射頻前端FEM的相關知識

在《iPhone 15 芯片分解》中，我們看到了整個iPhone15的射頻部分兩顆高通的射頻收發(fā)器芯片SDR735 ，一顆高通的毫米波收發(fā)器芯片 SMR546，兩顆博通的AFEM芯片+兩顆Skyworks的FEM芯片，以及一顆Qorvo的 FEM芯片再加上一顆蘋果FEM 模塊，就完成了超級強大的射頻收發(fā)功能：支持23 各頻段的 5GNR 通信+ 19個頻段的 FDD-LTE 通信+8個頻段的 TDD-LTE通信+ 6個頻段的 UMTS/HSPA+ 通信+ 4個頻段的GSM/EDGE 通信。

從2G 時代的GSM 通信，一直到現(xiàn)在5GNR通信，僅在一塊小小的射頻板上就完成了，而且還有 藍牙， Wifi 等通信模塊。

完全不能想象如果僅靠板級射頻電路來完成這些功能，這個手機將會多么龐大？

今天我們一起來學習一下射頻前端FEM的相關知識。

No.1

什么是FEM？

我們知道在一個超外差架構的發(fā)射路徑，信號經(jīng)過數(shù)字基帶部分的處理之后，會通過DAC完成數(shù)字信號和模擬信號的轉換，然后通過一級混頻得到中頻信號IF，然后經(jīng)過中頻放大和濾波之后進入二級混頻，把信號頻率升高到RF對應的頻段，然后經(jīng)過射頻濾波和放大之后進入天線進行發(fā)射。而接收機鏈路剛好相反，通過天線接收到的射頻信號經(jīng)過濾波和低噪聲放大之后進入第一級混頻，得到中頻信號，經(jīng)過中頻濾波和放大之后進入第二級混頻，得到低頻模擬信號，然后通過ADC模數(shù)轉換器得到正交的數(shù)字IQ信號，最后在基帶部分進行處理。

所以，對于射頻前端FEM，廣義上的定義就是：基帶到天線之間的這部分射頻電路。

毫無疑問，如果能夠把這整個射頻鏈路都集成在一個FEM 芯片中，這就太完美了。這也是幾乎所有RFIC人的夢想。

這里面包含了，D/A，A/D轉換器，低頻濾波功能，本振LO，中頻混合以及中頻濾波和放大，射頻混合器，射頻放大器和濾波器等等，想把這么多的模塊集成到一個芯片上，做成一個真正的SOC，這簡直比登天還要難。

所以，一代又一代的射頻人為之努力。既然整個射頻鏈路很難集成，那是不是可以少做一點點。比如只把最前端的那一部分電路集成，如下圖所示，所以就有了狹義上的FEM定義：集成了射頻放大PA/LNA功能和濾波/切換功能電路。

這樣FEM IC設計就簡單了很多，只要把 PA/LNA和Filter / Switch 封裝到一起就可以完成一個最簡單的FEM 芯片。

關于射頻前端FEM的這兩種定義，我覺得都比較合理。

因為隨著射頻技術的發(fā)展，射頻收發(fā)架構也在不斷進步，比如目前比較流行的零中頻架構，其射頻鏈路較超外差架構就簡單很多了，如下圖所示，天線接收到的信號經(jīng)過射頻濾波和低噪放之后直接下變頻到I/Q信號，省去了中頻混頻，濾波以及放大的部分。

以及更為簡單的射頻采樣接收機 RF Sampling，天線接收到的信號經(jīng)過濾波和低噪放之后直接進入RF ADC，轉換為數(shù)字信號。

所以，狹義上的FEM在未來也非常具有實際應用價值。

審核編輯：湯梓紅