LTE频段多，如何破解3G/4G手机RF射频前端问题

【导读】现在，一部手机需支持3G/4G等不同制式，同一制式还需支持不同频段。进入LTE时代，频段越来越多，一部手机往往需要多颗不同频段不同制式的功率放大器、滤波器与双工器。在非常小的体积内，要满足射频前端的需求，还要不牺牲性能，怎么破？为了实现超小的尺寸和更快的上市时间，手机制造商希望采用采用经过验证和测试的集成无线电模块，和小尺寸、简化的RF硬件方案，为其他高端功能节省空间。所以复杂的RF前端模拟、数字和高频电路需要达到更高级别的集成。而且，更多传统的高频功能将由数字电路来处理。对于模拟功能的集成，对策一般是使用多模多频段工作的PA，即以1～2个功放，完成以前6个功放同样的功能。在手机射频前端应用上，有源PA的频段比较多，每一频段都要若干个放大器支持，所以有很多频段的时候需要放很多PA。如何集成这些不同频段和制式的功率放大器是业界一直在研究的重要课题。目前有两种方案：一种是融合架构，将不同频率的射频功率放大器PA集成；另一种架构则是沿信号链路的集成，即将PA与双工器集成。两种方案各有优缺点，适用于不同的手机。融合架构，PA的集成度高，对于3个以上频带巨有明显的尺寸优 势，5-7个频带时还巨有明显的成本优势。缺点是虽然PA集成了，但是双工器仍是相当复杂，并且PA集成时有开关损耗，性能会受影响。而对于后一种架构，性能更好，功放与双功器集成可以提升电流特性，大约可以节省几十毫安电流，相当于延长15%的通话时间。所以，业内人士的建议是，大于6个频段时（不算 2G，指3G和4G）采用融合架构，而小于四个频段时采用PA与双工器集成的方案PAD。目前TriQuint可提供两种架构的方案，RFMD主要偏向于融合PA的架构，Skyworks偏向于多频PAD方案而在简化4G射频设计的过程中，两个趋势也越来越明显的显示出来：第一个趋势：多频多模放大器（MMPA）目前智能手机面临15种制式、12-13个频段共存的局面。能否把PA做成宽频，把这些频段都覆盖了。原则上1G附近，即800M，850M，900M附近，甚至700M，可以共用一条链路。2G附近，1.8G、1.9G、2.1G、2.4G、2.6G，可以做1个或者2个PA，把这些频段都覆盖了。MMPA将会是一个新的高成长市场，其最大商机是中、高端智能手机，这类手机使用大量频带和模式来确保漫游期间的语音和数据服务可用性。比如，TriQuint的MMPA，配有一个具有低和高功率模式增益状态的WCDMA功率放大器，在整个范围的操作条件下最大限度地提高通话时间。每款与一个耦合器和频带分布开关完全匹配，是当今小型数据功能手机的理想选择。此5x7 mm、高度集成的模块提供了一个超小的外形尺寸，缩小产品的整体面积 同时减少外部元件数量、减少组装成本、加快产品上市时间。第二个趋势：特殊性能的滤波器滤波器是机械波的装置，不能调频率不像PA，可以调到2.1G，可以调到1.8G。原则上每个频率都要一个滤波器。LTE下滤波器数量增加非常多，而且不同频道之间的距离非常小，相互干扰，相互限制，对滤波器性能提出更高的要求。共存滤波器，特别是TD-LTE宽频下很有挑战性。滤波器技术方面出现了一些创新，其中一种新技术叫体声波（BAW），不同于以往的声表面波（SAW）。BAW的特性在于更低的插入损耗、更陡峭的斜坡曲线、更有效的近频抑制，以及更优异的体积以及它的能量密度（单位面积传输的能量），进而提升产品性能。比如，TriQuint利用BAW技术的优势来支持以下频带：频带3、频带7、频带25、频带38、频带40、频带41以及Wi-Fi共存滤波器。RF 前端的集成趋势带来的挑战从上文可以看出，RF前端的集成趋势带来如下挑战：一：如何保持现在用分立方案实现的所有电性能参数。如果性能大打折扣，集成就没有意义了。二：如何提供更高的线性度和效率。三：如何提供相应的集成和工艺新技术，包括GaAsBiHEMT、倒装芯片模块等。四：如何解决附加频段对滤波器提出的挑战。 五：如何保持合理的成本解决办法唯有各个击破。业内人士表示：“只有使用先进的技术资源、积累多年的放大器设计经验以及创新和可靠的设计技术，才可能开发‘改变游戏规则’的解决方案。” 对于成本问题，可通过以下三方面来解决：一是将芯片做小，不过PA是大功率器件，做小后散热很难，而采用砷化稼工艺的能量密度比 LDMOS工艺的高、更有优势。二是制程突破，应用于手机的PA一般采用6英寸晶圆，其他领域是4英寸，如果手机用PA全部采用6英寸晶圆，成本将会进一步下降。三是用户量，如果需求量大的话，则测试封装成本都会随之下降。 破解多频段多制式下的RF射频前端集成问题，还有更好的方法么？