进入5G时代,射频芯片将大有可为,主要射频器件厂商有哪些?

2019-01-04 14:53:42 来源:芯师爷
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射频   5G   基站

 

5G时代逼近,对信号的传输有了更高的要求。作为核心部件的射频芯片,将发挥更为重要的作用。目前,国内射频器件企业的科技水平相对来说,还处于落后追赶状态。
 
如今,多家电信运营商、基站(Base Station)制造商、小型基站(Small Cells)制造商和用户设备供应商等都在开展5G相关的研发工作。例如,中国(华为)、韩国(三星电子)、日本、欧盟都在投入相当的资源研发5G网络。
 
射频是无线产品中一个关键部件,进入5G时代,射频芯片将更有用武之地。因为它的性能直接决定了移动终端可以支持的通信模式,以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户体验。
 
什么是射频芯片?
射频简称RF,是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围在300KHz~300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频技术在无线通信领域中被广泛使用,有线电视系统就是采用射频传输方式。
 
 
射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。对于现有的GSM和TD-SCDMA模式而言,终端增加支持一个频段,则其射频芯片相应地增加一条接收通道,但是否需要新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。对于具有接收分集的移动通信系统而言,其射频接收通道的数量是射频发射通道数量的两倍。
 
这意味着终端支持的LTE频段数量越多,则其射频芯片接收通道数量将会显著增加。例如,若新增 M个GSM或TD-SCDMA模式的频段,则射频芯片接收通道数量会增加M条;若新增M个TD-LTE或FDD LTE模式的频段,则射频芯片接收通道数量会增加2M条。
 
射频芯片的构成
一般来说,一个完整的射频芯片,包括功率放大器(PA:Power Amplifier),天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA:Low Noise Amplifier)等。
 
 
功率放大器(PA)
PA直接决定了手机无线通信的距离、信号质量,甚至待机时间,是整个射频系统中除基带外最重要的部分。手机里面PA的数量随着2G、3G、4G、5G逐渐增加。以PA模组为例,4G多模多频手机所需的PA芯片为5-7颗,预测5G手机内的PA芯片将达到16颗之多。
 
 
就工艺材料来说,目前砷化镓PA是主流,CMOS PA由于参数性能的影响,只用于低端市场。4G特别是例如高通等LTE cat16,4x20MHZ的载波聚合技术,对PA线性度高Q值的要求,会进一步以来砷化镓 PA。据Qorvo的预测,随着5G的普及,8Ghz以下砷化镓 PA仍将是主流,但8Ghz以上氮化镓有望在手机市场成为主力。
 
射频前端功能组件围绕 PA 芯片设计、集成和演化,形成独立于主芯片的前端芯片组。随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进,PA设计厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中,形成多种功能组合。根据实际情况,TxM(PA+Switch)、PAD(PA+Duplexer)、MMPA(多模多频PA)等多种复合功能的PA芯片类型。
 
滤波器/双工器(Filter/Duplexer)
RF滤波器包括了SAW(声表面滤波器)、BAW(体声波滤波器)、MEMS滤波器、IPD(Integrated Passive Devices)等,而双工器是包含Rx和Tx滤波器。SAW、BAW滤波器的性能(插入损耗低、Q 值高)是目前手机应用的主流滤波器。SAW 使用上限频率为2.5GHz~3GHz,BAW使用频率在 2.0GHz 以上。
 
 
对SAW来说,技术趋势是小型片式化、高频宽带化、降低插入损耗。采用更小尺寸,包括倒装(flip chip packaging)和WLP(晶圆级封装)、WLCSP(Wafer Level Chip ScalePackaging)技术正在使用,同时更高通带率、High isolaTIon,High selecTIvity以及更低价格。
 
与 SAW 相比,BAW性能更好,成本也更高,但是当频段越来越多,甚至开始使用载波聚合的时候,就必须得用BAW技术才能解决频段间的相互干扰问题。BAW所需的制造工艺步骤是 SAW 的10倍,但因它们是在更大晶圆上制造的,每片晶圆产出的 BAW 器件也多了约4倍。即便如此,BAW的成本仍高于 SAW。随着技术的演进, BAW可能会逐步替代SAW。
 
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