5G時代射頻前端的機遇與挑戰(zhàn)淺析

　　在很多分析師和廠商看來，2019年將會是5G元年，但這個高速、低延遲和廣泛覆蓋網(wǎng)絡到來，除了在應用方面帶來了變革的機會，給上游供應商也帶來了不小的挑戰(zhàn)，尤其是射頻前端方面。

　　日前，Qorvo公司手機事業(yè)部高級銷售經(jīng)理David Zhao在EDICON 2019大會上發(fā)表了題為《5G射頻挑戰(zhàn)》的演講，并接受了電子工程世界、半導體行業(yè)觀察和集微網(wǎng)等媒體的采訪，從領先射頻前端解決方案供應商的角度談及了5G時代射頻前端的機遇與挑戰(zhàn)。

　　本文節(jié)選了三大媒體的報道，為大家?guī)鞶orvo的觀點：

　　5G時代下的手機射頻技術挑戰(zhàn)

　　在手機從4G向5G過渡的過程中，由于其天線數(shù)量、封裝大小發(fā)生了改變，也使得相關的射頻產(chǎn)品也面臨著諸多挑戰(zhàn)。Qorvo手機事業(yè)部高級銷售經(jīng)理David Zhao在接受半導體行業(yè)觀察采訪的時候也指出，適用于5G手機的射頻技術主要存在著四大挑戰(zhàn)：

　　首先是5G頻段帶來更多的射頻器件和產(chǎn)品形態(tài)

　　正如我們所知道的，各個國家和地區(qū)使用的5G頻段是不同的，但任何通信協(xié)議使用卻都要符合頻段規(guī)范，這就要求5G手機需要支持更多的頻段（包括n41，n77和n78等）。這個是在做加法。

　　目前，能覆蓋供全頻段的射頻器件廠商并不多， Qorvo是其中一家。

　　其次，是5G帶來的多天線和新的射頻指標要求

　　從智能手機系統(tǒng)架構(gòu)上來看，5G需求更高的數(shù)據(jù)速率，需要更多的天線。這些天線包括多頻帶載波聚合、4x4 MIMO與Wi-Fi MIMO。從而帶來了在天線調(diào)諧方面、放大器線性和功耗，還有其他系統(tǒng)干擾方面上的挑戰(zhàn)。例如，在4G時代，市場比較關注放大器的ACPR指標。

　　但到了5G時代，市場則更需要專注于EVM（一般小于1.5%）。另一方面，5G手機使用的天線數(shù)量也將從2-4增加到 8根（甚至可能更多），但留給天線空間卻變得更小了。

　　第三是運營商選擇的網(wǎng)絡架構(gòu)的不確定性

　　5G的網(wǎng)絡架構(gòu)包含有獨立的SA和與4G網(wǎng)絡相結(jié)合的NSA兩種。這個挑戰(zhàn)主要在于，是選擇4G anchor+5G數(shù)據(jù)連接，還是直接只選用5G去做信令控制和數(shù)據(jù)連接。據(jù)趙玉龍觀察，目前國內(nèi)采用的方式多為NSA和SA混合使用。

　　最后是開關速度和信號路由的變化所帶來的挑戰(zhàn)

　　趙玉龍認為，這方面雖然沒有太多的變化，但SRS也會帶來新的挑戰(zhàn)。

　　電子工程世界：Qorvo是如何應對這些挑戰(zhàn)的？

　　面對這種種挑戰(zhàn)， David Zhao告訴電子工程世界記者，Qorvo最重要的核心武器就是工藝和技術，公司獨有的in-house模式，確保了公司的工藝技術可以準時實施。

　　如圖所示，這六大工藝優(yōu)勢，與產(chǎn)品結(jié)合，就是Qorvo在移動終端射頻前端具有的優(yōu)勢。

　?。ㄒ唬〣AW和SAW技術

　　為了抑制外界干擾信號對終端接收信號靈敏度的影響，同時抑制發(fā)射通路射頻信號的帶外干擾，濾波器必不可少。目前SAW和BAW是比較常見且各有特色的濾波器。

　　BAW濾波器具有高選擇性，低插損和高功率容量的特性， 這使得它非常適合要求非?？量痰?G、4G以及5G應用。

　　根據(jù)Qorvo的建議，我們可以看到，根據(jù)不同頻率特性，有不同的濾波器產(chǎn)品組合。

　　Qorvo的BAW發(fā)展藍圖規(guī)劃

　　如果在中高的頻率平臺上，如果想做到高性能的話，BAW會是一個更加優(yōu)化的選擇?！盌avid說道。

　　在載波聚合應用中，需要一根天線支持多頻帶同時工作的需求，這就給濾波器帶來更多挑戰(zhàn)，隔離損耗和線性度是最難實現(xiàn)的?；贐AW工藝的天線復用器（antennaplexer）和多工器（multiplexer）會大行其道。

　　David表示，在手機體積受限的前提下，天線復用器可以把GPS、WiFi、中頻、高頻和超高頻等射頻通道共用一個天線，節(jié)省天線數(shù)量。在這其中，就集成了Qorvo的BAW、調(diào)諧和開關器等。

　　集成度越來越高的天線復用器

　?。ǘ㏒OI：對于Qorvo來說，RF-SOI技術主要用于天線調(diào)諧器和開關上

　　隨著全面屏手機的普及，擠占了天線空間，使得天線效率變差，最終影響了TRP（Total Radiated Power），也就是天線的整體發(fā)射功率。隨著5G對MIMO、CA的需求增加，天線數(shù)量還需要更多，以覆蓋更大頻段。

　　Qorvo 的開關、可調(diào)電容和用于天線控制系統(tǒng) （ACS） 的阻抗調(diào)諧器產(chǎn)品組合提供改進輻射效率和減少失配損耗所需的技術，為單天線和多天線實施提供最佳天線性能。

　?。ㄈ〨aAs：砷化鎵工藝是Qorvo的移動終端PA的引擎

　　5G對PA線性度要求更高，所以耐壓高的GaAs工藝更受青睞。砷化鎵Die倒裝技術，已經(jīng)被QRVO普遍采用。 相比于傳統(tǒng)的砷化鎵wire bonding封裝，倒裝工藝讓模塊厚度更薄，一致性更好。 通過配合SOI、CMOS和SAW/BAW的倒裝工藝，尺寸更小，功能更多的SiP射頻模組成為可能。

　　如圖所示，無論是GaN還是GaAs，Qorvo都有著完整的藍圖，比如砷化鎵HBT7工藝、砷化鎵電感或者為毫米波開發(fā)的下一代砷化鎵pHEMT等，都將一一實現(xiàn)。
　　
? ? ? （四）先進的封裝技術

　　由于Qorvo全部是自己的工廠，所以也可以不斷開發(fā)出最具創(chuàng)新性的封裝技術。實際上，隨著智能手機對射頻的要求越來越高，包括空間、干擾、散熱等問題，手機廠商面對更大的挑戰(zhàn)。

　　也正因此，Qorvo先后推出了RF Flex和RF Fusion品牌產(chǎn)品，通過在單個芯片中集成所有主要的 RFFE 組件，RF Fusion 可減少合規(guī)測試所需的時間，讓射頻設計極為簡單化，同時還能減少散熱和寄生效應的影響。

　　David介紹道，除了WLCSP之外，包括Double-sided BGA等對尺寸有進一步要求的產(chǎn)品，Qorvo都在積極推進。

　　“高端的旗艦機的差異化越來越多，比如引入三攝、四攝等元素，勢必要縮小包括射頻在內(nèi)的所有其他部分，這對射頻模塊化（System-in-Package）產(chǎn)品來說是極大機會?！盌avid說道。

　　集微網(wǎng)：解決天線的痛點

　　在接受集微網(wǎng)記者采訪的時候，David Zhao表示，不只是RF前端，天線的空間也將變得非常珍貴。為了支持MIMO、范圍更廣泛的頻段和要求，5G智能手機的天線會從4個增加到8個，或者更多個。

　　與此同時，隨著手機行業(yè)轉(zhuǎn)而采用全屏智能手機設計，放置手機天線的邊框區(qū)域會縮小，因此天線可用的空間實際上也會縮小。需要在更小的空間內(nèi)安裝更多的天線就意味著天線的尺寸必須縮小，因此天線的效率會降低。

　　手機廠商會采用兩種方式來解決天線問題：

　　辦法一：使用天線調(diào)諧，可以將每根天線都調(diào)諧到工作頻段，使它更加高效。對于5G手機，鑒于其天線數(shù)量有限，且必須支持更廣的頻率范圍，因此必須使用天線調(diào)諧來維持性能。

　　辦法二：天線復用器（antennaplex）。天線復用器利用單個模塊覆蓋多個頻率，使得多條RF通道可以同時連接至天線，同時防止通道之間的干擾。天線復用器目前被有些 LTE 手機用于路由CA信號，但它將會成為5G手機不可缺少的組件，用于支持 15 版和之后版本的規(guī)范所定義的海量雙連接CA選項。

　　5G手機可能使用多天線的天線調(diào)諧解決方案，包括兩種方法：孔徑調(diào)諧（Aperture tuning）對于優(yōu)化多頻段天線效率以及補償環(huán)境影響尤為重要；阻抗調(diào)諧（Impedance tuning）通過降低由于阻抗不匹配而從天線反射的功率來增加總輻射功率。作為移動天線調(diào)諧解決方案的行業(yè)領導者，Qorvo擁有多種基于低損耗開關的孔徑和阻抗調(diào)諧產(chǎn)品，可提供優(yōu)異的導通電阻和關斷電容性能。

　　除去濾波器和天線調(diào)諧器，在PA方面，Qorvo也擁有包括CMOS、SOI、砷化鎵和氮化鎵在內(nèi)的全面產(chǎn)品線?；谶@些產(chǎn)品，Qorvo能夠為客戶提供滿足不同場景需求的產(chǎn)品。

　　產(chǎn)品的比拼只是一個方面，基于從2G時代開始的經(jīng)驗積累，Qorvo在對系統(tǒng)方面的理解力也是其他很多廠商所不具備的。

　　David Zhao就表示：“Qorvo已經(jīng)做好了準備，將與手機廠商一起，用豐富的經(jīng)驗和技術儲備幫助他們把5G終端快速推向市場?！?/p>