LTE頻段多，3G/4G手機(jī)RF射頻前端如何破

為了實(shí)現(xiàn)超小的尺寸和更快的上市時(shí)間，手機(jī)制造商希望采用采用經(jīng)過驗(yàn)證和測(cè)試的集成無線電模塊，和小尺寸、簡(jiǎn)化的RF硬件方案，為其他高端功能節(jié)省空間。所以復(fù)雜的RF前端模擬、數(shù)字和高頻電路需要達(dá)到更高級(jí)別的集成。而且，更多傳統(tǒng)的高頻功能將由數(shù)字電路來處理。對(duì)于模擬功能的集成，對(duì)策一般是使用多模多頻段工作的PA，即以1～2個(gè)功放，完成以前6個(gè)功放同樣的功能。

在手機(jī)射頻前端應(yīng)用上，有源PA的頻段比較多，每一頻段都要若干個(gè)放大器支持，所以有很多頻段的時(shí)候需要放很多PA。如何集成這些不同頻段和制式的功率放大器是業(yè)界一直在研究的重要課題。

目前有兩種方案：一種是融合架構(gòu)，將不同頻率的射頻功率放大器PA集成；另一種架構(gòu)則是沿信號(hào)鏈路的集成，即將PA與雙工器集成。兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的手機(jī)。融合架構(gòu)，PA的集成度高，對(duì)于3個(gè)以上頻帶巨有明顯的尺寸優(yōu) 勢(shì)，5-7個(gè)頻帶時(shí)還巨有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是雖然PA集成了，但是雙工器仍是相當(dāng)復(fù)雜，并且PA集成時(shí)有開關(guān)損耗，性能會(huì)受影響。而對(duì)于后一種架構(gòu)，性能更好，功放與雙功器集成可以提升電流特性，大約可以節(jié)省幾十毫安電流，相當(dāng)于延長(zhǎng)15%的通話時(shí)間。所以，業(yè)內(nèi)人士的建議是，大于6個(gè)頻段時(shí)（不算 2G，指3G和4G）采用融合架構(gòu)，而小于四個(gè)頻段時(shí)采用PA與雙工器集成的方案PAD。目前TriQuint可提供兩種架構(gòu)的方案，RFMD主要偏向于融合PA的架構(gòu)，Skyworks偏向于多頻PAD方案。

而在簡(jiǎn)化4G射頻設(shè)計(jì)的過程中，兩個(gè)趨勢(shì)也越來越明顯的顯示出來：

第一個(gè)趨勢(shì)：多頻多模放大器（MMPA）

目前智能手機(jī)面臨15種制式、12-13個(gè)頻段共存的局面。能否把PA做成寬頻，把這些頻段都覆蓋了。原則上1G附近，即800M，850M，900M附近，甚至700M，可以共用一條鏈路。2G附近，1.8G、1.9G、2.1G、2.4G、2.6G，可以做1個(gè)或者2個(gè)PA，把這些頻段都覆蓋了。MMPA將會(huì)是一個(gè)新的高成長(zhǎng)市場(chǎng)，其最大商機(jī)是中、高端智能手機(jī)，這類手機(jī)使用大量頻帶和模式來確保漫游期間的語音和數(shù)據(jù)服務(wù)可用性。比如，TriQuint的MMPA，配有一個(gè)具有低和高功率模式增益狀態(tài)的WCDMA功率放大器，在整個(gè)范圍的操作條件下最大限度地提高通話時(shí)間。每款與一個(gè)耦合器和頻帶分布開關(guān)完全匹配，是當(dāng)今小型數(shù)據(jù)功能手機(jī)的理想選擇。此5x7 mm、高度集成的模塊提供了一個(gè)超小的外形尺寸，縮小產(chǎn)品的整體面積 同時(shí)減少外部元件數(shù)量、減少組裝成本、加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

第二個(gè)趨勢(shì)：特殊性能的濾波器

濾波器是機(jī)械波的裝置，不能調(diào)頻率不像PA，可以調(diào)到2.1G，可以調(diào)到1.8G。原則上每個(gè)頻率都要一個(gè)濾波器。LTE下濾波器數(shù)量增加非常多，而且不同頻道之間的距離非常小，相互干擾，相互限制，對(duì)濾波器性能提出更高的要求。共存濾波器，特別是TD-LTE寬頻下很有挑戰(zhàn)性。濾波器技術(shù)方面出現(xiàn)了一些創(chuàng)新，其中一種新技術(shù)叫體聲波（BAW），不同于以往的聲表面波（SAW）。BAW的特性在于更低的插入損耗、更陡峭的斜坡曲線、更有效的近頻抑制，以及更優(yōu)異的體積以及它的能量密度（單位面積傳輸?shù)哪芰浚M(jìn)而提升產(chǎn)品性能。比如，TriQuint利用BAW技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來支持以下頻帶：頻帶3、頻帶7、頻帶25、頻帶38、頻帶40、頻帶41以及Wi-Fi共存濾波器。

從上文可以看出，RF前端的集成趨勢(shì)帶來如下挑戰(zhàn)：

一：如何保持現(xiàn)在用分立方案實(shí)現(xiàn)的所有電性能參數(shù)。如果性能大打折扣，集成就沒有意義了。
二：如何提供更高的線性度和效率。
三：如何提供相應(yīng)的集成和工藝新技術(shù)，包括GaAsBiHEMT、倒裝芯片模塊等。
四：如何解決附加頻段對(duì)濾波器提出的挑戰(zhàn)。
五：如何保持合理的成本

解決辦法唯有各個(gè)擊破。業(yè)內(nèi)人士表示：“只有使用先進(jìn)的技術(shù)資源、積累多年的放大器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及創(chuàng)新和可靠的設(shè)計(jì)技術(shù)，才可能開發(fā)‘改變游戲規(guī)則’的解決方案。”

對(duì)于成本問題，可通過以下三方面來解決：一是將芯片做小，不過PA是大功率器件，做小后散熱很難，而采用砷化稼工藝的能量密度比 LDMOS工藝的高、更有優(yōu)勢(shì)。二是制程突破，應(yīng)用于手機(jī)的PA一般采用6英寸晶圓，其他領(lǐng)域是4英寸，如果手機(jī)用PA全部采用6英寸晶圓，成本將會(huì)進(jìn)一步下降。三是用戶量，如果需求量大的話，則測(cè)試封裝成本都會(huì)隨之下降。