盡管智能手機(jī)發(fā)展至今已經(jīng)十余載，但大多數(shù)使用者仍不知射頻前端(RFFE)為何物。不過(guò)這并不影響RFFE在手機(jī)設(shè)計(jì)中擔(dān)任關(guān)鍵角色。如果沒(méi)有RFFE，手機(jī)根本無(wú)法連接到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，更不用說(shuō)今天網(wǎng)絡(luò)頻段越來(lái)越多，一款較新的手機(jī)至少需要支持2G、3G、4G加上WiFi、GPS等網(wǎng)絡(luò)制式，而每一個(gè)制式都需要自己的射頻前端模塊。RFFE重要到什么程度呢?可以這么說(shuō)，設(shè)計(jì)合理的RFFE對(duì)手機(jī)性能、工業(yè)設(shè)計(jì)、特性的創(chuàng)新來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
RFFE是射頻收發(fā)器和天線之間的功能區(qū)，射頻前端模塊一般包括天線開(kāi)關(guān)、多路器、濾波器、功率放大器(PAs)與低噪聲放大器(LNAs)等無(wú)源器件。
RFFE 越來(lái)越復(fù)雜
智能手機(jī)的設(shè)計(jì)隨著用戶使用行為的改變而迅速發(fā)展。早已超越最初簡(jiǎn)單的語(yǔ)音和文本通信，現(xiàn)今數(shù)字內(nèi)容的創(chuàng)建和消費(fèi)成為主流。大尺寸屏幕的智能手機(jī)出貨量大幅增長(zhǎng),2015年5英寸智能手機(jī)的出貨量占總體的53%，而僅一年后就迅速達(dá)到73%的出貨量。更大的屏幕也意味著耗電量的增加，因此對(duì)電池續(xù)航時(shí)間的需求極為迫切。增加電池續(xù)航力必然帶來(lái)電池占用空間變大，這就變相壓縮了RFFE等其他組件可使用空間，RFFE設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)。
手機(jī)用戶的需求變得非常具體：全球漫游、超薄機(jī)身、超長(zhǎng)的電池續(xù)航…… 這些都對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)者提出更加苛刻的要求。帶寬正變得越來(lái)越寬，頻率變得越來(lái)越高、PA的功效甚至散熱都將成為問(wèn)題。在市場(chǎng)高度成熟競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈的今天，要想創(chuàng)造利潤(rùn)，OEM廠商必須比以往更加努力。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈并減少庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn),許多OEM廠商正在減少他們的最小庫(kù)存單位(SKU)計(jì)數(shù)，手機(jī)支持更多無(wú)線電頻段和載波。如一加5(一款手機(jī))的一個(gè)類型的SKU可支持34個(gè)頻段。支持所有主要的頻段/全球載波及縮減設(shè)計(jì)空間等趨勢(shì)，致使RFFE架構(gòu)高度集成，功能也更加復(fù)雜。
更薄的機(jī)身, 更大的屏幕, 更長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間
高度集成的RFFE組件，如調(diào)制解調(diào)器輔助的天線調(diào)諧解決方案，已成為高端智能機(jī)的常見(jiàn)配置。沒(méi)有這些組件, 三星Galaxy S8的“無(wú)限顯示”這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。它大限度地提升了性能、節(jié)省了空間。
三星Galaxy S8和S8+是第一款支持16類LTE或"千兆LTE" 的高容量商用智能手機(jī)。其中RFFE是最有價(jià)值的和復(fù)雜的設(shè)計(jì)，幫助三星僅僅在單一設(shè)計(jì)上采用一些SKU就能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。我們可以預(yù)見(jiàn)，在CAT-16 LTE前的幾代產(chǎn)品中，RFFE的成本和復(fù)雜性仍然是絲毫不變的，因此高度集成的RFFE組件主要應(yīng)用于高端智能手機(jī)。
功率效率比以往任何時(shí)候都重要
自智能手機(jī)問(wèn)世以來(lái),設(shè)計(jì)者就從未停止對(duì)如何不斷改善能效的探索。事實(shí)上繼手機(jī)屏幕之后, 一個(gè)最大的耗電設(shè)備就是RFFE。隨著時(shí)間的推移,最有效的功率放大器變得越來(lái)越重要，智能手機(jī)廠商也正加緊部署這類技術(shù)。如，通過(guò)開(kāi)發(fā)包絡(luò)跟蹤(envelope tracking --ET)技術(shù)以在LTE平臺(tái)上尋求提高功率發(fā)射機(jī)效率的突破提升能效。
在過(guò)去, 包絡(luò)跟蹤的一個(gè)限制是它的工作范圍只能在最高20MHz的帶寬上。然而, 現(xiàn)在新的解決方案已經(jīng)開(kāi)始支持帶寬高達(dá)40MHz, 這是在上行鏈路中能夠2xCA的手機(jī)的一個(gè)重要功能。通過(guò)加倍的上行帶寬, 用戶可以上傳他們拍攝的內(nèi)容, 如360VR視頻,在如體育場(chǎng)這樣的高需求場(chǎng)館則可更快。隨著用戶生成的內(nèi)容變得更多, 上行鏈路載波聚合將可以給智能手機(jī)用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)。
從4G 到5G 的轉(zhuǎn)移
載波聚合的發(fā)展包括支持5xCA與CAT-18LTE, 這使得全球的運(yùn)營(yíng)商更容易實(shí)現(xiàn)多接入帶寬聚合, 采用授權(quán)的和無(wú)授權(quán)的頻譜技術(shù), 如授權(quán)頻譜輔助接入(LAA) 和LTE和Wi-Fi之間的天線共享。此外, 更先進(jìn)的調(diào)制, 如下行256QAM和上行64 QAM, 使移動(dòng)設(shè)備能夠更有效地與網(wǎng)絡(luò)交互, 實(shí)現(xiàn)快速下載和上傳, 這是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)最佳體驗(yàn)所必需的。
IHS Markit 預(yù)測(cè),截止2019年底5G設(shè)備將開(kāi)始商用。而支持5G新無(wú)線電(NR)將對(duì)RFFE帶來(lái)更大壓力。組件供應(yīng)商必須支持新波形和更廣泛的頻段 (與移動(dòng)寬帶相關(guān)的), 從400MHz 到 6GHz, 以及附加的一組編碼。智能手機(jī)的其他核心芯片，如基帶,RFFE將需要提供向后兼容4G/3G/2G的操作模式。如果組件供應(yīng)商不具備真正的系統(tǒng)級(jí)知識(shí)，將無(wú)法滿足性能要求。
（By Brad Shaffer, Senior Analyst and Wayne Lam, Principal Analyst at IHS Markit）由a&s智能電子集成編譯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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