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[导读]从无处不在的射频技术到为无处不在的应用赋能,Qorvo凭借广泛的产品矩阵和差异化的技术优势,正在满足市场对高功率、高能效、高性能系统的应用需求。

提起Qorvo,我们总会第一时间想到其深厚的射频技术底蕴。早年间的RF Micro Devices (RFMD) 和TriQuint Semiconductor两家公司透过一系列技术创新,带动了太空探测和无线网络技术的发展。而在2015年,当两家合并为Qorvo之后,更是集双方之所长,一举奠定了Qorvo射频老大的这一江湖地位。

然而,今日的Qorvo已经不仅局限在射频技术领域,而是在电源、模拟、传感等领域全面布局。尤其是在Wi-Fi、SiC、电机控制、BMS和压感等领域,其产品相比竞品有着差异化的领先技术参数,并且提供了完整的软硬件解决方案,从而备受客户青睐。对其品牌宣传语进行解读,“All around you”已经不仅仅是指的射频无线连接技术无处不在,而是更宏观在应用的层面上,Qorvo的产品已经嵌入到了我们生活的方方面面。

近日,Qorvo在北京举办以“春光作序,万物更‘芯’”为主题的媒体活动,我们也有幸参与,了解到了在射频、BMS和压感交互领域的群面产品布局和独特产品优势。


非线性FEM+DPD方案,应对Wi-Fi 7新挑战

Wi-Fi 7(802.11be)是最新的无线网络标准,相比于Wi-Fi 6(802.11ax),它在速度、容量、延迟和效率方面都有显著的提升。首先最亮眼的数据是Wi-Fi 7预计能提供的最高速率达到30 Gbps,比Wi-Fi 6的最高速率9.6 Gbps高出许多。而如此巨大的跃进背后,离不开Wi-Fi 7的多项创新。

首先是直接将频道带宽翻倍,达到了320MHz;其次是新增了6 GHz频段,从而实现了2.4 GHz、5 GHz和6 GHz三个频段的同时运作。而通过多链接操作(MLO),Wi-Fi 7有效地降低了高密度网络环境中的网络延迟;而多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术和正交频分复用接入(OFDMA)技术的演进,允许同时服务更多的用户和设备,同时减少数据传输的冲突和延迟。

但同时我们需要关注到,随着诸多的创新加持,让Wi-Fi 7的设备开发面临了全新的挑战。同时,随着真正的3频的架构的到来,这也意味着Wi-Fi 7的AP需要多增一组发射系统,因此整体成本也会增加。

MLO要求设备能够同时管理多个频段的数据传输。这需要开发者设计和实现复杂的软件和固件算法来有效地调度和优化数据流,以确保所有频段的协调运作并最大化数据吞吐量。同时,由于涉及到多个频段的同时工作,测试和调试MLO功能的设备将比单频操作的设备更加困难。开发者需要确保设备在所有支持的频段上都能稳定可靠地运作,这可能需要更复杂的测试设备和更长的测试周期。

而QAM级别的提高则直接让调制符号点之间的间隔更小,这意味着调制和解调过程中需要处理的信号复杂度也随之增加。这要求设备的信号处理器必须有足够的处理能力和算法来精确地区分更密集的符号点;同时设备需要更高效的错误更正和信号增强技术来确保数据的准确传输。为了支持高阶QAM,无线设备的射频(RF)和模拟部件也需要有更高的精度和性能。

据Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Jeff Lin(林健富)介绍,Wi-Fi 7设备的开发,在射频器件、PA与滤波器部分都需要注意。Wi-Fi7要求的频宽是非常严格的,怎么让射频器件能够有更好的容错率、EVM更好、能够在传输过程中更稳定?这就需要一些新的技术。

Qorvo提供了符合Wi-Fi 7 规范的线性前端射频模块(FEM)器件、非线性FEM与涵盖整个 5GHz(UNII1-3)与 6GHz(UNII5-8)的「体声波」(BAW)滤波器。

其中最值得关注的是非线性FEM的方案。据悉,在PA方面非线性PA有着比传统线性PA更好的功耗表现。根据实测结果,非线性比线性PA可以省25%到30%的功耗。但非线性PA必须要搭配DPD来使用,同时也需要算法和软件的配合支持。而Qorvo作为射频领域的领导者,也提供了全面的FEM+DPD解决方案。据 Jeff Lin(林健富)介绍:“Qorvo的非线性(Non-Linear)FEM+DPD 的方案,不仅很好地解决了 EVM 的问题,还在功率效率上实现了很大的提升,例如使用 Qorvo 的非线性 FEMs 的三频 12 流路由器,预计可以节省大约 6 瓦(~6W)的功率。”


单芯片BMS串数提升,带来高效管理和设计简化

近年来在马达驱动市场上有一个显著的趋势:从传统的交流电机和燃油机向更先进的电机系统——如直流无刷电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)等逐步转变。马达驱动产品已从最初的5-24V低压产品逐步发展到可以支持60V、90V甚至更高电压的平台。这种转变也带来了电机供电方案的变化,例如,从原有的燃油机或交流电驱动逐渐向电池供电过渡。典型的例子包括吹风机和吸尘器等日常用品,它们正在从传统的220V交流电逐步转向电池供电的产品。

这一趋势为芯片厂商提供了新的商机。在消费品、工业和汽车领域,可以看到电池组越来越频繁的使用,这带来了电池管理系统(BMS)芯片的广阔市场前景。

Qorvo在电机控制和BMS方面均有创新的产品解决方案,同时还提供了SiC FET和模组等。在SiC方面,Qorvo的产品以极低的Rds(on)而闻名,而在电机控制和BMS方面,以高集成度的单芯片解决方案著称。

据Qorvo资深客户经理张亦弛介绍,2013年Qorvo推出了第一款内置M0内核的智能马达控制IC;2015年将马达驱动产品扩展到40V、70V以及600V电压平台;2017年又根据客户的需求加入了160V产品;2018年将内部集成的MCU内核升级到了M4;在2021年完成了从40V、70V、160V、600V全线的马达驱动产品布局,累计推出了超过30款产品。

而随后在2023年,Qorvo的第一款BMS产品(PAC22140/PAC25140)正式发布。该芯片同样延续了在电机驱动产品上的高集成度的特色,在单芯片中集成了AFE+MCU,可以同时实现20路的电芯平衡,一经发布就引发了业界的关注。

从需求角度出发,一款好的BMS芯片需要实现充放电开关、电量监控和计算、电芯平衡、短路保护和过充过放保护等功能,而在这些功能实现的同时,BMS也要尽可能减少自身的功率消耗。这一系列的功能,离不开高边驱动、比较器、放大器、多路选通器等数模混合电路的参与,而Qorvo将其全部电路设计好,集成在了BMS中。

据张亦弛介绍,PAC22140/PAC25140内部集成了最高输入为145V的Buck电路,以及5V和3.5V的LDO,所以客户在电源设计这块完全不需要考虑设计和选型问题,直接布设外围的电阻、电容和电感相关的被动元件,就可以完成电源设计。“芯片内部会自行进行管理电源,比如MCU的供电、模拟前端的供电、包括电芯的高边驱动都集中了进去。高边驱动外围设计已经简化到只有两个MOS管,一个管理充电,一个管理放电,对于客户项目来说也已经是非常简单的设计了。”

PAC22140/PAC25140的另一大特色在于单芯片实现了20串的电芯管理,这也是业界首颗单芯片20串BMS。一颗BMS能够管理的串数越多,也就意味着BOM成本的降低,同时对于客户开发成本的降低。通过单颗芯片就覆盖客户不同电压完整的应用需求,既可以支持在48V电压上的应用,也可以支持60V或者72V产品上的应用。因此客户在不同电压平台的设备上,可以实现兼容的BMS设计,从而大大减少了设计成本。

“对Qorvo的BMS做一个总结的话,有几大优势。”张亦弛总结到,“第一是高集成度,我们二合一的芯片可以做到更小的体积和更简洁的设计。第二,在二合一的基础上极大缩短客户开发的周期,减少客户开发时的effort,第三,相对于分立的方案来说可以提供更好的成本。第四,单颗芯片方案对整个系统可靠性提升是有帮助的,可以想像利用3颗或者4颗或者更多芯片来完成BMS完成系统设计的时候,只要任何一颗发生失效,就会导致整个系统出现问题。但是对于单芯片方案,只要这颗芯片有足够低的失效率,整个系统就可以保证极高的可靠性。”


传感器融合,打造无处不在的交互新体验

压感交互技术近年来在多个领域得到了广泛的应用和快速的发展。随着智能设备的普及,压感技术因其提供更丰富的用户体验和更高的操作精确性而变得日益重要。尤其是在汽车行业中,压感交互技术的应用已经展现出显著的增长和创新趋势。随着智能汽车和自动驾驶技术的发展,压感交互正成为提高车辆操作安全性和乘坐舒适性的关键技术之一。

压感交互主要依赖于压力传感器来捕捉用户对设备的触压力度,从而执行相应的功能或提供反馈。这种交互方式不仅能增强设备的用户界面,还可以创造更直观的用户操作体验。例如,在智能手机上,压感技术可用于实现快速访问应用程序或功能,增加游戏的互动性,甚至改善文字输入的效率。

目前,压感技术已经被广泛应用于汽车内部的用户界面中,如触控屏幕和按钮。这些压感触控界面能够提供更为精确和响应灵敏的用户体验,使驾驶者能够在不分神的情况下调整车内设置,如空调、娱乐系统等。通过感应驾驶者的触压力度,系统可以更精确地执行命令,从而减少操作错误并提升操作便利性。

虽然不像射频业务那么为人熟知,但Qorvo其实在压感交互领域其实也颇有建树。其“Sensor Fusion”系列产品中有二合一的集成方案,将MEMS和CMOS工艺集成在一个芯片中,并通过内部集成算法提供了完整的交互方案。

据悉,在Qorvo的Sensor Fusion产品中,其中传感部分是采用了MEMS工艺,能够把外部施加的力转换为电信号;电信号进入到CMOS工艺的ASIC中,进行滤波、放大、模数转换等系列的处理;透过Qorvo提供的算法进行计算处理之后,就能够给到用户最终的一个量化的力度信号值。

Qorvo资深客户经理Renado Lei(雷益民)表示,Qorvo的Sensor Fusio产品有三大特点。一是灵敏度非常高,超过100个单位Gauge factor(应变系数);二是体积非常小,可以轻松适用于可穿戴等体积受限的设备中;三是极低功耗,工作状态最低仅为1微安,适用于电池供电设备。

此外,与其他的芯片产品不同,压力传感器是跨学科的产品,涉及到了结构和电子两个方面。在结构方面的设计和技术路线选择,也决定了后续的电子电路设计、算法选择,更会关系到最终的产品效果。Qorvo的Sensor Fusion提供了两种不同结构堆叠方式的产品,分别是MEMS Force和ForceGauge。

MEMS Force 采用直压式堆叠方式,其中Sensor芯片通过硅胶等结构材料直接接触表面。当用户操作这个表面时,作用力直接传导至Sensor芯片,芯片随即将微小力转化为电信号。之后,这一信号通过模拟前端(AFE)芯片进行处理,并传送至上位机。Force Gauge系列,其工作原理略有不同,是通过PCB形变来传递力度信息。表面接收到的轻微力量会使PCB板轻微变形,从而产生可量化的力度信号。由于该系列的灵敏度较高,对变形量的要求相对较低,纳米到微米级的形变便足以产生所需信号。

雷益民表示,不论客户是采用了何种设计,Qorvo总部都有专门的结构工程师协助客户实现力的有效传输。根据客户的使用场景、包括结构、材料的不同,Qorvo会推荐不同结构的堆叠方式、包括不同的传感器系列,帮助客户在最终设计中达到比较好的力信号捕捉和量化。

在实际应用方面,Qorvo的Sensor Fusion已经广泛应用于智能手机、AR/VR、汽车/两轮车/u-Mobility、可穿戴设备以及智能家居等多个领域。随着智驾汽车的普及,很多高级车上才有的触控交互功能正在不断下放,而这预计也将会带来压感芯片带来更广阔的应用前景。


结语

从无处不在的射频技术到为无处不在的应用赋能,Qorvo凭借广泛的产品矩阵和差异化的技术优势,正在满足市场对高功率、高能效、高性能系统的应用需求。

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