上海羊羽卓进出口贸易有限公司射频芯片，5G手机里的一颗明珠
据统计，2020年第四季度，我国手机市场继续由4G向5G过渡，5G手机产品款型数占比已达六成。2021年全球智能手机出货量将达约 13.55 亿台，其中 5G 机型将有 5.39 亿台。对于制造而言压力着实不小，5G手机性能的好坏取决于内部的两大芯片——射频（RF）和基带。下面就带您了解一下射频芯片的奥秘。
简单来说，射频芯片的作用就是信息发送和接收。为什么说它如此重要？如果没有它，你的手机就是好几千块钱的大铁块。
先从射频说起，射频就是射频电流，是一种高频交流变化电磁波，是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围在300KHz～300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流 (大于10K);射频(300K-300G)是高频的较高频段;微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。射频技术在无线通信领域中被广泛使用，有线电视系统就是采用射频传输方式。
而射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件，它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。
这是射频电路的原理图，射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分：
接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息，送到逻辑音频电路进一步处理。
发射时，把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成的发射中频，用发射压控振荡器TX-VCO把发射中频信号频率上变为890M-915M(GSM)的频率信号。经功放放大后由天线转为电磁波辐射出去。
对于现有的GSM和TD-SCDMA模式而言，终端增加支持一个频段，则其射频芯片相应地增加一条接收通道，但是否需要新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。对于具有接收分集的移动通信系统而言，其射频接收通道的数量是射频发射通道数量的两倍。这意味着终端支持的LTE频段数量越多，则其射频芯片接收通道数量将会显著增加。打个比方，若新增 M个GSM或TD-SCDMA模式的频段，则射频芯片接收通道数量会增加M条；若新增M个TD-LTE或FDD LTE模式的频段，则射频芯片接收通道数量会增加2M条。LTE频谱相对于2G/3G较为零散，为通过FDD LTE实现国际漫游，终端需要支持较多的频段，这就导致了射频芯片面临成本和体积增加的挑战。
其实设计一个良好的射频芯片还是很头疼的。首先射频芯片设计需要的理论知识非常多，很多设计理论甚至被人认为“玄乎”，而且射频芯片的设计存在各种指标的折中均衡，什么样的折中是最佳的？怎样折中是取决于产品的实际应用要求，没有定论。再者，很多射频芯片的指标要求都是要挑战工艺极限，这就需要很多创新性电路结构，例如噪声抵消、交调分量抵消、为了提高功放效率采用的动态偏置，有时为了降低功耗也是想尽了办法。
硬性困难还是工艺及封装。射频芯片最重要的指标是噪声系数和线性度，这两个指标和工艺完全相关，例如CMOS工艺衬底上就会耦合过来各种噪声干扰，CMOS器件的线性度也很差，这种难题是硬伤，如不解决好，只能通过合适的电路结构或者采取一些无法定量分析的隔离措施来缓解问题，这就存在很多不确定性了。除此之外，还有寄生参数、寄生电阻、电容和频率之间的权衡。
最后的封装亦是一大难点。小小的一根封装引线就是1nH以上的电感，这些电感对射频芯片的影响实在是太大了。在成本可控的前提下尽量采用先进的封装形式，减少封装带来的引线电感。
对于5G射频芯片，一方面频率升高导致电路中连接线的对电路性能影响更大，封装时需要减小信号连接线的长度;另一方面需要把功率放大器、低噪声放大器、开关和滤波器封装成为一个模块,一方面减小体积另一方面方便下游终端厂商使用。为了减小射频参数的寄生需要采用Flip-Chip、Fan-In和Fan-Out封装技术。可以看出，到5G时代，高性能Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out结合Sip封装技术会是未来封装的趋势。
成本昂贵，95%的市场被欧美厂商把持
通常情况下，一部手机主板使用的射频芯片占整个线路面板的30%-40%。据悉，一部iPhone 7仅射频芯片的成本就高达24美元，有消息称苹果今年每部手机在射频芯片上的投入将历史性地超过30美元。随着智能手机迭代加快，射频芯片也将迎来一波高峰。
目前，手机中的核心器件大多已实现了国产化，唯独射频器件仍在艰难前行。据悉，全球约95%的市场被控制在欧美厂商手中，甚至没有一家亚洲厂商进入顶尖行列。简单盘点一下在这个圈子里的国内外玩家：
国内
信维通信，产品线已从天线向射频隔离、射频连接器、射频材料扩展；
硕贝德，在5G天线及射频前端模组上的开发处于国内领先水平；
麦捷科技，片式电感及LTCC射频元器件的龙头厂商。
长盈精密，国内最优秀的射频前端集成电路设计和制造商之一，拥有两大核心技术，分别为基于GaAs pHEMT工艺的功率放大器与包络跟踪电源系统。
顺络电子，国内电感和射频元件龙头。
唯捷创芯，国内最大射频IC设计公司。
中兴通讯，全球领先的综合通信解决方案提供商。
紫光展锐，产品涵盖2G/3G/4G/5G移动通信基带芯片、物联网芯片、射频芯片、无 线连接芯片、安全芯片、电视芯片。
国外
Skyworks（思佳讯）
射频元件龙头，苹果射频供应商，主营方向为射频前端产品，包括射频功率放大器即RF PA、各种滤波器、混频器、衰减器等。
Qorvo（RFMD与TriQuint）
Qorvo 由 RFMD 和 TriQuint 合并而成。兼具 RFMD 和 TriQuint 的技术、集体经验和智慧资源，是移动、基础设施和国防应用领域可扩展和动态 RF 解决方案的全球领导者。
TriQuint（超群半导体，与RFMD合并）
Murata（村田）（收购Renesas的功率放大器业务）：村田主营产品有陶瓷电容、陶瓷滤波器、高频零件、无线传感器等。前阵子，村田宣布收购意大利的无线射频（RFID）技术新创企业ID-Solutions，加速物联网布局。
Epcos，世界上最大的电子元器件制造商之一，产品主要市场在通信领域、消费领域、汽车领域及工业电子领域。
此外还有恩智浦（NXP）、科锐、Macom、美信半导体、ADI、英飞凌、Avago(收购博通有线/无线芯片业务)、博通集成、高通、三星…
从4G到5G，手机射频芯片十年之路
来源：内容转载自公众号「慧智微电子」，谢谢。
2011年巴塞罗那举行的世界移动大会（MWC 2011）中，时任中国移动董事长王建宙表示，2011年将是4G TD-LTE商用元年。4G两大通信标准TD-LTE和FDD-LTE在2011年全面正式商用。
到了2021年，通信协议10年一变，5G成为代表未来的通信标准。在正式商用两年之后，5G即达到了超过4亿的连接数。5G生态逐渐形成，蓬勃发展。 在过去十年中，无论对于已经基本固化的4G通信协议，还是仍在演进中的5G协议，射频前端方案都在不断演进。射频前端的“十年一大变，两年一小变”，演变出看似复杂的多种方案。MMMB PA、TxM、L-PAMiD、L-FEM……各种简写名词层出不穷。本文对过去10年手机射频前端方案做一个整理，和大家一起回顾射频前端方案的过去，讨论射频前端方案可能的未来。射频前端方案演进
“Phsase X”系列的出现
现在谈到手机射频前端方案，无不例外都会提到“Phase2方案”、“Phase7方案”、“Phase7LE方案”等名词，这些方案是怎么出现的呢？ 一般射频前端方案由器件厂商、平台厂商及终端厂商三方共同定义开发完成。Phase1：史前时代
严格来说，并没有Phase1方案的定义。
MTK的射频前端定义是从2014年的Phase2开始的。在Phase2推出之前，TD-LTE/FDD-LTE已经全面商用3年了，在这三年出现的方案一般称为Phase1方案。 Phase1方案并不统一，一般来说是最大程度的复用射频前端厂商3G时代的产品定义：与原来2G/3G重合的频段复用原来的pin脚；4G的新频段用单独分立的通路进行覆盖；再用天线开关将所有频段合并到同一根天线上。 下图为典型的射频前端方案，发射部分主要由三款芯片构成：Phase2：顺应时代，成就经典
Phase2方案是MTK由2014年定义的第一代归一化4G射频前端方案，7年过去回头来看，Phase2方案的定义依然经典。用现在时髦的一句话说：Phase2方案，YYDS（永远滴神）。 如前文所述，在2G/3G时代，射频前端的方案并不统一，Skyworks、RFMD（现Qorvo）等公司时常会有缺货发生。不少国内创业公司在2011年前后，依靠RF9810、Sky77590等芯片缺货挖掘到了第一桶金。缺货对国内创业公司是机会，但对终端及平台厂商却是灾难：射频前端的缺货会影响到平台出货和终端生产。于是，MTK在2012到2013年左右开始着手定义Phase2方案。 Phase2方案的定义不仅仅考虑到了当前方案的统一，还考虑到了方案生态的可达成性、未来协议的演进、4G三模/五模的共存等等。Phase2对于Phase1的改动主要如下：Phase3/5：完善方案，支持CA
Phase3及Phase5的定义在2015-2016年，也是全球4G建设最为火热的时候。除中国外，大部分运营商获得的频谱都是通过拍卖的方式获得，频谱资源珍贵，运营商一般无法获得连续较宽的频谱。相比于中国移动在4G时代B41获得的2575-2635MHz的70MHz带宽（进入5G后，中移动在B41/n41带宽将拓展至160MHz），国际运营商通常只有几MHz或者10几MHz信号带宽。为了提升用户体验，CA（Carrier Aggregation, 载波聚合）技术开始被大家关注。 CA技术是LTE-A中的关键技术，可以将2～5个LTE成员载波（Component Carrier，CC）聚合在一起，实现最大100MHz的传输带宽，有效提高了上下行传输速率。 按照上下行CA的功能不同，CA可分为下行CA（DL-CA，Down Link CA）及上行CA（UL-CA，Up Link CA）。按照载波频段的不同，CA可分为带间CA（Inter Band CA），及带内CA（Intra Band CA）。同时，带内CA又有连续与非连续之分。Phase6/Phase6L：进入PAMiD，依然经典
在分立方案开发完成后，国际大厂开始向PAMiD深度布局，PA和滤波器厂商开始整合：2014年，Skyworks宣布与松下组建合资公司；2015年，RFMD与Triquint合并，成立Qorvo公司；2016年，高通宣布与TDK建立新的合资公司RF360。 PAMiD的全称是PA Module integrated with Duplexer，PA滤波器集成模组。在这个模组中，同时集成了PA模组与滤波器组，也集成了天线开关等。PAMiD集成度高，链路插损小，使用简便，是高端手机的首选方案。iPhone从iPhone4时代，即开始采用PAMiD方案，方案来自于Avago（现Broadcom）、Skyworks、Triquint/RFMD（现Qorvo）等厂商。 虽然射频前端厂商在2016年之前就在iPhone等手机上应用PAMiD方案，每家厂商也都有自己的方案在推广，但公开市场一直缺少统一定义，PAMiD方案在公开市场并没有很好的应用。 MTK在2016年推出PAMiD方案Phase6定义，随后又进行成本优化，去掉冗余载波和滤波器，升级到更贴合中国市场的Phase6L（Phase6 Lite），Phase6L也在公开市场的PAMiD方案中取得成功。Phase7/Phase7L/Phase7LE：5G的开门红
5G对全世界来说都是新的。 5G频段是新的，标准是新的，甚至需求也是不断变化的。在需求未清晰的情况下，5G早期的方案也差别很大。高通、华为海思、村田、Qorvo及Skyworks等厂商，都在2018年推出过不同形式的方案。 MTK在对协议、运营商、终端客户及器件厂商的信息综合分析后，定义了Phase7方案。Phase7方案的Sub-3GHz部分主要由Phase6/Phase6L继承而来。在5G新增加的Sub-6GHz UHB部分，重点定义了支持n77/78/79频段、集成SRS开关的双频高集成模组。 Phase7方案的推出，很好的适应了5G的新需求，众多终端厂商的5G射频前端方案快速切换至Phase7方案。 MTK将5G平台方案取名“天玑”，并发布1000、800、700系列，布局5G高、中、低端市场。由于5G完整方案的推出，MTK平台在5G大有斩获。下图为MTK平台近一年市占率增长情况，在2021年Q2，MTK平台出货市占率达43%，比其他第三方平台（高通、展锐、三星）之和还要多。Phase5N：虽非官方定义，但却顺理成章
虽然Phase3、Phase5作为完整方案并未成为全球性的大节点，但Phase3、Phase5定义下所产生的个别芯片在日后方案中有了举足轻重的作用：Phase3时代定义的TxM，可以很好的支持5G时代的多天线场景；Phase5时代因为CA方案中后端引入四工器、Diplexer等插损增加，将Phase2 MMMB PA的功率提升了1dB，这提升的1dB受到了终端厂商的欢迎，可以用来抵消部分应用中PA后端过大的插入损耗，部分厂商直接将提升功率版的MMMB PA称为“Phase5 PA”。 5G到来之后，头部终端厂商主导将Phase5 MMMB PA增加支持5G NR信号的定义，被业界称之为Phase5N（“N”代表支持5G NR）PA，基于这颗MMMB PA所构建起来的5G方案也称之为“Phase5N方案”。由于大家对Phase2/5 MMMB PA相当熟悉，Phase5N PA只是在原来的基础上增加了5G NR信号支持，pin脚等未做修改，这颗物料也顺理成章的得到大家的接受。射频前端方案的未来
过去10年，平台深度参与射频前端方案的定义，安全保障了在4G的大规模商用以及5G新协议的快速部署。未来射频前端方案将演进到什么方向呢？ 猜测有以下几个可能的趋势：射频前端方案继续强调“生态” 生态的形成会带来良好的质量，合理的价格，安全的供给。有良好生态的射频前端方案将继续是终端厂商的优先选择。头部终端厂商深度参与规格定义与产品定制 目前头部终端厂商越来越集中，并且对射频前端的理解能力也越来越强。除了苹果、三星、华为之外，国内的OPPO、vivo、小米及荣耀也都已经具备射频前端方案的定义能力。未来头部终端厂商将深度参与到射频前端产品定义中来。高集成模组化是大方向 受限于可集成化小型SAW/BAW滤波器及双工器，国内厂商现在还无法在Sub-3GHz提供PAMiD及L-PAMiD方案。随着越来越多优秀公司的投入，一旦滤波器及双工器供应解决，国内厂商有望实现PAMiD及L-PAMiD模组产品实现突破。核心技术为王 只有掌握核心差异化的技术，才有机会在归一化生态的产品竞争中获胜，才有机会深度参与到头部客户的差异化定制中来。未来竞争将更加激烈，更考验厂商的核心技术能力。结语
射频前端芯片行业是一个备受关注的行业，本文尝试回顾过去十年手机射频前端方案的发展，提供一些信息供参考讨论。射频前端芯片行业也是一个快速变化的行业，射频前端方案与通信协议息息相关， “十年一大变，两年一小变”是这个行业过去几年发展的规律。 观往知来，只有了解射频前端的过去，才能把握射频前端的未来。慧智微电子期待与你一起了解过去，开创未来。说明：部分图片来自网络及公开渠道。 附，文中部分简称名词解释及框图：*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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