如何推動(dòng)5G發(fā)展，Qorvo從智能手機(jī)RF濾波器創(chuàng)新出發(fā)

隨著射頻前端 (RFFE) 的復(fù)雜性不斷升高，插入損耗和鏈路預(yù)算也將增加。另外，HPUE/2 級(jí)功率要求也會(huì)增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此處是設(shè)計(jì)人員需要了解的內(nèi)容，以便能為即將推出的移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)出可靠的 RF 前端。

為了解該難題的其他方面，我請(qǐng)教了 Qorvo 的技術(shù)營(yíng)銷部門總監(jiān) Ben Thomas，并且就這一點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)手機(jī)接收和發(fā)射的射頻 (RF) 解決方案具有什么意義詢問了他的看法。對(duì)于濾除不斷增長(zhǎng)的頻段以及添加至手機(jī)上的多個(gè)天線，我們可以有何期望？下一代智能手機(jī)如何才能達(dá)到所需的千兆速度？

Thomas 表示，Qorvo 認(rèn)為隨著 5G 時(shí)代的到來，全球范圍內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)的使用方式將出現(xiàn)根本性的轉(zhuǎn)變。對(duì)于全新一代技術(shù)，流視頻是娛樂、信息等方面的新基準(zhǔn)。

以下是當(dāng)今影響智能手機(jī)制造商的一些實(shí)時(shí)問題。Qorvo 正在解決多個(gè)關(guān)鍵難題以幫助手機(jī) OEM 廠商應(yīng)對(duì) RF 復(fù)雜性：

?符合快速變化的標(biāo)準(zhǔn)，包括載波聚合和 MIMO

?平衡尺寸與性能

?通過濾波器和多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)載波聚合組合

?為高端和中端智能手機(jī)提供 RFFE 備選解決方案

Qorvo 目前具有一個(gè)由多模塊組成的 2017 RF Fusion 解決方案，

可針對(duì)業(yè)界旗艦級(jí)智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)全局載波聚合 (CA) 頻段覆蓋，且尺寸小巧（圖 1）。

圖 1 2017 RF Fusion LTE 解決方案（圖片由 Qorvo 提供）

當(dāng)然，它們的線路圖已經(jīng)擴(kuò)展至 2018 年，屆時(shí)會(huì)在平昌奧運(yùn)會(huì)上展示許多早期 5G 架構(gòu)（圖 2）。

圖 2 擴(kuò)展至 2018 年的 RF Fusion 線路圖（圖片由 Qorvo 提供）

所面臨的挑戰(zhàn)是智能手機(jī)領(lǐng)域具有一些設(shè)計(jì)目標(biāo)和優(yōu)先級(jí)不同的類別。兩種重要的類別包括專為超級(jí)區(qū)域/全球使用而設(shè)計(jì)的旗艦級(jí)手機(jī)，以及為區(qū)域使用而設(shè)計(jì)的中端和入門級(jí)手機(jī)。

在超級(jí)區(qū)域/全球能力手機(jī)中，需要 RFFE 高度集成。需要多個(gè)頻段和上行和下行載波聚合組合，以適應(yīng)不同的性能需求。由于手機(jī)小巧，外形尺寸纖薄，因此需要充分利用空間以便能裝入電池和多個(gè)天線，從而帶來了額外的挑戰(zhàn)。Qorvo 針對(duì)此類手機(jī)提供了 RF Fusion 解決方案，可集成所有要求的必要發(fā)射/接收功能，包括主要頻段。該解決方案包含三種模塊化解決方案，實(shí)現(xiàn)高、中、低頻段頻譜區(qū)域全覆蓋。各模塊都集成了功率放大器 (PA)、開關(guān)和濾波器。圖 3 所示為高頻段模塊框圖示例。三星 Galaxy S7 電子產(chǎn)品拆解圖 ，內(nèi)部為 QM78064，含物料清單 (BOM)。

圖 3 Qorvo 的 RF Fusion QM78064 高頻段模塊，它同時(shí)支持 FDD-LTE（帶有集成頻段 7 雙工器）和 TDD-LTE（頻段 40 和 41），并搭載一個(gè)支持 20 MHz + 20 MHz 上行載波聚合的寬帶 B41 Lowdrift 體聲波 (BAW) 濾波器。另外，還有一個(gè)天線開關(guān)，可支持包絡(luò)跟蹤 (ET) 和平均功率跟蹤 (APT)，以提高發(fā)射功率放大器的效率，從而提升功效并幫助延長(zhǎng)電池壽命。（圖片由 Qorvo 提供）

另一個(gè)可降低損耗的領(lǐng)域是消除多數(shù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)上使用的冗余板載匹配。功率放大器和集成雙工器 (PAMiD) 架構(gòu)能“直接”匹配濾波器，同時(shí)降低接收 (RX) 和發(fā)射 (TX) 通道的匹配損耗，高達(dá) 0.5 dB（圖 4）。

圖 4RF Fusion 架構(gòu)可消除冗余板載匹配，因此能改善 TX 和 RX 損耗，高達(dá) 0.5 dB。（圖片由 Qorvo 提供）

在中高頻段（最難處理的頻段）中使用體聲波固載諧振器 (BAW-SMR) 濾波器技術(shù)，因?yàn)檩d波聚合是智能手機(jī)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。如需了解有關(guān) RF 濾波器的更多信息，請(qǐng)查看 RF 濾波器技術(shù)傻瓜書。

在向 1 Gb/s 目標(biāo)邁進(jìn)時(shí)，智能手機(jī)需要更多的移動(dòng)數(shù)據(jù)。所面臨的挑戰(zhàn)是嚴(yán)峻的，但是本行業(yè)已準(zhǔn)備好迎接挑戰(zhàn)。全球運(yùn)營(yíng)商不斷向頻段添加更多所分配的頻譜，因此智能手機(jī)需要能夠處理這些新頻段。其中許多頻段因支持多載波操作而結(jié)合在一起，這使得智能手機(jī)可同時(shí)在多載波頻率上工作。

另外，MIMO 可使新手機(jī)實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)流，因而顯著增加了 RF 的復(fù)雜性。這種復(fù)雜性只會(huì)不斷增加，而添加更高階的調(diào)制也僅會(huì)增加 RF 設(shè)計(jì)的難度。

Ben Thomas 表示，Qorvo 甚至可以采用其基礎(chǔ)設(shè)施與國(guó)防產(chǎn)品 (IDP) 業(yè)務(wù)中的創(chuàng)新技術(shù)，包括毫米波技術(shù)中的固態(tài)設(shè)計(jì)和相關(guān)功率放大器，以及國(guó)防用低噪音放大器 (LNA)。

開發(fā)的下一階段將納入歐洲、中國(guó)、日本和韓國(guó)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在 2017 年 1 月下旬，Qorvo 成為首個(gè)加入中國(guó)移動(dòng) 5G 創(chuàng)聯(lián)中心的 RF 供應(yīng)商。

他們還在近期推出采用 GaN-on-SiC 和 GaA 工藝的四款適用于 5G 基站的 28 GHz RF 解決方案。這些產(chǎn)品包括一個(gè)移相器、兩個(gè)發(fā)射放大器、一個(gè)功率放大器。最近，他們?cè)?2017 年 6 月推出了首款 39 GHz 雙通道 GaN 前端模塊。

隨著 2018 年奧運(yùn)會(huì)和 2020 年東京奧運(yùn)會(huì)的臨近，RF 電子器件激動(dòng)人心的時(shí)刻即將到來，這將是 5G 邁向符合擬定標(biāo)準(zhǔn)的全部功能的拐點(diǎn)。

作者：Steve Taranovich 是 EDN 的一位高級(jí)技術(shù)編輯，具有 45 年的電子行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。