5G射頻、時(shí)鐘、電源的趨勢及瑞薩的解決方案

　　趙林新?（瑞薩電子物聯(lián)網(wǎng)及基礎設施事業(yè)本部?資深產(chǎn)品工程師）

　　1 5G元器件的技術(shù)趨勢

　　瑞薩提供應用于5G領(lǐng)域的射頻、時(shí)鐘、電源等完整的解決方案。就射頻芯片而言主要用于基站設備，也可以用于高性能的通信設備以及相關(guān)測試測量設備。就技術(shù)層面或者趨勢而言，以下三點(diǎn)自始至終存在并在持續。集成度的提升。

　　1）主要從以下兩個(gè)方面來(lái)理解：

　　在早期的通信設備中，由于多方面因素的影響，在射頻系統的收發(fā)鏈路中，可以看到非常多的分立器件或者單一功能的器件，譬如DSA，VVA，Mixer，IFVGA，但是隨著(zhù)半導體工藝的演進(jìn)，設計水平提升，高性能數模轉換器（DAC）以及輔助數字技術(shù)引入，對于整個(gè)射頻鏈路架構產(chǎn)生了深遠的影響，先前的一些射頻功能可以在數字域中完成，這極大地簡(jiǎn)化了純射頻鏈路設計。

　　由于SiGe，SOI以及GaAs工藝本身的特點(diǎn)以及多種工藝的混合應用，導致射頻器件集成度提高。

　　2）射頻器件設計復雜化

　　不同的射頻器件，根據其在鏈路中的位置，譬如是接收還是發(fā)射，是前級還是后級都有著(zhù)不同的技術(shù)指標要求，這些都會(huì )映射到工藝的選擇和電路架構的優(yōu)化設計。同時(shí)需要注意的是，即使功能類(lèi)似的器件，不同的廠(chǎng)商實(shí)現方式可能截然不同。另一種情況是，同樣的器件在不同的客戶(hù)應用中，由于客戶(hù)鏈路實(shí)現能力上的差異，也會(huì )有差別。為了給客戶(hù)提供高集成度的解決方案，并綜合成本、性能以及可靠性等因素，射頻器件在定義以及設計中并不簡(jiǎn)單，需要做很多相關(guān)工作。

　　3）整體方案能力不斷增強

　　由于以前射頻鏈路的離散化和集成度低，所以很多專(zhuān)注于某一領(lǐng)域的公司有很多機會(huì )，但是隨著(zhù)集成度的提供以及射頻器件的復雜化，這些公司很難通過(guò)單一的器件或者工藝來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。如果觀(guān)察現有的射頻類(lèi)公司，會(huì )發(fā)現這些公司設計能力更綜合，器件在信號鏈的分布更加完整，很多公司可以提供從天線(xiàn)口到ADC/DAC之間的信號鏈芯片。

　　2 工程師在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)的難點(diǎn)

　　通過(guò)與客戶(hù)的探討，不同的應用有著(zhù)不同的需求，這些需求可能存在細節上的差異，或者當客戶(hù)決策時(shí)，權重不同，但是隨著(zhù)5G通信的發(fā)展，如果我們把5G的應用場(chǎng)景歸為Sub-6 GHz以及mmWave（毫米波）兩個(gè)部分，我們可以發(fā)現如下挑戰。

　　1）Sub-6 GHz

　　性能與成本等因素的折中。就5G通信發(fā)展而言，Sub-6 GHz的應用整體提前與mmWave應用而且隨著(zhù)中國、韓國等國家的5G啟動(dòng)，目前已經(jīng)進(jìn)入了大規模布網(wǎng)時(shí)期，運營(yíng)商出于成本的考慮，對于基站側的性能要求越來(lái)越高，尤其涉及空口功率以及整體功耗等指標，這些指標的提高會(huì )深刻涉及射頻器件的定義，譬如某個(gè)開(kāi)關(guān)的功率容量從3 W，不斷提升到5 W、10 W以及最近的20 W。這些指標的提升會(huì )牽動(dòng)其他指標以及工藝、電路架構的選擇，最終交付給客戶(hù)時(shí)延伸為成本、交期以及可靠性問(wèn)題。從目前來(lái)看，性能與成本等因素會(huì )是客戶(hù)比較關(guān)心的因素。

　　2）mmWave

　　性能與功耗是短期的痛點(diǎn)，長(cháng)期看會(huì )是成本。相比于Sub-6 GHz應用，mmWave無(wú)論是規模還是成熟度要滯后一些，但是從mmWave的高頻特性以及EIRP等指標來(lái)看，目前射頻器件[beamformer（波束成形）]無(wú)論是從性能、功耗還是成本的角度來(lái)考慮，還沒(méi)有達到合適的位置。

　　3 瑞薩的解決方案

　　瑞薩做為射頻芯片方案的供應商，無(wú)論是Sub-6GHz還是mmWave都擁有出色的產(chǎn)品設計能力和交付能力，并與客戶(hù)建立了長(cháng)期的戰略合作關(guān)系。

　　1）Sub-6 GHz

　　在和客戶(hù)深入合作以及交流的基礎上，瑞薩做了很多技術(shù)創(chuàng )新，Smart Silicon匯聚了瑞薩在射頻芯片領(lǐng)域的長(cháng)期技術(shù)積累和創(chuàng )新。譬如瑞薩用SiGe工藝實(shí)現了高性能、高集成度以及低成本的射頻器件，成功替代了先前主要使用GaAs工藝的器件，在4G時(shí)代得到了客戶(hù)的認可。在5G時(shí)代， 瑞薩根據客戶(hù)的需求和成本控制，發(fā)揮SiGe、GaAs以及SOI等工藝優(yōu)勢，系統地提供了解決方案，實(shí)現了性能、成本以及可靠性的統一，在5G應用中占據了領(lǐng)導地位。

　　2）mmWave

　　mmWave方面，瑞薩一致堅持和客戶(hù)進(jìn)行技術(shù)交流，在定義之初就將性能、功耗以及成本做為整體考慮。第一代beamformer芯片具備的低功耗獲得了客戶(hù)的認可。目前已經(jīng)進(jìn)入了第二代beamformer的研發(fā)，創(chuàng )新地提出了dual-polarization beamformer，極大地降低了設計的復雜度，產(chǎn)品的尺寸以及芯片的數量，從而降低了成本。同時(shí)瑞薩提供了整套系統解決方案，該方案包含beamformer，Up/Down Converter以及RF PLL，這些產(chǎn)品計劃在2021年進(jìn)入量產(chǎn)。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）