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《无线重构世界》射频模组演进

article 2024/12/26 3:44:50

射频前端四大金刚

射频前端由PA、LNA、滤波器、开关“四大金刚”

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不同的模块有自己的工艺和性能特点

分层设计

射频前端虽然只由PA、LNA、开关、混频器4个模块构成，但不同模块之间相互连接且相互影响。如果将射频系统当成一个整体来理解，其中的细节和前后之间的处理会让人感到混乱与困难。另外，在射频系统从2G发展到5G的过程中，射频前端也变得越来越复杂（见图2-10），射频系统已经无法被一目了然地观察和理解。
在对射频系统的理解上，可以采用分层的方式进行。按照实现的功能不同，将复杂的射频系统拆分为不同的层级，以此来对射频系统整体架构和功能，以及各层级之间的关系和作用进行清晰的把握。
第一层：天线层
第二层：天线合路层
第三层：天线切换层
第四层：频段开关层
第五层：子路径实现层

射频芯片模组分类

在手机射频前端系统中，根据集成器件的不同，射频前端方案分为分立方案及集成模组方案。分立方案一般指采用多频多模PA、LNA、分立滤波器等实现的方案。集成模组方案一般指采用L-PAMiD、L-PAMiF、L-FEM等集成模组实现的方案。
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分立方案是指使用分立的PA、LNA、开关、滤波器芯片等实现的方案，然后通过外部连接线进行信号的传输与控制。随着多频段多模式支持的需求，PA、LNA内部也需要集成开关，来支持不同频段的输出。但这种开关本质上还是为PA及LNA这些核心电路服务的，所以依然称之为分立方案。
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集成模组方案是指将射频前端多个功能模块集成到一颗芯片上，从而减少了外部连接线路，提高了射频信号性能，减少了损耗，同时降低了成本。

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射频芯片的产业链构成

射频前端模组芯片产业链复杂，尤其是对于高集成模组芯片，芯片内部集成不同器件，这些不同器件采用不同的半导体工艺进行设计，再由封装厂将晶圆封装起来。

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手机射频芯片方案演进

射频芯片方案一般由器件厂商、平台厂商及终端厂商三方共同定义、开发。
在2010年之前，除了MTK、高通及展讯外，ADI、TI、Agere、Infineon、Philips、Freescale、Renesas、Skyworks等公司，都提供过手机平台解决方案。
在2010年之后，MTK、高通、展讯及海思平台的崛起，使手机平台方案的提供越来越集中。随着山寨机的没落，终端厂商也逐渐向头部聚集。平台厂商、终端厂商及器件厂商，都对射频前端器件“生态”的形成更加重视，能否形成器件统一的“生态”是新方案定义中非常重要的考虑点。

Phase1：史前时代

Phase1方案并不统一，一般来说是最大限度地复用射频前端厂商3G时代的产品定义：与原来2G、3G重合的频段复用原来的管脚；4G的新频段用单独分立的通路进行覆盖；再用天线开关将所有频段切换到同一根天线上。

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Phase2：顺应时代，成就经典

Phase2方案的定义不仅仅考虑了当前方案的统一，还考虑了方案生态的可达成性，未来协议的演进，4G三模、五模的共存等。
经过改进，Phase2方案有以下优势：

灵活性增强：由于2G PA的设计方法与3G PA、4G PA有很大的不同，2G PA与4G PA的分离可以带来较大的设计灵活性。
2G PA一般采用SAW-less方案，输出不需要经过额外的SAW滤波器等，2GPA与ASM集成为TxM可以降低2G PA后端插损。
供应商可针对性发挥优势：不同供应商在2G与3G、4G的技术积累与能力不同，分离后可以更充分地发挥不同供应商的优势。
2G PA的分离，可为后续2G退网做好准备。
4G频段的整合，为日后4G乃至5G频段的发展做好准备。

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Phase3及Phase5：完善方案，支持载波聚合

Phase3方案及Phase5方案的定义产生于2015—2016年，也是全球4G建设最为火热的时候。为了提升用户体验，载波聚合(Carrier Aggregation，CA)方案开始被大家关注。
Phase3方案可以支持2下行载波聚合及带内上行载波聚合；Phase5方案引入三工器、多工器，又将载波聚合能力提升到了3下行载波聚合及带间上行载波聚合，不过PA后端插损增加，对PA输出功率的要求提升了。

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Phase6及Phase6L：进入PAMiD，依然经典

在分立方案开发完成后，国际大厂开始向PAMiD方案深度布局：2014年，Skyworks宣布与松下组建合资公司；2015年，RFMD与Triquint合并，成立Qorvo；2016年，高通宣布与TDK建立新的合资公司RF360。

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Phase7、Phase7L及Phase7LE：5G的开门红

Phase7方案的Sub-3GHz部分主要由Phase6 PAMiD方案及Phase6L PAMiD方案继承而来。在5G新增加的Sub-6GHz UHB部分，重点定义了支持n77、n78、n79频段，集成SRS开关的双频高集成模组。
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Phase7L方案基于快速发展的5G需求，进行了迭代，Sub-3GHz进一步提高集成度，在PAMiD产品形态中加入主集接收LNA，形成L-PAMiD产品形态。

Phase7LE方案随着5G需求趋于收敛应运而生，UHB从1T1R L-PAMiF及1R L-FEM方案，演进至1T2R、2R的产品方案，进一步提升集成度；继续优化模组内开关、EN-DC支持、双工器等功能，进一步减少模组外围器件需求，达到整体方案的高性能和简洁。
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Phase5N：虽非初始定义，但却顺理成章

5G时代到来之后，头部终端厂商主导将Phase5 MMMB PA增加支持5G NR信号的定义，被业界称之为Phase5N PA（“N”代表支持5G NR），基于这颗MMMB PA所构建起来的5G方案被称为Phase5N方案
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Phase8系列：针对5G优化，厂商深度定制

Phase8方案的目标市场是高端及旗舰手机，方案强调强大的射频能力及完整的CA、EN-DC支持，采用Low Band及Mid/High Band两颗L-PAMiD芯片构成完整方案，并且采用如DS-BGA等更先进的封装，来实现更小的器件尺寸。
Phase8L方案考虑的是处于2000～4000元价位手机的需求：支持合理的5G CA及EN-DC能力；采用All-in-one的方式进行设计，只需一颗芯片就可以进行Sub-3GHz全频段覆盖。由此可以实现性能与成本的完美平衡。

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