據(jù)統(tǒng)計，2020年第四季度，我國手機市場繼續(xù)由4G向5G過渡，5G手機產(chǎn)品款型數(shù)占比已達(dá)六成。2021年全球智能手機出貨量將達(dá)約 13.55 億臺，其中 5G 機型將有 5.39 億臺。對于制造而言壓力著實不小，5G手機性能的好壞取決于內(nèi)部的兩大芯片——射頻(RF)和基帶。下面就帶您了解一下射頻芯片的奧秘。

簡單來說，射頻芯片的作用就是信息發(fā)送和接收。為什么說它如此重要?如果沒有它，你的手機就是好幾千塊錢的大鐵塊。

先從射頻說起，射頻就是射頻電流，是一種高頻交流變化電磁波，是可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍在300KHz～300GHz之間。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流 (大于10K);射頻(300K-300G)是高頻的較高頻段;微波頻段(300M-300G)又是射頻的較高頻段。射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中被廣泛使用，有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。

而射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形，并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件，它包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開關(guān)。射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。

工作原理

這是射頻電路的原理圖，射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分：

接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號經(jīng)濾波，高頻放大后，送入中頻內(nèi)進(jìn)行解調(diào)，得到接收基帶信息，送到邏輯音頻電路進(jìn)一步處理。

發(fā)射時，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用發(fā)射壓控振蕩器TX-VCO把發(fā)射中頻信號頻率上變?yōu)?90M-915M(GSM)的頻率信號。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

對于現(xiàn)有的GSM和TD-SCDMA模式而言，終端增加支持一個頻段，則其射頻芯片相應(yīng)地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發(fā)射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關(guān)系而定。對于具有接收分集的移動通信系統(tǒng)而言，其射頻接收通道的數(shù)量是射頻發(fā)射通道數(shù)量的兩倍。這意味著終端支持的LTE頻段數(shù)量越多，則其射頻芯片接收通道數(shù)量將會顯著增加。打個比方，若新增 M個GSM或TD-SCDMA模式的頻段，則射頻芯片接收通道數(shù)量會增加M條;若新增M個TD-LTE或FDD LTE模式的頻段，則射頻芯片接收通道數(shù)量會增加2M條。LTE頻譜相對于2G/3G較為零散，為通過FDD LTE實現(xiàn)國際漫游，終端需要支持較多的頻段，這就導(dǎo)致了射頻芯片面臨成本和體積增加的挑戰(zhàn)。

其實設(shè)計一個良好的射頻芯片還是很頭疼的。首先射頻芯片設(shè)計需要的理論知識非常多，很多設(shè)計理論甚至被人認(rèn)為“玄乎”，而且射頻芯片的設(shè)計存在各種指標(biāo)的折中均衡，什么樣的折中是最佳的?怎樣折中是取決于產(chǎn)品的實際應(yīng)用要求，沒有定論。再者，很多射頻芯片的指標(biāo)要求都是要挑戰(zhàn)工藝極限，這就需要很多創(chuàng)新性電路結(jié)構(gòu)，例如噪聲抵消、交調(diào)分量抵消、為了提高功放效率采用的動態(tài)偏置，有時為了降低功耗也是想盡了辦法。

硬性困難還是工藝及封裝。射頻芯片最重要的指標(biāo)是噪聲系數(shù)和線性度，這兩個指標(biāo)和工藝完全相關(guān)，例如CMOS工藝襯底上就會耦合過來各種噪聲干擾，CMOS器件的線性度也很差，這種難題是硬傷，如不解決好，只能通過合適的電路結(jié)構(gòu)或者采取一些無法定量分析的隔離措施來緩解問題，這就存在很多不確定性了。除此之外，還有寄生參數(shù)、寄生電阻、電容和頻率之間的權(quán)衡。

最后的封裝亦是一大難點。小小的一根封裝引線就是1nH以上的電感，這些電感對射頻芯片的影響實在是太大了。在成本可控的前提下盡量采用先進(jìn)的封裝形式，減少封裝帶來的引線電感。

對于5G射頻芯片，一方面頻率升高導(dǎo)致電路中連接線的對電路性能影響更大，封裝時需要減小信號連接線的長度;另一方面需要把功率放大器、低噪聲放大器、開關(guān)和濾波器封裝成為一個模塊,一方面減小體積另一方面方便下游終端廠商使用。為了減小射頻參數(shù)的寄生需要采用Flip-Chip、Fan-In和Fan-Out封裝技術(shù)?？梢钥闯?，到5G時代，高性能Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out結(jié)合Sip封裝技術(shù)會是未來封裝的趨勢。

玩家盤點

成本昂貴，95%的市場被歐美廠商把持

通常情況下，一部手機主板使用的射頻芯片占整個線路面板的30%-40%。據(jù)悉，一部iPhone 7僅射頻芯片的成本就高達(dá)24美元，有消息稱蘋果今年每部手機在射頻芯片上的投入將歷史性地超過30美元。隨著智能手機迭代加快，射頻芯片也將迎來一波高峰。

目前，手機中的核心器件大多已實現(xiàn)了國產(chǎn)化，唯獨射頻器件仍在艱難前行。據(jù)悉，全球約95%的市場被控制在歐美廠商手中，甚至沒有一家亞洲廠商進(jìn)入頂尖行列。簡單盤點一下在這個圈子里的國內(nèi)外玩家：

國內(nèi)

信維通信，產(chǎn)品線已從天線向射頻隔離、射頻連接器、射頻材料擴展;碩貝德，在5G天線及射頻前端模組上的開發(fā)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平;麥捷科技，片式電感及LTCC射頻元器件的龍頭廠商。長盈精密，國內(nèi)最優(yōu)秀的射頻前端集成電路設(shè)計和制造商之一，擁有兩大核心技術(shù)，分別為基于GaAs pHEMT工藝的功率放大器與包絡(luò)跟蹤電源系統(tǒng)。順絡(luò)電子，國內(nèi)電感和射頻元件龍頭。唯捷創(chuàng)芯，國內(nèi)最大射頻IC設(shè)計公司。中興通訊，全球領(lǐng)先的綜合通信解決方案提供商。紫光展銳，產(chǎn)品涵蓋2G/3G/4G/5G移動通信基帶芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片、射頻芯片、無 線連接芯片、安全芯片、電視芯片。

國外

Skyworks(思佳訊)

射頻元件龍頭，蘋果射頻供應(yīng)商，主營方向為射頻前端產(chǎn)品，包括射頻功率放大器即RF PA、各種濾波器、混頻器、衰減器等。

Qorvo(RFMD與TriQuint)

Qorvo 由 RFMD 和 TriQuint 合并而成。兼具 RFMD 和 TriQuint 的技術(shù)、集體經(jīng)驗和智慧資源，是移動、基礎(chǔ)設(shè)施和國防應(yīng)用領(lǐng)域可擴展和動態(tài) RF 解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

TriQuint(超群半導(dǎo)體，與RFMD合并)

Murata(村田)(收購Renesas的功率放大器業(yè)務(wù))：村田主營產(chǎn)品有陶瓷電容、陶瓷濾波器、高頻零件、無線傳感器等。前陣子，村田宣布收購意大利的無線射頻(RFID)技術(shù)新創(chuàng)企業(yè)ID-Solutions，加速物聯(lián)網(wǎng)布局。

Epcos，世界上最大的電子元器件制造商之一，產(chǎn)品主要市場在通信領(lǐng)域、消費領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域及工業(yè)電子領(lǐng)域。

此外還有恩智浦(NXP)、科銳、Macom、美信半導(dǎo)體、ADI、英飛凌、Avago(收購博通有線/無線芯片業(yè)務(wù))、博通集成、高通、三星…