藏在高端智能手機晶片裡的“外交官”：射頻前端

進入3G/4G/Pre-5G時代，射頻前端，一個手機SoC裡不起眼的小角色，開始在高端智能手機市場挑大梁。一旦連上移動網絡，任何一台智能手機都能輕松刷朋友圈、看高清視訊、下載下傳圖檔、線上購物，這完全是射頻前端進化的功勞，手機每一個網絡制式（2G/3G/4G/WiFi/GPS），都需要自己的射頻前端子產品，充當手機與外界通話的橋梁——手機功能越多，它的價值越大。

射頻前端（RFFE：Radio Frequency Front End）子產品是移動終端通信系統的核心元件，對它的了解可以從兩方面考慮：一是必要性，它是連接配接通信收發器（transceiver）和天線的必經之路；二是重要性，它的性能直接決定了移動終端可以支援的通信模式，以及接收信号強度、通話穩定性、發射功率等重要性能名額，直接影響終端使用者體驗。

如下圖所示，射頻前端晶片包括功率放大器（PA：Power Amplifier），天線開關（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／多頻終端中發揮着核心作用。

除通信系統以外，手持裝置中的無線連接配接系統（Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）對射頻前端晶片也有較強的需求。

射頻前端之是以越來越複雜，一個主要驅動因素是終端産品，由于終端産品多模、多頻段的趨勢導緻。觀察下圖，一款4G全網通手機的PCB闆上，囊括數十顆射頻晶片，頂級終端所占比例更大。

Mobile Expert資料顯示，2020年整個全球射頻前端市場會達到180億美元，2015年到2020年複合增長率達到13%，其中很重要的一塊增長就是來自于濾波器、雙工器。

濾波器、雙工器之是以成為增長來源，是因為随着頻段增多而增加：按照一個雙工器包含兩個濾波器的規格，在2015年，一個頂級智能手機裡大概支援15個頻段，包含50個濾波器。預計到2020年，一個頂級智能手機中将支援30-40個頻段來覆寫全球頻段，目前市場上最頂級的智能手機已經支援30多個頻段，它包含的濾波器可以到100個以上。

除此之外，射頻前端為何市場前景廣闊？答案也是因為頻段+載波聚合組合的增長。

關于頻段。2G／3G時代，頻段極少，2G年代GSM是4個頻段，3G年代TD-SCDMA是2個頻段、CDMA在中國是一個頻段，當時射頻前端的複雜性較低，價值也較低。

到4G時代早期，“五模十三頻”、“五模十七頻”等概念成為廠商宣傳熱點，可以作為手機核心競争力——通信制式的相容。那時候，頻段增加到16個，全球全網通頻段增至49個，3GPP新增的600MHz頻段編号達到71個，如果納入5G毫米波那麼頻段還會增加。

關于載波聚合。從2015年最開始的兩個載波，增至現在的3-4個載波，預計2017年将會提出超過1000個頻段組合的需求。

以上兩者都需要射頻前端的能力。

盡管射頻前端前景廣闊，但很多射頻前端廠商在工藝設計上犯了難。IHS Markit近期釋出的報告指出，自LTE裝置誕生以來，射頻前端的複雜性顯著增加；裝置其他功能的改進，導緻了一個更具挑戰性的設計環境。

一方面，高端智能手機不斷推陳出新，螢幕越來越大、機身越來越輕薄，這些變化直接導緻射頻前端元件的實體空間減少；另一方面，考慮到大尺寸螢幕對電池續航的影響，射頻前端的設計要比以往更重視電源使用效率；第三，網速越來越快，射頻前端子產品正在變得越來越複雜。

盡管射頻前端的複雜程度增加，然而裝置PCB上留給此功能區的空間一直以來卻在減少。過去幾年，高端智能手機已經從僅支援有限的射頻頻段轉為單一SKU，支援34個頻段的智能手機，為了盡可能在有限的空間容納擴充頻段，射頻前端越來越子產品化，比之前內建了更多的PA、濾波器、雙工器、開關和LNA部件，随着PCB上元器件密度越來越高，元器件間的幹擾逐漸成為一個不可忽視的問題，如何對每個射頻元器件實施充分有效的隔離，成為相關廠商的第二個挑戰。

縱觀射頻前端晶片市場，器件主要分為兩類，一類是使用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，第二類是使用半導體工藝制造的電路晶片，以功率放大器(PA)和開關電路(Switch)為代表。

SAW和BAW市場都不缺玩家，而高通給出的答案是：做一個內建化的射頻前端解決方案，或許能成為高端智能手機的救星。

稍早前，高通與 TDK株式會社成立了合資企業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，被高通稱作“從數據機到天線”的完整解決方案：

1、完整的射頻前端核心技術。通過與TDK成立的合資公司，高通擁有包括表面聲波（SAW）、溫度補償表面聲波（TC-SAW）和體聲波（BAW）在内的一系列全面的濾波器和濾波技術，另外也擁有像做開關産品或天線調諧的SOI技術，還有低噪聲放大器（LNA）技術。

2、先進的子產品內建功能。與SoC不同，射頻前端的內建是做SIP（System In Package，系統級封裝），通過與TDK合作，高通加強了模組內建能力，可以提供內建化方案。

3、高通具有自己的數據機（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勢，進而能提供一套系統化解決方案。

值得一提的是，高通的整合解決方案還支援載波聚合的TruSignal自适應天線調諧技術。TruSignal可被看作是三項技術的總稱：第一是主分集天線切換，它是用來解決手機“死亡之握”的問題——手機的主天線一般是在手機的下方，當人們用手握住它的時候，信号會掉得非常快，當下方主天線被握死時，它可以将天線切換到上面的分集天線去；第二是天線調諧——天線調諧技術又包含兩類，一類叫孔徑調諧，一類叫阻抗調諧，通過調諧天線的比對，可以解決天線和PA之間的适配問題；第三是高階分集接收——通過增加分集來提升接收性能，以及接收的下行速率。

三個技術配合在一起，好處多多。第一是通話可靠性和通話品質：當天線性能提升之後，信号品質提升，通話的可靠性和品質自然提升了，經過高通實測，通話掉話率最高可以減少30%；第二是更快的資料傳輸速率，實測資料顯示資料傳輸速率可以提高49%；第三是在同樣的傳輸速率、同樣的吞吐率情況下，電池續航時間可以提高，當天線效率得到提升之後，在同樣的速率下，需要的輸出功率變少，電池的續航時間就變長了。

完整的射頻前端解決方案，可以使OEM廠商、最終消費者和營運商獲得共赢。骁龍835/660/630移動平台均引入了射頻前端技術。而作為首批實作先進射頻特性的國産智能手機之一，一加手機5已經率先支援包括載波聚合功能和包絡追蹤等的TruSignal技術，充分提升了資料傳輸速率、覆寫、電池壽命、通話品質和通話可靠性。

原文出處：科技行者

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