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[导读]作为移动终端通信的核心组件,射频前端将在5G设备升级换代中迎来哪些重大变革?未来又将如何创新升级?对于射频厂商来说,如何在新一轮战役中抢占制高点?带着这些问题,近日21ic中国电子网记者采访了Qorvo华北区应用工程经理Fiery Zhang先生,以及Qorvo封装新产品工程部副总监York Zhao先生。

现如今,随着信息时代的进步,网络已经进入5G时代。相较于4G而言,5G具有更快的传输速率、更大的传输带宽,以及更多的连接数量,这些特征对于电子器件的复杂程度、数量和模块化上的要求也随之更高。

作为移动终端通信的核心组件,射频前端将在5G设备升级换代中迎来哪些重大变革?未来又将如何创新升级?对于射频厂商来说,如何在新一轮战役中抢占制高点?带着这些问题,近日21ic中国电子网记者采访了Qorvo华北区应用工程经理Fiery Zhang先生,以及Qorvo封装新产品工程部副总监York Zhao先生。

集成化发展,让PCB布局更合理

纵观移动通信技术的每一次升级,都能带来对射频前端器件需求量和价值量的大幅提升。而5G需要兼容更多的频段,频段数量的提升必然将带来对射频前端器件的大幅增长。

根据法国市场调研机构Yole Développement发布的报告预测,2023年射频前端的市场规模将达到350亿美元,较2017年的150亿美元增加130%,2017-2023年的复合增长率为14%。可以预见,射频领域未来几年无疑将会迎来新一轮产业升级。眼下,如何在新一轮战役中抢占制高点,已成为所有射频厂商的首要任务。

随着产品日趋智能化和快速化,智能设备的尺寸变得越来越小,这对射频前端的尺寸提出了更高的要求。Fiery在接受采访时指出,随着时代的发展,手机设计的复杂程度越来越大,应用的射频前端的器件变得越来越多,随之需要集成的功能也越来越多。因此,模块化发展将是射频前端未来的一个主流趋势。

图:Qorvo华北区应用工程经理Fiery Zhang(张杰)

所谓的模块化,就是把不同的器件集成到一个模组里面,比如PA(功率放大器)、LA(双极模拟)、开关、滤波器等。由于5G网络处理的频段增多,射频前端变得愈来愈复杂,而采用模组化的射频设计可以有效解决多频段带来的射频复杂性挑战,更好地处理干扰问题;同时,还能大幅度减少射频模块的PCB面积占比,缩短终端射频设计周期,加速手机产品上市时间等,从而获得越来越多的终端厂商认可。

简单来说,射频前端的模块化发展,实质就是从FEMiD(无源器件集成)迈向PAMiD(有源+无源器件集成)的过程。据Fiery介绍,PAMiD就是把PA、滤波器、开关,甚至包括LNA(低噪声放大器)都集成到一起,这类产品主要是致力于给客户提供一些更简单、性能更好、更适应他们产品的一类解决方案。

相较于FEMiD而言,PAMiD集成度高,可以节省手机内PCB的空间,又因其集成模块多,所以系统设计变得更易上手。Qorvo通过将LNA集成到PAMiD中,实现了PAMiD到L-PAMiD(带LNA的PA模块)的转变,使得射频前端模块的节省面积达到35-40mm*2,并且支持更多的功能,让PCB的布局更为合理。

近年来,Qorvo针对射频领域做了很多集成化的方案,根据移动通信技术的发展和市场需求的变化,进行多次演进,通过不断整合新部件,以获取更多优势。伴随着5G时代的来临,手机所需的PAMiD正在持续进行着整合。Qorvo作为全球射频领域的佼佼者,其利用高度集成的中频/高频模块解决方案,已经为多家智能手机制造商提供了广泛的新产品发布支持。

自屏蔽技术,充分发挥产品优势

射频前端的发展趋势,不仅仅是“持续整合”这一个特点。针对5G时代下的射频前端,Fiery谈到:“Qorvo一方面是不断改善它的性能,另一方面是解决这些产品在集成过程中所遇到的兼容性问题,或者是互扰的问题。其实Qorvo这几年的努力不单单是把射频前端的集成度做的越来越高,我们在做集成的同时,还在优化着自己的工艺与技术,从而使产品达到更好的性能。”

例如,Qorvo推出的Micro Shield自屏蔽技术,可以让PCB的布局更加灵活。据York介绍,这种自屏蔽技术是在模块表面添加一层自屏蔽金属镀层,取代原来外置的机械屏蔽罩,以起到屏蔽干扰信号的作用。它不仅具有较高的可靠性、较好的屏蔽性,同时还能有效地防止模块氧化。此外,从工艺的角度来讲,Qorvo的自屏蔽技术通过改进工艺路线,还可使成本大幅降低。

图:Qorvo封装新产品工程部副总监York Zhao(赵永欣)

为什么说自屏蔽技术能够降低成本?York给出了详细解释:“一方面,从工艺成本来看,在相同的功能条件下,这种自屏蔽技术一旦实现量产,其成本还是相对较低的,因为它的总体工艺过程相对较短、工序步骤较少;另一方面,从时间成本来看,这一技术的制程速度也是有了很大的提高。此外,带有自屏蔽技术的射频前端模块还涉及到集成度问题,其所占的体积和厚度也是越来越薄,这对于整体器件的成本而言也是一个贡献。”

据悉,采用Micro Shield自屏蔽技术的L-PAMiD能使其表面电流减少100倍,这相当于其射频前端模块自带屏蔽罩,无需再思考机械屏蔽罩的放置问题。

高性能器件,助力释放5G潜能

在5G时代,射频前端除了要解决布局空间、成本等相关问题之外,还要面临着射频器件性能的挑战。以滤波器为例,在4G以前,由于频率相对较低,SAW滤波器能够很好地满足设备的需求。但跨入到5G高频时代,SAW的局限性开始逐渐凸显。在高频仍然保持较高Q值的BAW滤波器,便成为了业界的新宠儿。

Qorvo作为全球领先的射频方案提供商,拥有广泛的RF滤波器产品组合,包括双工器、同向双工器、三工器、四工器和分立式RF滤波器,可以覆盖400 MHz至2.7 GHz的频率范围,包括蜂窝式(2G/3G/4G/LTE)、GPS和工业、科学及医学(ISM)频段,在大小、性能、成本和上市时间方面,均处于市场领先水平。

此外,Qorvo高级LowDrift™和NoDrift™滤波器支持最高水平的LTE共存无线网络覆盖,提供市场领先的超稳定温度性能和更出色的用户体验,以及世界级SAW和BAW技术支持广泛的滤波功能,比如带通、频段选择、共存滤波器、延迟线和频段抑制(陷波)滤波器。

值得一提的是,Qorvo在前段时间推出了一款高性能n41子频段5G体声波(BAW)滤波器——QPQ1298。据悉,这款滤波器采用紧凑的2mmx1.6mm封装,不仅易于组装,还可为农村、城郊及人口稠密的城市地区提供5G高数据容量所需的更高频率和带宽。它覆盖2.515至2.674 GHz的频率,具有大于45 dB的近频带衰减,能够满足苛刻的Wi-Fi共存要求。

作为射频前端的另一个核心器件,PA的重要性也是不言而喻。为了助力通信系统实现性能突破,日前Qorvo推出了全球性能最高的宽带功率放大器(PA)——TGA2962。据悉,这款功率放大器是专为通信应用和测试仪表应用而设计,拥有多项性能突破,能够在2-20 GHz的频率范围提供业界领先的10瓦RF功率,以及13dB大信号增益和20-35%的功率附加效率。这种组合不仅为系统设计人员带来了提高系统性能和可靠性所需的灵活性,同时还减少了元件数量、占用空间和成本。

TGA2962基于Qorvo高度可靠的氮化镓(GaN)QGaN15工艺技术而构建,具有行业领先的功能。此外,它还改进了元件集成功能,并且13dB大信号增益支持使用小型驱动放大器,进一步缩小了器件尺寸,这对于需要改善尺寸、重量、功率和成本(SWAP-C)的应用是一个很不错的解决方案。

总之,每一代通信移动技术的革新都会引发行业重大变化,从4G到5G技术的演变带给射频前端产业全新的挑战。为了适应新时代的需求,射频前端模块的持续整合,以及自屏蔽模块的应用,将是未来整个产业的重要动力和发展方向。

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蔡璐

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