射頻前端與智能終端一同進化

     射頻前端（RFFE：Radio Frequency Front End）模塊是移動終端通信係統的核心組件，對它的理解可以從兩方麵考慮：一是必要性，它是連接通信收發器（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持的通信模式
，以及接收信號強度
、通話穩定性、發射功率等重要性能指標
，直接影響終端用戶體驗。

     如下圖所示，射頻前端芯片包括功率放大器（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／多頻終端中發揮著核心作用。

     除通信係統以外
，手持設備中的無線連接係統（Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）對射頻前端芯片也有較強的需求。

射頻前端之所以越來越複雜，一個主要驅動因素是終端產品

，由於終端產品多模、多頻段的趨勢導致。觀察下圖，一款4G全網通手機的PCB板上
，囊括數十顆射頻芯片，頂級終端所占比例更大。

     Mobile Expert數據顯示，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於濾波器
、雙工器。

     濾波器、雙工器之所以成為增長來源，是因為隨著頻段增多而增加：按照一個雙工器包含兩個濾波器的規格
，在2015年，一個頂級智能手機裏大概支持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將支持30-40個頻段來覆蓋全球頻段，目前市場上最頂級的智能手機已經支持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。

     關於頻段。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爭力——通信製式的兼容。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頻段編號達到71個，如果納入5G毫米波那麼頻段還會增加。

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

以上兩者都需要射頻前端的能力。

擺在射頻前端廠商麵前的難題

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近期發布的報告指出，自LTE設備誕生以來，射頻前端的複雜性顯著增加；設備其他功能的改進，導致了一個更具挑戰性的設計環境。

一方麵，高端智能手機不斷推陳出新，屏幕越來越大
、機身越來越輕薄，這些變化直接導致射頻前端組件的物理空間減少；另一方麵，考慮到大尺寸屏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，射頻前端模塊正在變得越來越複雜。

盡管射頻前端的複雜程度增加，然而設備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持有限的射頻頻段轉為單一SKU，支持34個頻段的智能手機
，為了盡可能在有限的空間容納擴展頻段，射頻前端越來越模塊化，比之前集成了更多的PA、濾波器
、雙工器、開關和LNA部件
，隨著PCB上(shang)元(yuan)器(qi)件(jian)密(mi)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)
，元(yuan)器(qi)件(jian)間(jian)的(de)幹(gan)擾(rao)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)不(bu)可(ke)忽(hu)視(shi)的(de)問(wen)題(ti)，如(ru)何(he)對(dui)每(mei)個(ge)射(she)頻(pin)元(yuan)器(qi)件(jian)實(shi)施(shi)充(chong)分(fen)有(you)效(xiao)的(de)隔(ge)離(li)，成(cheng)為(wei)相(xiang)關(guan)廠(chang)商(shang)的(de)第(di)二(er)個(ge)挑(tiao)戰(zhan)。

一個集成化的解決方案是關鍵

縱觀射頻前端芯片市場，器件主要分為兩類
，一類是使用MEMS工藝製造的濾波器
，以聲表麵波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)為代表，第二類是使用半導體工藝製造的電路芯片，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：做一個集成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“從調製解調器到天線”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，高通擁有包括表麵聲波（SAW）、溫度補償表麵聲波（TC-SAW）和體聲波（BAW）在內的一係列全麵的濾波器和濾波技術

，另外也擁有像做開關產品或天線調諧的SOI技術，還有低噪聲放大器（LNA）技術。

2、先進的模塊集成功能。與SoC不同，射頻前端的集成是做SIP（System In Package


，係統級封裝）
，通過與TDK合作，高通加強了模組集成能力，可以提供集成化方案。

3
、高通具有自己的調製解調器（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
，從而能提供一套係統化解決方案。

值得一提的是
，高通的整合解決方案還支持載波聚合的TruSignal自適應天線調諧技術。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——shoujidezhutianxianyibanshizaishoujidexiafang，dangrenmenyongshouwozhutadeshihou，xinhaohuidiaodefeichangkuai，dangxiafangzhutianxianbeiwosishi，takeyijiangtianxianqiehuandaoshangmiandefenjitianxianqu；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，通過調諧天線的匹配，可以解決天線和PA之間的適配問題；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質量：當天線性能提升之後，信號質量提升，通話的可靠性和質量自然提升了，經過高通實測，通話掉話率最高可以減少30%；第二是更快的數據傳輸速率，實測數據顯示數據傳輸速率可以提高49%；第三是在同樣的傳輸速率、同tong樣yang的de吞tun吐tu率lv情qing況kuang下xia，電dian池chi續xu航hang時shi間jian可ke以yi提ti高gao
，當dang天tian線xian效xiao率lv得de到dao提ti升sheng之zhi後hou

，在zai同tong樣yang的de速su率lv下xia，需xu要yao的de輸shu出chu功gong率lv變bian少shao，電dian池chi的de續xu航hang時shi間jian就jiu變bian長chang了le。

完整的射頻前端解決方案，可以使OEM廠商
、最終消費者和運營商獲得共贏。驍龍835/660/630移動平台均引入了射頻前端技術。而作為首批實現先進射頻特性的國產智能手機之一，一加手機5已經率先支持包括載波聚合功能和包絡追蹤等的TruSignal技術，充分提升了數據傳輸速率、覆蓋
、電池壽命、通話質量和通話可靠性。

 




推薦閱讀：
Cees Links：物聯網帶來的衝擊 

AI與HI深度融合助推健康工程發展 

有人做了一個與眾不同的NB-IoT模塊 

透過LoRa陣營大布局，看這場物聯網大戲