下一代手機(jī)設(shè)計(jì)的RF架構(gòu)選擇

智能手機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)趨于多樣化，被劃分為多個(gè)類(lèi)別，具有不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)和重點(diǎn)，這就需要不同的 RF 前端 （RFFE） 集成方法。旗艦手機(jī)是專(zhuān)為超級(jí)區(qū)域或全球范圍使用而設(shè)計(jì)的高端設(shè)備。它們需要高度集成的 RFFE 架構(gòu)，例如 Qorvo 的 RF Fusion?，該架構(gòu)集成了所有主要的發(fā)射和接收功能，包括支持所有主要的頻段和全球載波聚合部署。該方法最大限度地提升了性能、節(jié)省了空間，并幫助制造商僅僅在單一設(shè)計(jì)上采用一些變體 （SKU） 就能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

相比之下，中端區(qū)域性手機(jī)對(duì) RFFE 的要求則大不相同。為最大限度地降低手機(jī)成本，制造商設(shè)法只添加特定區(qū)域頻段所需的 RF 元件，但是，他們需要快速調(diào)整手機(jī)設(shè)計(jì)以滿足不同區(qū)域和客戶的需求。這就需要能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性的 RFFE 架構(gòu)，例如 Qorvo 的 RF Flex?。RF Flex 集成一部手機(jī)在多個(gè)區(qū)域環(huán)境中常用的核心 RF 元件，如功率放大器和開(kāi)關(guān)；然后制造商只需要添加適當(dāng)?shù)?a href="http://srfitnesspt.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器，即可迅速生產(chǎn)用于特定區(qū)域和運(yùn)營(yíng)商的機(jī)型。

載波聚合的挑戰(zhàn)

如今，先進(jìn)的封裝技術(shù)支持將多個(gè) RFFE 元件整合到集成模塊中，幫助智能手機(jī)制造商加速新手機(jī)的設(shè)計(jì)和制造。然而，并非所有的智能手機(jī)都有相同的 RFFE 集成需求；智能手機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)趨于多樣化，被分成多個(gè)類(lèi)別，具有不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)和重點(diǎn)。這就產(chǎn)生了下列問(wèn)題：RFFE 集成的正確水平是怎樣的？對(duì)每個(gè)智能手機(jī)類(lèi)別來(lái)說(shuō)，最好的集成方法是什么？

如今，兩個(gè)主要的智能手機(jī)類(lèi)別分別是專(zhuān)為超級(jí)區(qū)域或全球范圍使用而設(shè)計(jì)的旗艦手機(jī)，以及為區(qū)域范圍使用而設(shè)計(jì)的中端和入門(mén)級(jí)手機(jī)。這兩個(gè)類(lèi)別有著明顯不同的設(shè)計(jì)重點(diǎn)、價(jià)位和開(kāi)發(fā)時(shí)間表。

旗艦手機(jī)設(shè)計(jì)高端、性能優(yōu)越，通常在全球范圍推出和上市，零售價(jià)不低于 500 美元。雖然旗艦手機(jī)數(shù)量相對(duì)較少，但是它們卻占了全球手機(jī)銷(xiāo)售額的很大比重，且數(shù)量還在不斷增長(zhǎng)。

旗艦手機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是僅僅在單一設(shè)計(jì)上采用一些變體 （SKU） 就能支持在全球范圍使用。每個(gè) SKU 都包含大量 RF 內(nèi)容以支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際使用，通常支持 6 種模式和 15 個(gè)以上的 LTE 頻段。為了提供最快的數(shù)據(jù)速率，如今的旗艦手機(jī)還搭載 6 類(lèi)以上的調(diào)制解調(diào)器，并支持下行和上行載波聚合 （CA）。

對(duì)于旗艦手機(jī)的制造商來(lái)說(shuō)，限制 SKU 數(shù)量提供了關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，可以降低生產(chǎn)和庫(kù)存管理的復(fù)雜度。旗艦手機(jī)的產(chǎn)品周期相對(duì)較長(zhǎng)，其 RF 設(shè)計(jì)要求通常固定為產(chǎn)品發(fā)布前的 12 至 18 個(gè)月。

相比之下，中端和入門(mén)級(jí)區(qū)域性手機(jī)則專(zhuān)為區(qū)域使用而設(shè)計(jì)，具備一些漫游功能。這類(lèi)手機(jī)的型號(hào)和制造商都很多，手機(jī)零售價(jià)格低于 500 美元。這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的細(xì)分市場(chǎng)占據(jù)了全球銷(xiāo)量的最大比重，且隨著對(duì)價(jià)格敏感的消費(fèi)者從 2G 和 3G 手機(jī)過(guò)渡到 4G LTE 手機(jī)，其增長(zhǎng)速度比其他細(xì)分市場(chǎng)更快，特別是像中國(guó)這樣的市場(chǎng)。

由于中端手機(jī)是專(zhuān)為區(qū)域使用而設(shè)計(jì)的，為最大限度地降低手機(jī)成本，制造商設(shè)法只添加特定區(qū)域頻段所需的 RF 元件。一部典型的中端手機(jī)支持 5 種模式和 5-8 個(gè) LTE 頻段，并搭載一個(gè) 4 類(lèi)以上的調(diào)制解調(diào)器；一些機(jī)型提供有限的載波聚合支持，主要為下行載波聚合。

瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求意味著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間非常短，需要高度的設(shè)計(jì)靈活性，尤其在中國(guó)更是如此。例如，一些手機(jī)是專(zhuān)為滿足單一移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的需求而設(shè)計(jì)的。運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)在手機(jī)預(yù)定發(fā)布日期前的 2 至 6 個(gè)月才選定一個(gè)合約制造商。由于手機(jī)制造商事先并不知曉他們的客戶會(huì)是誰(shuí)，因此他們必須能夠快速地調(diào)整手機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域。

有些制造商專(zhuān)注于國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售，而有些制造商正在努力拓展海外市場(chǎng)。那些設(shè)法增加出口的制造商開(kāi)始在他們的中端手機(jī)中加入更多的 LTE 頻段來(lái)減少針對(duì)新市場(chǎng)開(kāi)發(fā)機(jī)型所需的工程設(shè)計(jì)工作。

在本白皮書(shū)中，我們將討論這兩大智能手機(jī)類(lèi)別 – 旗艦手機(jī)和中端手機(jī) – 的不同 RFFE 集成要求并提供適用于每個(gè)類(lèi)別的 RFFE 架構(gòu)示例。

旗艦手機(jī)的 RFFE 集成

旗艦手機(jī)需要且應(yīng)該具有非常高的 RFFE 集成度。為吸引消費(fèi)者關(guān)注這些高端設(shè)備，制造商設(shè)法將最高級(jí)的功能和性能塞入精美的超薄手機(jī)中。RFFE 必須集成大量的頻段來(lái)支持超級(jí)區(qū)域或全球范圍的使用，同時(shí)采用多個(gè)上行和下行載波聚合組合以提高性能。另一個(gè)驅(qū)動(dòng) RFFE 集成的因素是 RFFE 在手機(jī)里可用的空間有限，因?yàn)橹圃焐淘O(shè)法最大限度地增加分配給電池的空間并加入多個(gè)天線以提高性能。

由于旗艦手機(jī)的 RF 需求通常可至少提前一年確定，因此 RFFE 設(shè)計(jì)人員可以專(zhuān)注于將最多的功能集成到前端模塊中，而無(wú)需太擔(dān)心需求會(huì)在模塊設(shè)計(jì)周期發(fā)生改變。

專(zhuān)為旗艦手機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè) RFFE 架構(gòu)示例是 Qorvo 的 RF Fusion，它將所有主要的發(fā)射和接收功能（包括對(duì)主要頻段的支持）都集成到三個(gè)緊湊模塊中，實(shí)現(xiàn)高、中、低頻段頻譜區(qū)域全覆蓋。該架構(gòu)設(shè)計(jì)還支持載波聚合在全球市場(chǎng)的快速部署。每個(gè)模塊都集成了功率放大器 （PA）、開(kāi)關(guān)和濾波器。通過(guò)采用先進(jìn)的晶圓級(jí)封裝，RF Fusion 比分立元件節(jié)省了大約 30-35% 的空間。

圖 1.Qorvo RF Fusion QM78064 高頻段模塊

圖 1 所示為 RF Fusion QM78064 高頻段模塊，它同時(shí)支持 FDD-LTE（帶有集成頻段 7 雙工器）和 TDD-LTE（頻段 40 和 41），并搭載一個(gè)支持 20 MHz + 20 MHz 上行載波聚合的寬帶 B41 LowDrift? BAW 濾波器。該模塊還配備一個(gè)天線開(kāi)關(guān)并支持包絡(luò)跟蹤 （ET） 和平均功率跟蹤 （APT），以盡可能減少能源消耗。