5G射频前段芯片在手机运转中起什么作用?

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11月1日5G正式商用,所以5G手机也是很火爆了,尤其是华为Mate30就很火爆。

那么5G手机和4G手机,究竟有什么不同?基带芯片当然是最重要的,而除了基带芯片之后,还有射频芯片和终端天线是不同的。  

很多人对这个射频芯片并不了解,不知道它是做什么用的,简单的说起来,射频芯片主要用来放大、切换、过滤不同频段的信号。

再详细点的来说,它一方面将手机中的5G二进制信号转变为高频率的无线电磁波信号并发送,另一方面则接收5G无线电磁波信号,并将其转化为二进制信号。

所以这个芯片直接决定了手机通讯传输的距离和质量,是通信系统中用于信号放大,是影响信号覆盖的重要芯片。

另外,别看华为在5G基带芯片上领先,但事实上,在射频芯片上,目前美国的Skyworks、Qorvo、Avago等品牌仍然占据全球射频前端的前三位。

目前国内尚无高质量的射频芯片,基本上全部是进口,华为之前也采用的是美国的射频芯片,Mate30因为断供的原因,采用了日本的村田(Murata)的射频芯片。

不过据网上信息,华为开始在自研射频芯片了,至于进度如何,什么时候可以使用,就不得而知了。

另外,最后再提一下,原本4G射频芯片的价格大约在12.6美元左右,而5G射频芯片提高到了34.4美元,提升幅度高达173%。

所以,别小看这个芯片,很有科技含量,也非常值钱的哦。


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射频前端由射频开关(Switch)、射频低噪声放大器(LNA)、射频功率放大器(PA)、双工器(Duplexers)、射频滤波器(Filter)等五大器件组成。

从国产化率来看,目前95%的射频市场被博通、Skyworks、村田、Qorvo等射频巨头垄断,国产化空间巨大,以紫光展锐、卓胜微、汉天下等国内厂商在某些细分领域取得了一定的突破。

从5G商业化来看,射频芯片在单机价值和5G换机潮的双重驱动下将迎来加速成长期。预计手机射频前端市场从2017年的150亿美元增长至2023年的350亿美元,CAGR高达14%,其中滤波器的CAGR更是高达21%。

从射频生态来看,传统IDM射频巨头Skyworks、村田、Qorvo等选择从Sub 6GHz向5G逐渐过渡,而高通则凭借5G基带的领先优势,选择直接切入5G毫米波市场。同时,三星、华为海思、联发科也在加速步入5G射频行业,射频行业的格局或将重新调整。

不过对很多用户而言,接触5G这一说法却是从5G WiFi开始。而现在随着5G商用,令很多用户困惑的是, 5G WiFi和5G到底有何区别呢?

WiFi和5G之困惑

5G WiFi和5G虽然都有"5G"字眼,但却是完全不同的含义 ,无论标准还是应用场景都代表着两种不同的技术。

· 5G WiFi 准确而言是5GHz WiFi, 指的是IEEE 802.11系列协议中的WiFi 5GHz 工作频段。

· 5G则是指第5代 (5th Generation)的简称,也就是第5代移动通信技术与标准。

众所周知,WiFi属于局域网无线技术,主要应用于室内场景。随着WiFi6技术的应用,相对于5G移动通信而言,WiFi以其高吞吐率、较低设备及终端成本、极低运营维护成本、区域隔离的保密性等优势,广泛应用于企业局域网、家庭内部设备互联、专用网络内部连接等,避免过多设备或终端接入到运营商核心网而引起的网络阻塞。

而5G移动通信属于广域网技术,具备覆盖范围广、可支持高速移动环境等优势,主要应用于室外连接、移动医疗、车联网、环境监测、城域网等众多场景。

由此可见,WiFi与5G虽然在应用场景上存在一定程度的重叠,但更多的是相辅相成,共同实现真正意义上的无缝连接网络。


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射频技术是手机射频前端设计中需要的核心技术,射频一直以来被认为电子设计中最有挑战的领域。随着模块的复杂度越来越高和尺寸的进一步缩小,射频设计成为模块设计里最关键环节。 手机射频前端模块产品并非单芯片产品,而是属于高集成度的SIP(System in Package)产品。设计过程中需要利用先进模块封装技术将SOI、CMOS、GaAs以及其他无源器件集成到同一模块里。其中需要用到Die Attach、Flip-Chip、Stack Die、Multi-Chip Module等封装技术。


现今的射频前端产品需要覆盖所有的手机通讯制式,其中包括GMSK、EDGE、WCDMA、LTE、LTE+等关键技术,需要对通信技术有非常深入的了解。在产品设计中,需要精通信标准和系统指标,并且能够准确有效地进行系统预算。 混合电路技术:功放系统的控制涉及到复杂系统环路和控制理论的使用,需要用多种不同的电路技术来实现,包括数字和模拟电路的交替协作。比如需要MIPI总线部分的数字设计,GMSK功放的系统环路控制等等 另外,功放产品在量产阶段还需要先进的On wafer测试技术以及大规模量产测试技术。


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射频前端是通信设备核心,具有收发射频信号的重要作用,并决定了通信质量、信号功率、信号带宽、网络连接速度等诸多通信指标。以典型智能手机为代表,其包含的Cellular(蜂窝网络)、BT(蓝牙)、Wi-Fi、GPS、NFC等射频前端模块使得文字/语音/视频通信、上网、高清音视频、定位、文件传输、刷卡等应用得以实现。

根据TechInsights和YOLE数据,2013~2018年iPhone射频前端ASP从14.7美元增长到30.2美元,年复合增长达15.5%;此外2018旗舰机iPhone XS/Max射频前端ASP预估达35美元,继续向上突破。射频前端ASP的增长主要来自数据需求提升和网络升级,5G创新趋势下,射频前端ASP还将持续保持增长。

2017~2023年射频前端的增长主要分为两个阶段:早期增长来自4GLTE对射频前端的创新需求,但最主要的增长来自中期的5GNSA(非独立组网)。2017年底3GPPR15中定义的5GNSA将5GNR(新频谱)纳入LTE网络,从而构建5G过渡网络,因此其建设的双网络连接将更大程度地推动射频前端构架创新。根据YOLE预测,2023年用于毫米波段的射频前端模组市场空间将达4.23亿美元。而这一领域也将成为Qualcomm、Intel等基带平台厂商的战略重心。


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