射頻前端與智能終端一同進(jìn)化
射頻前端（RFFE：Radio Frequency Front End）模塊是移動(dòng)終端通信系統(tǒng)的核心組件，對(duì)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，它的性能直接決定了移動(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、發(fā)射功率等重要性能指標(biāo)，直接影響終端用戶(hù)體驗(yàn)。
如下圖所示，射頻前端芯片包括功率放大器（PA：Power Amplifier），天線開(kāi)關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer和Diplexer）和低噪聲放大器（LNA：Low Noise Amplifier）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(wú)線連接系統(tǒng)（Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）對(duì)射頻前端芯片也有較強(qiáng)的需求。
射頻前端之所以越來(lái)越復(fù)雜，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(shì)導(dǎo)致。觀察下圖，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。
Mobile Expert數(shù)據(jù)顯示，2020年整個(gè)全球射頻前端市場(chǎng)會(huì)達(dá)到180億美元，2015年到2020年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到13%，其中很重要的一塊增長(zhǎng)就是來(lái)自于濾波器、雙工器。
濾波器、雙工器之所以成為增長(zhǎng)來(lái)源，是因?yàn)殡S著頻段增多而增加：按照一個(gè)雙工器包含兩個(gè)濾波器的規(guī)格，在2015年，一個(gè)頂級(jí)智能手機(jī)里大概支持15個(gè)頻段，包含50個(gè)濾波器。預(yù)計(jì)到2020年，一個(gè)頂級(jí)智能手機(jī)中將支持30-40個(gè)頻段來(lái)覆蓋全球頻段，目前市場(chǎng)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(chǎng)前景廣闊？答案也是因?yàn)轭l段+載波聚合組合的增長(zhǎng)。
關(guān)于頻段。2G／3G時(shí)代，頻段極少，2G年代GSM是4個(gè)頻段，3G年代TD-SCDMA是2個(gè)頻段、CDMA在中國(guó)是一個(gè)頻段，當(dāng)時(shí)射頻前端的復(fù)雜性較低，價(jià)值也較低。
到4G時(shí)代早期，“五模十三頻”、“五模十七頻”等概念成為廠商宣傳熱點(diǎn)，可以作為手機(jī)核心競(jìng)爭(zhēng)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)，如果納入5G毫米波那么頻段還會(huì)增加。
關(guān)于載波聚合。從2015年最開(kāi)始的兩個(gè)載波，增至現(xiàn)在的3-4個(gè)載波，預(yù)計(jì)2017年將會(huì)提出超過(guò)1000個(gè)頻段組合的需求。
以上兩者都需要射頻前端的能力。
擺在射頻前端廠商面前的難題
盡管射頻前端前景廣闊，但很多射頻前端廠商在工藝設(shè)計(jì)上犯了難。IHS Markit近期發(fā)布的報(bào)告指出，自LTE設(shè)備誕生以來(lái)，射頻前端的復(fù)雜性顯著增加；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(lái)越大、機(jī)身越來(lái)越輕薄，這些變化直接導(dǎo)致射頻前端組件的物理空間減少；另一方面，考慮到大尺寸屏幕對(duì)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(lái)越快，射頻前端模塊正在變得越來(lái)越復(fù)雜。
盡管射頻前端的復(fù)雜程度增加，然而設(shè)備PCB上留給此功能區(qū)的空間一直以來(lái)卻在減少。過(guò)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(lái)越模塊化，比之前集成了更多的PA、濾波器、雙工器、開(kāi)關(guān)和LNA部件，隨著PCB上元器件密度越來(lái)越高，元器件間的干擾逐漸成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，如何對(duì)每個(gè)射頻元器件實(shí)施充分有效的隔離，成為相關(guān)廠商的第二個(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(chǎng)，器件主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)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，第二類(lèi)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(kāi)關(guān)電路(Switch)為代表。
SAW和BAW市場(chǎng)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(chēng)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(guò)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(kāi)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)的模塊集成功能。與SoC不同，射頻前端的集成是做SIP（System In Package，系統(tǒng)級(jí)封裝），通過(guò)與TDK合作，高通加強(qiáng)了模組集成能力，可以提供集成化方案。
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(shì)，從而能提供一套系統(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(chēng)：第一是主分集天線切換，它是用來(lái)解決手機(jī)“死亡之握”的問(wèn)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)掉得非?？欤?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；第二是天線調(diào)諧——天線調(diào)諧技術(shù)又包含兩類(lèi)，一類(lèi)叫孔徑調(diào)諧，一類(lèi)叫阻抗調(diào)諧，通過(guò)調(diào)諧天線的匹配，可以解決天線和PA之間的適配問(wèn)題；第三是高階分集接收——通過(guò)增加分集來(lái)提升接收性能，以及接收的下行速率。
三個(gè)技術(shù)配合在一起，好處多多。第一是通話可靠性和通話質(zhì)量：當(dāng)天線性能提升之后，信號(hào)質(zhì)量提升，通話的可靠性和質(zhì)量自然提升了，經(jīng)過(guò)高通實(shí)測(cè)，通話掉話率最高可以減少30%；第二是更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，實(shí)測(cè)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、同樣的吞吐率情況下，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(zhǎng)了。
完整的射頻前端解決方案，可以使OEM廠商、最終消費(fèi)者和運(yùn)營(yíng)商獲得共贏。驍龍835/660/630移動(dòng)平臺(tái)均引入了射頻前端技術(shù)。而作為首批實(shí)現(xiàn)先進(jìn)射頻特性的國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)之一，一加手機(jī)5已經(jīng)率先支持包括載波聚合功能和包絡(luò)追蹤等的TruSignal技術(shù)，充分提升了數(shù)據(jù)傳輸速率、覆蓋、電池壽命、通話質(zhì)量和通話可靠性。
推薦閱讀：
AI與HI深度融合助推健康工程發(fā)展
有人做了一個(gè)與眾不同的NB-IoT模塊
透過(guò)LoRa陣營(yíng)大布局，看這場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)大戲
