5G手機需要怎樣的射頻前端

2020-12-13 集微網

2020年開啟的5G商用時代,對手機等終端的性能提出更高的要求,促使射頻器件的成本與所需數量雙提升。

這種變化的直接結果就是射頻前端模塊化的程度不斷提高。作為手機通信系統的核心組件,射頻前端的性能直接決定了移動終端可以支持的通信模式,以及接收信號強度、通話穩定性、發射功率等重要性能指標,進而影響終端用戶的通信質量。模塊化能在提高集成度的同時保證產品性能,因此成為行業發展的必然趨勢。

不斷演進的模塊化

回溯歷史,從分立器件到FEMiD(集成雙工器的射頻前端模塊,Front-End Module with Integrated Duplexer),再到PAMiD(集成雙工器的功放模塊,Power Amplifier Module with integrated Duplexer ),射頻前端集成化的趨勢愈加明顯。

在4G時代,射頻前端以分立和模塊兩種方式並立於世。出於空間和成本的考量,高端手機往往會採用射頻前端模塊。2016年以後,模塊方式漸成為主流,先後有ASM、FEMiD登上舞臺,最後演進出集成了多模多頻PA、RF開關、濾波器等元件的PAMiD模組。

「接下來,將低噪聲放大器(LNA)集成到PAMiD中,是推動射頻前端模塊繼續發展的重要動力之一。」Qorvo華北區應用工程經理張杰表示。

Qorvo華北區應用工程經理張杰

隨著5G 商業化落地,智慧型手機中天線和射頻通路的數量將顯著增多,對射頻低噪聲放大器的數量需求會迅速增加,而手機PCB卻沒有更多的空間。在這種情況下,從PAMiD到L-PAMiD,射頻前端模塊可以實現更小尺寸(節省面積達35-40mm2),支持更多功能。

張杰認為模塊化有幾大優勢:首先是統一的封裝,避免了器件的單獨重複封裝;第二是省去PCB上大量的走線,使其布局更為靈活;第三則是解決了分立器件的兼容性問題。

不過,「隨著PCB面積越來越緊湊,器件的布局非常緊密,功能模塊同時在工作,互擾成為非常難解決的問題。」張杰指出,因此需要RF屏蔽技術來降低與EMI及RFI相關的輻射。這就引出了PAMiD的上重要技術——自屏蔽。

降幹擾要靠自屏蔽

Qorvo採用的RF屏蔽技術被成為Micro Shield,是目前領先的自屏蔽技術。

該技術就是在模塊的表面再塗一層合金,取代原來外置的機械屏蔽罩,以起到屏蔽幹擾信號的作用。最早一代的Micro Shield技術可將當時RF的高度和體積分別降低15%和25%。

「從5G時代的集成化趨勢來看,L-PAMiD和自屏蔽技術既相輔相成,又將是手機射頻前端模塊未來發展的兩個重要方向。」Qorvo封裝新產品工程部副總監趙永欣表示。

Qorvo封裝新產品工程部副總監趙永欣

因為外部 LNA 通常在位置上不靠近功放,因此,PAMiD 對 RF 自屏蔽的需求並不高。但伴隨著 5G 時代對 L-PAMiD 需求的增加,如果外置機械屏蔽罩設計不正確,L-PAMiD 的靈敏度將會受到嚴重的影響。因此,受惠於 5G 時代的來臨,Micro Shield 自屏蔽技術的重要性得以充分體現。

從架構上來說,採用Micro Shield自屏蔽技術的L-PAMiD能使其表面電流減少100倍,這相當於其射頻前端模塊自帶屏蔽罩,無需再思考機械屏蔽罩的放置問題。

L-PAMiD和Micro Shield 自屏蔽技術目前還僅在高端手機上採用。不過,以5G的推進速度來看,L-PAMiD和Micro Shield技術成熟指日可待。

「今後一年左右,市場中就會出現採用具備Micro Shield自屏蔽技術和L-PAMiD射頻前端模塊的中低端手機。」趙永欣預測。(校對/Andrew)

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