔ)的新型射頻前端技術(shù)，如包絡(luò)追蹤和天線調(diào)諧，還通過(guò)有針對(duì)性的收購(gòu)和成立合資企業(yè)，如TDK（EPCOS）、Nujira和BlackSand，來(lái)創(chuàng)造出高度集成的封裝射頻解決方案以彌補(bǔ)其在射頻專業(yè)技術(shù)的不足。高通這一系列的策略不僅讓高通能更好的面對(duì)即將來(lái)臨的5G及其所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，