射頻前端設計挑戰加劇，下一代手機需要更高集成度

　　隨著(zhù)移動(dòng)行業(yè)向下一代網(wǎng)絡(luò )邁進(jìn)，整個(gè)行業(yè)將面臨射頻組件匹配，模塊架構和電路設計上的挑戰。

　　直到早期的LTE網(wǎng)絡(luò )部署，射頻系統的設計涉及較少數量的前端組件，也因此相對的簡(jiǎn)單與直接。當無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始升級成LTE-Advanced，射頻前端的設計愈發(fā)復雜。與此同時(shí)，載波聚合、多輸入多輸出(MIMO)、多樣性接收模塊和包絡(luò )跟蹤等各類(lèi)技術(shù)讓4G網(wǎng)絡(luò )變得更加高效和穩定。

　　全球眾多的LTE頻段組合早已增加射頻設計的復雜性。為了支持繁多的頻段與頻段組合，移動(dòng)設備需要更多的射頻組件。由于智能手機內部設計的局限性，加上手機電源與整體外形設計上的限制，射頻前端需要精心設計才能夠優(yōu)化設備的整體性能并減少信號的干擾。該設計要避免對手機的工業(yè)設計、可靠性和功能性造成任何負面影響，同時(shí)需要支持手機的創(chuàng )新特性與功能。

　　隨著(zhù)整個(gè)行業(yè)向LTE-Advanced Pro與5G邁進(jìn)，射頻前端的設計將變得更為復雜。新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )需要更多的射頻前端功能，包括高階MIMO與Massive MIMO、智能天線(xiàn)系統以及復雜的濾波功能。目前一臺支持雙載波聚合的高端智能手機的射頻前端組件數量已經(jīng)是一臺標準的3G智能手機的七倍之多，而且這個(gè)數量預計會(huì )隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )升級成LTE-Advanced Pro與5G而翻倍。

　　恰到好處的設計考量

　　雖然射頻前端的設計日益復雜，但智能手機的射頻組件靠以下三種方式減少了物理空間的使用：

　　· 縮小面積的半導體工藝：這個(gè)工藝的發(fā)展讓一些分立組件的體積在過(guò)去幾年中大幅度縮小。一反以往，砷化鎵(GaAs)和硅鍺(SiGe)等的新材料的出現已經(jīng)使功率放大器(PA)的尺寸減小。與此同時(shí)，目前的收發(fā)器和低噪聲放大器(LNA)的尺寸也因采用28納米及以下的縮小面積的半導體工藝而減少。

　　· 先進(jìn)的封裝技術(shù)：芯片級聲表封裝(Chip-Sized SAW Packaging，CSSP)、裸片級聲表封裝(Die-Sized SAW Packaging，DSSP)、薄膜聲學(xué)封裝技術(shù)(Thin-Film Acoustic Packaging，TFAP)、CuFlip以及晶圓級封裝(Wafer-Level Packaging，WLP)等新型封裝技術(shù)使許多射頻前端組件，包括濾波器，雙工器和多路復用器，得以大幅度縮小。除了組件級小型化之外，這些技術(shù)還在系統級別上，通過(guò)減少材料清單和簡(jiǎn)化與其他組件(包括天線(xiàn)開(kāi)關(guān)和收發(fā)器)的集成，節省了大量成本。

　　· 增加組件的物理集成：Qorvo等供應商所推出的集成解決方案不斷地加速主要射頻前端組件，如濾波器，PA，雙工器和交換機的集成和模塊化。這些方案通過(guò)集成某些組件于同一封裝來(lái)縮小射頻前端的尺寸，對減少總體尺寸至關(guān)重要。

　　物理集成的概念正在通過(guò)新的封裝解決方案進(jìn)一步擴展。其中，與雙工器集成的前端模塊(FEMiD)及與雙工器集成的PA模塊(PAMiD)將各種組件，如PA，開(kāi)關(guān)，發(fā)射機的低通濾波器和接收器的SAW濾波器集成到前端模塊。由于各類(lèi)射頻組件的異構性質(zhì)和信號干擾，并非所有組件都適合集成，但這些新型集成模塊有助于降低復雜性，并減少使用空間。

　　此外，瞄準單一市場(chǎng)的入門(mén)級智能手機中所采用的分立組件設計與銷(xiāo)售全球的高端智能手機中所采用的射頻前端設計有著(zhù)非常明確的界線(xiàn)。顯然，后者更高級別的組件集成和精細設計能提供更卓越的性能與表現。多數的大型OEM廠(chǎng)商越來(lái)越多地為其旗艦機型采用單一的射頻前端，以降低運營(yíng)成本并優(yōu)化用戶(hù)體驗。目前受到廣泛采用的是PAMiD。與此同時(shí)，OEM廠(chǎng)商也不愿意設計大量瞄準單一市場(chǎng)的智能手機型號。因此，FEMiD的采用讓廠(chǎng)商能針對不同的區域市場(chǎng)設計手機，通過(guò)模塊的輕松替換來(lái)支持不同頻段組合。

　　射頻前端日益復雜化，與其相關(guān)組件數量的日益增長(cháng)，都將顯著(zhù)影響到智能手機的工業(yè)設計。手機廠(chǎng)商必須確保其設備能夠將這些高端技術(shù)及其對射頻前端的要求集成到智能手機中，而不會(huì )影響以下任何一個(gè)方面：

　　·上市時(shí)間

　　·價(jià)錢(qián)

　　·性能

　　·能量消耗

　　·成熟的設計元素(例如尺寸，薄度，顯示尺寸，金屬外殼的采用等)

　　對智能手機供應商而言，任何重大延誤都可能是災難性的。隨著(zhù)智能手機市場(chǎng)的日益成熟以及持續的激烈競爭，如何保持競爭力對于OEM廠(chǎng)商至關(guān)重要。更重要的是，OEM廠(chǎng)商對下一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )寄予厚望，期望通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的提升刺激手機升級的需求并且加速更換周期。

　　毋庸置疑，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的提升也給所有在價(jià)值鏈上的企業(yè)帶來(lái)更多的挑戰。由于射頻前端日益復雜，射頻前端架構及組件的供應商等企業(yè)都在積極尋求最優(yōu)良的和具有成本效益的管理與解決方案。因此，能提供射頻前端標準模塊以及端到端解決方案的供應商的出現對OEM廠(chǎng)商而言猶如久旱逢甘霖，大大加快他們的射頻前端設計流程和手機上市時(shí)間。正如ABI Research的Teardown服務(wù)中的智能手機型號分析，射頻系統增強與其硅片面積是相聯(lián)系的。換言之，有著(zhù)相同的射頻設計的射頻板，其面積會(huì )隨著(zhù)系統對新功能的支持與新組件的加入而相應地顯著(zhù)增加。然而，使用精密設計的射頻系統可以使射頻板面積更緊湊，體積更小。很顯然的，射頻前端的復雜性讓大部分的手機廠(chǎng)商大吃苦頭，而且整個(gè)行業(yè)到目前為止仍然缺乏標準的實(shí)施方案。其中主要的問(wèn)題包括如何平衡因前端組件的增加而帶來(lái)的顯著(zhù)功耗和對手機外觀(guān)設計的影響。面對這些挑戰，有些手機廠(chǎng)商甚至選擇延遲推出新型號手機，為了爭取更多的時(shí)間來(lái)確保手機正常操作，避免最后淪落為虛有其表的產(chǎn)品。

　　與OEM制造商恰恰相反，射頻組件供應商則為了滿(mǎn)足智能手機廠(chǎng)商和運營(yíng)商的要求，選擇生產(chǎn)定制產(chǎn)品，進(jìn)而影響他們的整體利潤。通過(guò)射頻供應鏈一系列的合理化，這種業(yè)務(wù)上的威脅開(kāi)始有所緩和，例如TriQuint Semiconductor和RF Micro Devices合并成為Qorvo。預計未來(lái)幾年，更深入的射頻系統集成以及對市場(chǎng)份額的競爭將迎來(lái)更多的行業(yè)整合和合作。

　　射頻市場(chǎng)的領(lǐng)先地位將取決于組件和系統級的創(chuàng )新和整合

　　顯然的，射頻組件的硬件集成對于將下一代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)帶入智能手機參考設計扮演著(zhù)關(guān)鍵的角色。除非將來(lái)射頻行業(yè)里出現更多的合作和針對性整合，手機廠(chǎng)商將面臨射頻技術(shù)上巨大的挑戰，特別是隨著(zhù)更高級別的載波聚合、4×4 MIMO與5G的通訊技術(shù)在智能手機里的廣泛應用，還有隨之而來(lái)的工業(yè)設計和電源管理方面的難題。

　　雖然全面和高性能的射頻組件和模塊的重要性是不置可否的， 它們仍然未被大部分的移動(dòng)設備所采用。如果要讓下一代的移動(dòng)設備能具備更多新網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與功能，整個(gè)行業(yè)需要更多與射頻有關(guān)的創(chuàng )新。隨著(zhù)市場(chǎng)向LTE-Advanced Pro和5G邁進(jìn)，組件的物理集成并不足以應對射頻前端所面臨的挑戰。高度集成的射頻前端系統設計將是促進(jìn)這一轉型的關(guān)鍵。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，射頻前端系統設計和平臺化對于智能手機能否承載更多異構組件至關(guān)重要。這些異構組件，如MIMO系統，智能天線(xiàn)系統和波束跟蹤器，在下一代網(wǎng)絡(luò )扮演著(zhù)不可或缺的角色。隨著(zhù)射頻系統在下行鏈路和上行鏈路層變得更加復雜，新的系統集成技術(shù)，例如包絡(luò )跟蹤器和動(dòng)態(tài)天線(xiàn)調諧器的集成將成為提高整個(gè)射頻系統性能的必要條件，再加上更多的頻譜帶，包括C波段、mm波和cm波將被開(kāi)啟以支持5G，射頻解決方案和設計的未來(lái)商機和挑戰更是不言而喻。

　　與此同時(shí)，供應商們也必須抓住機會(huì )提供先進(jìn)的射頻前端系統設計，不僅是核心的射頻前端技術(shù)和先進(jìn)的模塊集成，還提供調制解調器到天線(xiàn)的射頻解決方案。這些高端解決方案將有助于滿(mǎn)足智能手機行業(yè)的迫切需求，使OEM廠(chǎng)商們能夠更專(zhuān)注于客戶(hù)體驗，為客戶(hù)們及時(shí)提供更可靠的設備。這些方案也能讓OEM廠(chǎng)商們不用花太多的精力處理日益增長(cháng)的射頻前端組件及其供應商們。

　　所有的供應商必須能夠為智能手機廠(chǎng)商提供創(chuàng )建下一代設備的利器。因此，預計在未來(lái)12個(gè)月內，主要供應商和系統集成商將不斷合并單一產(chǎn)品的廠(chǎng)商和部分組件供應商。劇烈的市場(chǎng)競爭也可能導致一些射頻組件供應商退出智能手機市場(chǎng)。

　　Qorvo目前位于“解決RF復雜性”的前沿，可提供一系列完整的高度集成解決方案。從LowDrift™和NoDrift™濾波技術(shù)和天線(xiàn)調諧到RF Fusion™ 和RF Flex™射頻前端解決方案，Qorvo高度集成的核心射頻解決方案將助力移動(dòng)設備廠(chǎng)商加快下一代產(chǎn)品的設計實(shí)現。