射頻前端FEM的相關(guān)知識(shí)

在《iPhone 15 芯片分解》中，我們看到了整個(gè)iPhone15的射頻部分兩顆高通的射頻收發(fā)器芯片SDR735 ，一顆高通的毫米波收發(fā)器芯片 SMR546，兩顆博通的AFEM芯片+兩顆Skyworks的FEM芯片，以及一顆Qorvo的 FEM芯片再加上一顆蘋果FEM 模塊，就完成了超級(jí)強(qiáng)大的射頻收發(fā)功能：支持23 各頻段的 5GNR 通信+ 19個(gè)頻段的 FDD-LTE 通信+8個(gè)頻段的 TDD-LTE通信+ 6個(gè)頻段的 UMTS/HSPA+ 通信+ 4個(gè)頻段的GSM/EDGE 通信。

從2G 時(shí)代的GSM 通信，一直到現(xiàn)在5GNR通信，僅在一塊小小的射頻板上就完成了，而且還有 藍(lán)牙， Wifi 等通信模塊。

完全不能想象如果僅靠板級(jí)射頻電路來(lái)完成這些功能，這個(gè)手機(jī)將會(huì)多么龐大？

今天我們一起來(lái)學(xué)習(xí)一下射頻前端FEM的相關(guān)知識(shí)。

No.1

什么是FEM？

我們知道在一個(gè)超外差架構(gòu)的發(fā)射路徑，信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字基帶部分的處理之后，會(huì)通過(guò)DAC完成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)一級(jí)混頻得到中頻信號(hào)IF，然后經(jīng)過(guò)中頻放大和濾波之后進(jìn)入二級(jí)混頻，把信號(hào)頻率升高到RF對(duì)應(yīng)的頻段，然后經(jīng)過(guò)射頻濾波和放大之后進(jìn)入天線進(jìn)行發(fā)射。而接收機(jī)鏈路剛好相反，通過(guò)天線接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和低噪聲放大之后進(jìn)入第一級(jí)混頻，得到中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)中頻濾波和放大之后進(jìn)入第二級(jí)混頻，得到低頻模擬信號(hào)，然后通過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到正交的數(shù)字IQ信號(hào)，最后在基帶部分進(jìn)行處理。

所以，對(duì)于射頻前端FEM，廣義上的定義就是：基帶到天線之間的這部分射頻電路。

毫無(wú)疑問(wèn)，如果能夠把這整個(gè)射頻鏈路都集成在一個(gè)FEM 芯片中，這就太完美了。這也是幾乎所有RFIC人的夢(mèng)想。

這里面包含了，D/A，A/D轉(zhuǎn)換器，低頻濾波功能，本振LO，中頻混合以及中頻濾波和放大，射頻混合器，射頻放大器和濾波器等等，想把這么多的模塊集成到一個(gè)芯片上，做成一個(gè)真正的SOC，這簡(jiǎn)直比登天還要難。

所以，一代又一代的射頻人為之努力。既然整個(gè)射頻鏈路很難集成，那是不是可以少做一點(diǎn)點(diǎn)。比如只把最前端的那一部分電路集成，如下圖所示，所以就有了狹義上的FEM定義：集成了射頻放大PA/LNA功能和濾波/切換功能電路。

這樣FEM IC設(shè)計(jì)就簡(jiǎn)單了很多，只要把 PA/LNA和Filter / Switch 封裝到一起就可以完成一個(gè)最簡(jiǎn)單的FEM 芯片。

關(guān)于射頻前端FEM的這兩種定義，我覺(jué)得都比較合理。

因?yàn)殡S著射頻技術(shù)的發(fā)展，射頻收發(fā)架構(gòu)也在不斷進(jìn)步，比如目前比較流行的零中頻架構(gòu)，其射頻鏈路較超外差架構(gòu)就簡(jiǎn)單很多了，如下圖所示，天線接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻濾波和低噪放之后直接下變頻到I/Q信號(hào)，省去了中頻混頻，濾波以及放大的部分。

以及更為簡(jiǎn)單的射頻采樣接收機(jī) RF Sampling，天線接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和低噪放之后直接進(jìn)入RF ADC，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

所以，狹義上的FEM在未來(lái)也非常具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

審核編輯：湯梓紅