電子工程網 發表於 2020-01-01 09:35:00
（文章來源：電子工程網）
RF器件和工藝技術的市場正在升溫，特別是對於智慧型手機中使用的兩個關鍵組件——RF開關器件和天線調諧器。RF器件製造商及其代工合作夥伴繼續推出基於RF SOI工藝技術的傳統RF開關晶片和調諧器，用於當今的4G無線網絡。最近，GlobalFoundries為未來的5G網絡推出了45nm RF SOI工藝。RF SOI是RF版本的絕緣體上矽（SOI）技術，利用內置隔離的高電阻率襯底。
為了打破市場環境，一家無晶圓廠IC設計公司Cavendish Kinetics正在推出基於一種替代技術——RF MEMS的新一代RF產品和天線調諧器。RF開關和調諧器是手機RF前端模塊中的關鍵組件之一。RF前端將發送和接收功能集成到系統中，RF開關對信號進行路由。調諧器幫助天線調整到任意頻段。
無論哪種器件和技術類型，當今RF市場的挑戰都令人望而生畏。Cavendish Kinetics總裁兼執行長Paul Dal Santo表示：「幾年前，RF是一項相當簡單的設計。但事情現在已經大大改變。首先，RF前端必須可以處理非常寬的頻率範圍，從600 MHz至3 GHz。採用先進的信號技術和5G技術，頻率範圍將達到5GHz至60GHz。這給前端RF設計師帶來了難以置信的挑戰。」
考慮到這些挑戰，手機OEM廠商必須考慮選擇一些新的組件。具體來說，對於RF開關和天線調諧器，可以歸結為兩種技術——基於RF SOI的器件和RF MEMS。RF SOI是現有技術。基於RF SOI的器件能力尚可，但它們開始遇到一些技術問題。除此之外，市場還存在價格壓力，隨著器件從200mm遷移到300mm晶圓廠，問題還會出現。
相比之下，RF MEMS有一些有趣的特性，並在某些領域取得了進展。事實上，Cavendish Kinetics公司表示，其基於RF MEMS的天線調諧器正在被三星和其他OEM接受。
Strategy Analytics的分析師Chris Taylor說：「接觸式RF MEMS提供非常低的導通電阻，從而降低插入損耗。但RF MEMS沒有生產記錄，高容量無線系統OEM廠商將不會對新技術和小型供應商做出巨大貢獻。當然，RF MEMS作為替代品，價格必須有競爭力，但主要OEM廠商想要可靠性得到檢驗的產品和可靠的供應來源。」
不過，在智慧型手機（RF開關，調諧器，和其他組件）的混合商業環境中，RF前端市場值得關注。根據Pacific Crest Securities的數據，智慧型手機出貨量預計將在2017年增長1％，而2016年則增長了1．3％。另一方面，根據YoleDéveloppement的數據，手機的RF前端模塊／組件市場預計將從2016年的101億美元躍升至2022年的227億美元。 據Strategy Analytics分析，RF開關器件市場在2016年達到了17億美元。
隨著OEM廠商繼續在智慧型手機中增加更多RF內容，RF市場正在不斷增長。Strategy Analytics的Taylor說：「多頻段LTE也正在向下層器件延伸，開關內容正在增加。」在轉向4G或長期演進（LTE）的過程中，每臺手機的RF開關器件數量都有所增加。Taylor 說：「我們每年都在談論大量的單元，大多數但並非全部（RF開關）都會進入手機，其中現在絕大多數是SOI。RF MEMS仍然是新興市場，相對於RF SOI開關來說微不足道。」
儘管RF開關的出貨數量很大，但是市場競爭激烈，價格壓力較大。Taylor 表示，這些器件的平均銷售價格（ASP）為10－20美分。同時，在一個簡單的系統中，RF前端由多個組件組成——功率放大器、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、以及RF開關。
GlobalFoundries的技術人員Randy Wolf在最近的一個演講中說：「功率放大器的主要目的是確保有足夠的「動力」可以讓您的信號或信息到達目的地。」LNA放大來自天線的小信號。RF開關將信號從一個組件路由到另一個組件。Wolf 說：「（濾波器）可防止一切無用信號進入。」
在手機中，2G和3G無線網絡的RF功能簡單。2G有四個頻段，3G有五個頻段。 但對4G來說，有40多個頻段。4G不僅融合了2G和3G頻段，而且還搭載了4G頻段。除此之外，移動運營商已經部署了一種稱為載波聚合的技術。載波聚合將多個信道或分量載波組合到一個大數據管道中，可以在無線網絡中實現更大的帶寬和更快的數據速率。
為了處理頻段和載波聚合，OEM廠商需要複雜的RF前端模塊。今天的模塊可以集成兩個或多個多模、多頻帶功率放大器，以及多個開關和濾波器。Qorvo移動戰略營銷經理Abhiroop Dutta表示：「這取決於採用的RF架構。PA的數量由手機正在尋址的區域頻帶決定。通過單個SKU在全球範圍內應對全球多地區或全球蜂窩市場的典型「全球通」手機，頻段覆蓋面廣泛。對於這種手機的典型RF前端集成模塊的實現，一個選擇是使用具有分頻帶模塊的RF前端，以解決高、中、低頻帶的不同要求。」相比之下，智慧型手機OEM廠商可能會為特定市場設計區域手機。Dutta表示： 「一個例子是針對中國國內市場的手機。在這種情況下，RF前端需要支持該地區的頻段。」
根據Cavendish Kinetics的理論，LTE手機還有兩種天線，主集天線和分集天線。主集天線用於發射和接收功能，分集天線提高了手機的下行數據速率。實際操作中，信號到達主集天線。然後移動到天線調諧器，允許系統調整到任何頻帶。然後，信號進入一系列RF開關。GlobalFoundries的Wolf說：「它轉換到您要使用的適用頻段，GSM、3G、或4G。」信號從這裡進入濾波器，其次是功率放大器，最後到達接收器。
考慮到這種複雜性，手機OEM面臨一些挑戰。功耗和尺寸至關重要。Wolf說：「由於這種複雜性，您的信號在前端受到更多損失，這對您的接收機的總體噪聲係數造成了負面影響。」顯然，RF開關在解決這個問題方面起到了關鍵作用。總體而言，智慧型手機可能包含十餘個RF開關器件。基本的RF開關採用單刀單擲（SPST）配置。這是一個簡單的on－off開關。
今天，OEM們使用更複雜的開關配置。Ron＊Coff是RF開關的關鍵指標。根據Peregrine Semiconductor的理論：「Ron＊Coff是無線電信號通過開關處於「導通」狀態（Ron，或導通電阻）時產生的損耗比率，以及無線電信號在「關閉」狀態下通過電容器的洩漏比率（Coff，或關斷電容）」
總而言之，OEM廠商需要沒有插入損耗以及具有良好隔離的RF開關。插入損耗涉及信號功率的損失。如果開關沒有良好的隔離，系統可能會遇到幹擾。Qorvo的Dutta表示：「總的來說，RF前端面臨的挑戰是支持日益增長的性能需求，這與不斷發展的標準和增加頻帶覆蓋範圍相一致。同時還要考慮縮小RF器件封裝的尺寸，因為手機變薄了。插入損耗、天線功率，以及隔離等關鍵指標仍然推動RF產品解決方案的不斷發展的驅動力。」
（責任編輯：fqj）
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