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5G预商用,哪些射频器件厂商先行一步?

2019-01-02
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导语:5G时代逼近,对信号的传输有了更高的要求。作为核心部件的射频芯片,将发挥更为重要的作用。目前,国内射频器件企业的科技水平相对来说,还处于落后追赶状态。


如今,多家电信运营商、基站(Base Station)制造商、小型基站(Small Cells)制造商和用户设备供应商等都在开展5G相关的研发工作。例如,中国(华为)、韩国(三星电子)、日本、欧盟都在投入相当的资源研发5G网络。


射频是无线产品中一个关键部件,进入5G时代,射频芯片将更有用武之地。因为它的性能直接决定了移动终端可以支持的通信模式,以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户体验。


什么是射频芯片?


射频简称RF,是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围在300KHz~300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频技术在无线通信领域中被广泛使用,有线电视系统就是采用射频传输方式。



射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。对于现有的GSM和TD-SCDMA模式而言,终端增加支持一个频段,则其射频芯片相应地增加一条接收通道,但是否需要新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。对于具有接收分集的移动通信系统而言,其射频接收通道的数量是射频发射通道数量的两倍。


这意味着终端支持的LTE频段数量越多,则其射频芯片接收通道数量将会显著增加。例如,若新增 M个GSM或TD-SCDMA模式的频段,则射频芯片接收通道数量会增加M条;若新增M个TD-LTE或FDD LTE模式的频段,则射频芯片接收通道数量会增加2M条。


射频芯片的构成


一般来说,一个完整的射频芯片,包括功率放大器(PA:Power Amplifier),天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA:Low Noise Amplifier)等。




功率放大器(PA)


PA直接决定了手机无线通信的距离、信号质量,甚至待机时间,是整个射频系统中除基带外最重要的部分。手机里面PA的数量随着2G、3G、4G、5G逐渐增加。以PA模组为例,4G多模多频手机所需的PA芯片为5-7颗,预测5G手机内的PA芯片将达到16颗之多。



就工艺材料来说,目前砷化镓PA是主流,CMOS PA由于参数性能的影响,只用于低端市场。4G特别是例如高通等LTE cat16,4x20MHZ的载波聚合技术,对PA线性度高Q值的要求,会进一步以来砷化镓 PA。据Qorvo的预测,随着5G的普及,8Ghz以下砷化镓 PA仍将是主流,但8Ghz以上氮化镓有望在手机市场成为主力。


射频前端功能组件围绕 PA 芯片设计、集成和演化,形成独立于主芯片的前端芯片组。随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进,PA设计厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中,形成多种功能组合。根据实际情况,TxM(PA+Switch)、PAD(PA+Duplexer)、MMPA(多模多频PA)等多种复合功能的PA芯片类型。


滤波器/双工器(Filter/Duplexer)


RF滤波器包括了SAW(声表面滤波器)、BAW(体声波滤波器)、MEMS滤波器、IPD(Integrated Passive Devices)等,而双工器是包含Rx和Tx滤波器。SAW、BAW滤波器的性能(插入损耗低、Q 值高)是目前手机应用的主流滤波器。SAW 使用上限频率为2.5GHz~3GHz,BAW使用频率在 2.0GHz 以上。



对SAW来说,技术趋势是小型片式化、高频宽带化、降低插入损耗。采用更小尺寸,包括倒装(flip chip packaging)和WLP(晶圆级封装)、WLCSP(Wafer Level Chip ScalePackaging)技术正在使用,同时更高通带率、High isolaTIon,High selecTIvity以及更低价格。


与 SAW 相比,BAW性能更好,成本也更高,但是当频段越来越多,甚至开始使用载波聚合的时候,就必须得用BAW技术才能解决频段间的相互干扰问题。BAW所需的制造工艺步骤是 SAW 的10倍,但因它们是在更大晶圆上制造的,每片晶圆产出的 BAW 器件也多了约4倍。即便如此,BAW的成本仍高于 SAW。随着技术的演进, BAW可能会逐步替代SAW。


天线/开关(Antenna/Switch)


天线是在手机射频前端方面,我国具有最大自主知识产权的领域。MIMO技术的应用普及为天线带来巨大增量市场。预计到2020年,MIMO 64x8 将成为标准配置,即基站端采用64根天线,手机采用8根天线。



目前,市场上多数手机仅仅支持MIMO 2x2 技术,手机天线数量需要增3倍。5G将引入高频率频段,天线的设计方案将由现有的单体天线改为阵列天线,新型磁性材料及LTCC集成技术将是5G天线的核心技术。


在调谐及开关方面,需要特别强调的是 MEMS 开关的应用。如Cavendish Kinetics 公司的MEMS调谐及开关技术,其第一代射频MEMS天线调谐器产品,已经被各种智能手机采用。


全球主要射频器件厂商


普遍情况下,手机上的射频芯片占到整个线路板面积的30%~40%。手机中大部分器件都国产化了,唯独射频器件,95%还是欧美厂商主导,甚至没有一家亚洲厂商进入,我们先看看国外的主要射频器件厂商。


1.Skyworks(思佳讯)



总部位于美国,经营范围包括射频及无线半导体解决方案、放大器、衰减器、检波器、二极管、定向耦合器、前端模块等。


主要产品:射频芯片SKY77611、 电源放大模块SKY77827、SKY77802-23、SKY77803-20、电源放大模块SKY77812(x2)、SKY77802-23、SKY78100-20


2、Qorvo(RFMD与TriQuint)



总部位于美国,Qorvo 由RFMD 和TriQuint合并而成。兼具RFMD 和TriQuint 的技术、集体经验和智慧资源,是移动、基础设施和国防应用领域可扩展和动态RF 解决方案的全球领导者。    


主要产品:Qorvo无线网络集成电路


3、TriQuint(超群半导体)



总部位于美国,经营范围包括功率放大模块、BAW滤波器等。


主要产品:功率放大模块TQF6410、功率放大模块TQF6405、功率放大模块TQF6410


4.RFMD(威讯)



总部位于美国,经营范围包括功率放大器(PA),传输(TxMs)模块,高性能开关,开关滤波器模块(SFMS),和前端电源管理。    


主要产品:天线开关威讯RF5159、天线开关威讯RF5150、天线开关威讯RF5159


5.Avago(安华高)



总部位于美国,经营范围包括无线通信、有线基础设施、工业和汽车电子产品、消费电子和计算机外围设备。        


主要产品:功率放大器ACPM-8030、功率放大器ACPM-8010、A8020、A8010、A8020、A8010、AFEM-8065、AFEM-8055、BAW滤波器


6.Murata(村田)



总部位于日本,经营范围包括陶瓷电容、陶瓷滤波器、高频零件、无线传感器等。


主要产品:村田240前端模块、村田240前端模块、SAW滤波器


7.Epcos(TDK旗下子公司)



总部位于德国,是世界上最大的电子元器件制造商之一,产品主要市场在通信领域、消费领域、汽车领域及工业电子领域。


主要产品:天线开关模块EPCOS  D5255、SAW滤波器


8.pSemi(TM)(此前名字为Peregrine)



总部位于日本,主要经营射频天线/开关。


9.英飞凌(Infineon)(收购了IR)



总部位于德国,在无线通信业务领域,英飞凌的产品包括面向射频连接、无绳和移动电话以及无线网络基础设施的芯片和芯片解决方案。除芯片、芯片解决方案以及手机参考设计外,英飞凌在射频技术领域的其他主攻方向还包括短程连接、蜂窝手机和无线基础设施。 英飞凌的主要目标之一就是将各种射频功能集成于手机芯片中,例如收发器、滤波器、开关和功率放大器等,同时采用CMOS制造工艺。  


相对来说,射频器件在我国起步较晚,发展到现在,也涌现了一批在国际上有竞争力的企业。


10.紫光展锐(2014年收购锐迪科)



紫光展锐(锐迪科)致力于射频及混合信号芯片和系统芯片的设计、开发、制造、销售并提供相关技术咨询和技术服务。产品主要包括GSM基带、多制式射频收发器芯片、多制式射频功放芯片、蓝牙、无线、调频收音组合芯片、机顶盒调谐器、数字及模拟电视芯片、对讲机收发器和卫星电视高频头等。


主要产品:


RPM6743-31:它是一款高效多模多频率功率放大器,支持WCDMA / TD-SCDMA / FDD LTE / TDD LTE / CDMA。RPM6442-B42/B43集成了一个线性输出功率连接功能,分别支持28dBm、27.5dBm和27.5dBm的高频、中频和低频。它还支持尺寸为4mm * 6.8mm * 0.8mm的MIPI接口。


RPM6442 - B42/B43:它是用于3.4G~3.8G频段的射频前端功率放大器,同时覆盖Band42和Band43。功率为28dBm时,频率为32%,此时3.4G频段具有30dB的高增益。与其他低频段相比,RPM6442频谱资源具有明显的带宽优势。


RPM5401:它是一款RFEE芯片,支持FDDB7、TDDB38/40/41N,集成B40/41滤波器以及支持PC2电源的B41N。该模块具有高线性输出功率,带内集成支持20M+20M上行链路CA,高频带达31%@B7,并配备MIPI接口。紧凑型RPM5401尺寸为3mm * 4mm * 0.8mm。


11.唯捷创芯(Vanchip)



国内最大的射频IC设计公司,由前RFMD人员成立,以主流的GaAs工艺切入射频PA市场。唯捷创芯的主要产品是射频功率放大器,主要应用于2G,3G,4G,5G手机及数据卡产品。


主要产品:



12.中普微



国内射频前端厂商,主要从事射频IC设计、研发及销售。由在北美半导体行业工作多年,具有集成电路设计、系统集成及企业管理经验的团队组成,客户以TCL、天珑、西可和海派为主。


主要产品:


CUC5890:它是一款四频高效率(824MHz---915MHz,1710MHz---1910MHz) GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA/TD-LTE多模发射模块,它拥有六个线性TRx接收端口。为高度集成的多频,多模四合一模块。


CUC5894:它是一款四频高效率(824MHz---915MHz,1710MHz---1910MHz) GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA多模发射模块,它拥有两个两个Rx口。


CUC5893:它是一款四频高效率(824MHz---915MHz,1710MHz---1910MHz) GSM/GPRS/EDGE/TD-SCDMA多模多频发射模块,它拥有四个线性TRx接收端口。


13.国民飞骧(Lansus)



2015年从国民技术分离出来。2010年开始依托国内市场开发国产射频功率放大器和射频开关。2011年,其NZ5081应用于宇龙酷派8180 TD-SCDMA手机,是第一个应用于智能手机的国产PA(RDA是第一个应用于国产功能机的PA)。


主要产品:2G/3G/4G 射频功率放大器(RF PA)、4G/WIF I射频开关(RF Switch)、4G射频前端模块(RF Front-end Module)


14、中科汉天下(Huntersun)



国内领先的 2G、3G 和 4G 射频前端芯片供应商,产品主要有手机射频前端/功放芯片,物联网核心芯片等,RF-PA每月出货量超过7000万颗,其中2G PA超过4000万/月,3G PA超过1100万套/月,4G PA导入数家知名IDH方案商和品牌客户的BOM列表。


2015年芯片的总出货量近6亿颗,射频前端芯片出货量在华人公司排名第一,远超国内同行出货量之和。2016年,中科汉天下大规模量产4G三模八频和五模十七频的射频前端套片,2G CMOS射频前端芯片,3G CMOS TxM射频前端模块,以及蓝牙低功耗SOC芯片,高品质蓝牙音频SOC芯片等。


主要产品:射频功放前端芯片、手机终端射频器件、IoT射频SoC芯片


15、广州智慧微电子(SmarterMicro)



公司从事微波器件和射频模拟集成电路芯片设计、开发、销售并提供相关技术咨询和技术服务。2012年由前Skyworks技术海归创立,其特色是可重构的SOI+GaAs混合工艺。


主要产品:手机及移动终端射频前端、WiFi射频前端、物联网射频前端


小结:


目前,国内除了上文提到的6家射频器件厂商,还有苏州宜确(长盈精密)、Airoha(中国台湾)、重庆声光电(中电24、26、44所)、无锡好达电子、麦捷科技等


射频器件是无线连接的核心,凡是需要无线连接的地方必备射频器件。5G 通信使用了多种关键技术提升容量及速率,在多天线技术、载波聚合及毫米波频段的应用下,移动终端的射频前端模块设计变得越来越复杂,我们看好射频前端模块技术变革带来的行业性机遇。


预计未来3-5 年,射频滤波器、射频开关、PA 芯片(功率放大器芯片)三大细分领域将掀起一大波产业资本投资浪潮,并带动相应的国产替代进程。




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