5G射頻前段芯片在手機運轉中起什麼作用?

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11月1日5G正式商用,所以5G手機也是很火爆了,尤其是華為Mate30就很火爆。

那麼5G手機和4G手機,究竟有什麼不同?基帶芯片當然是最重要的,而除了基帶芯片之後,還有射頻芯片和終端天線是不同的。  

很多人對這個射頻芯片並不瞭解,不知道它是做什麼用的,簡單的說起來,射頻芯片主要用來放大、切換、過濾不同頻段的信號。

再詳細點的來說,它一方面將手機中的5G二進制信號轉變為高頻率的無線電磁波信號併發送,另一方面則接收5G無線電磁波信號,並將其轉化為二進制信號。

所以這個芯片直接決定了手機通訊傳輸的距離和質量,是通信系統中用於信號放大,是影響信號覆蓋的重要芯片。

另外,別看華為在5G基帶芯片上領先,但事實上,在射頻芯片上,目前美國的Skyworks、Qorvo、Avago等品牌仍然佔據全球射頻前端的前三位。

目前國內尚無高質量的射頻芯片,基本上全部是進口,華為之前也採用的是美國的射頻芯片,Mate30因為斷供的原因,採用了日本的村田(Murata)的射頻芯片。

不過據網上信息,華為開始在自研射頻芯片了,至於進度如何,什麼時候可以使用,就不得而知了。

另外,最後再提一下,原本4G射頻芯片的價格大約在12.6美元左右,而5G射頻芯片提高到了34.4美元,提升幅度高達173%。

所以,別小看這個芯片,很有科技含量,也非常值錢的哦。


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射頻前端由射頻開關(Switch)、射頻低噪聲放大器(LNA)、射頻功率放大器(PA)、雙工器(Duplexers)、射頻濾波器(Filter)等五大器件組成。

從國產化率來看,目前95%的射頻市場被博通、Skyworks、村田、Qorvo等射頻巨頭壟斷,國產化空間巨大,以紫光展銳、卓勝微、漢天下等國內廠商在某些細分領域取得了一定的突破。

從5G商業化來看,射頻芯片在單機價值和5G換機潮的雙重驅動下將迎來加速成長期。預計手機射頻前端市場從2017年的150億美元增長至2023年的350億美元,CAGR高達14%,其中濾波器的CAGR更是高達21%。

從射頻生態來看,傳統IDM射頻巨頭Skyworks、村田、Qorvo等選擇從Sub 6GHz向5G逐漸過渡,而高通則憑藉5G基帶的領先優勢,選擇直接切入5G毫米波市場。同時,三星、華為海思、聯發科也在加速步入5G射頻行業,射頻行業的格局或將重新調整。

不過對很多用戶而言,接觸5G這一說法卻是從5G WiFi開始。而現在隨著5G商用,令很多用戶困惑的是, 5G WiFi和5G到底有何區別呢?

WiFi和5G之困惑

5G WiFi和5G雖然都有"5G"字眼,但卻是完全不同的含義 ,無論標準還是應用場景都代表著兩種不同的技術。

· 5G WiFi 準確而言是5GHz WiFi, 指的是IEEE 802.11系列協議中的WiFi 5GHz 工作頻段。

· 5G則是指第5代 (5th Generation)的簡稱,也就是第5代移動通信技術與標準。

眾所周知,WiFi屬於局域網無線技術,主要應用於室內場景。隨著WiFi6技術的應用,相對於5G移動通信而言,WiFi以其高吞吐率、較低設備及終端成本、極低運營維護成本、區域隔離的保密性等優勢,廣泛應用於企業局域網、家庭內部設備互聯、專用網絡內部連接等,避免過多設備或終端接入到運營商核心網而引起的網絡阻塞。

而5G移動通信屬於廣域網技術,具備覆蓋範圍廣、可支持高速移動環境等優勢,主要應用於室外連接、移動醫療、車聯網、環境監測、城域網等眾多場景。

由此可見,WiFi與5G雖然在應用場景上存在一定程度的重疊,但更多的是相輔相成,共同實現真正意義上的無縫連接網絡。


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射頻技術是手機射頻前端設計中需要的核心技術,射頻一直以來被認為電子設計中最有挑戰的領域。隨著模塊的複雜度越來越高和尺寸的進一步縮小,射頻設計成為模塊設計裡最關鍵環節。 手機射頻前端模塊產品並非單芯片產品,而是屬於高集成度的SIP(System in Package)產品。設計過程中需要利用先進模塊封裝技術將SOI、CMOS、GaAs以及其他無源器件集成到同一模塊裡。其中需要用到Die Attach、Flip-Chip、Stack Die、Multi-Chip Module等封裝技術。


現今的射頻前端產品需要覆蓋所有的手機通訊制式,其中包括GMSK、EDGE、WCDMA、LTE、LTE+等關鍵技術,需要對通信技術有非常深入的瞭解。在產品設計中,需要精通信標準和系統指標,並且能夠準確有效地進行系統預算。 混合電路技術:功放系統的控制涉及到複雜系統環路和控制理論的使用,需要用多種不同的電路技術來實現,包括數字和模擬電路的交替協作。比如需要MIPI總線部分的數字設計,GMSK功放的系統環路控制等等 另外,功放產品在量產階段還需要先進的On wafer測試技術以及大規模量產測試技術。


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射頻前端是通信設備核心,具有收發射頻信號的重要作用,並決定了通信質量、信號功率、信號帶寬、網絡連接速度等諸多通信指標。以典型智能手機為代表,其包含的Cellular(蜂窩網絡)、BT(藍牙)、Wi-Fi、GPS、NFC等射頻前端模塊使得文字/語音/視頻通信、上網、高清音視頻、定位、文件傳輸、刷卡等應用得以實現。

根據TechInsights和YOLE數據,2013~2018年iPhone射頻前端ASP從14.7美元增長到30.2美元,年複合增長達15.5%;此外2018旗艦機iPhone XS/Max射頻前端ASP預估達35美元,繼續向上突破。射頻前端ASP的增長主要來自數據需求提升和網絡升級,5G創新趨勢下,射頻前端ASP還將持續保持增長。

2017~2023年射頻前端的增長主要分為兩個階段:早期增長來自4GLTE對射頻前端的創新需求,但最主要的增長來自中期的5GNSA(非獨立組網)。2017年底3GPPR15中定義的5GNSA將5GNR(新頻譜)納入LTE網絡,從而構建5G過渡網絡,因此其建設的雙網絡連接將更大程度地推動射頻前端構架創新。根據YOLE預測,2023年用於毫米波段的射頻前端模組市場空間將達4.23億美元。而這一領域也將成為Qualcomm、Intel等基帶平臺廠商的戰略重心。


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