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5G来临RF前端需要怎样的工艺和技术

(文章滥觞:电子工程网)

RF器件和工艺技巧的市场正在升温,分外是对付智妙手机中应用的两个关键组件——RF开关器件和天线调谐器。RF器件制造商及其代工相助伙伴继承推出基于RF SOI工艺技巧的传统RF开关芯片和调谐器,用于当今的4G无线收集。近来,GlobalFoundries为未来的5G收集推出了45nm RF SOI工艺。RF SOI是RF版本的绝缘体上硅(SOI)技巧,使用内置隔离的高电阻率衬底。

为了突破市场情况,一家无晶圆厂IC设计公司Cavendish Kinetics正在推出基于一种替代技巧——RF MEMS的新一代RF产品和天线调谐器。RF开关和调谐器是手机RF前端模块中的关键组件之一。RF前端将发送和接管功能集成到系统中,RF开关对旌旗灯号进行路由。调谐器赞助天线调剂到随意率性频段。

无论哪种器件和技巧类型,当今RF市场的寻衅都令人望而却步。Cavendish KineTIcs总裁兼首席履行官Paul Dal Santo表示:“几年前,RF是一项相称简单的设计。但工作现在已经大年夜大年夜改变。首先,RF前端必须可以处置惩罚异常宽的频率范围,从600 MHz至3 GHz。采纳先辈的旌旗灯号技巧和5G技巧,频率范围将达到5GHz至60GHz。这给前端RF设计师带来了难以置信的寻衅。”

斟酌到这些寻衅,手机OEM厂商必须斟酌选择一些新的组件。详细来说,对付RF开关和天线调谐器,可以归结为两种技巧——基于RF SOI的器件和RF MEMS。RF SOI是现有技巧。基于RF SOI的器件能力尚可,但它们开始碰到一些技巧问题。除此之外,市场还存在价格压力,跟着器件从200mm迁移到300mm晶圆厂,问题还会呈现。

比拟之下,RF MEMS有一些有趣的特点,并在某些领域取得了进展。事实上,Cavendish KineTIcs公司表示,其基于RF MEMS的天线调谐器正在被三星和其他OEM吸收。

Strategy AnalyTIcs的阐发师Chris Taylor说:“打仗式RF MEMS供给异常低的导通电阻,从而低落插入损耗。但RF MEMS没有临盆记录,高容量无线系统OEM厂商将不会对新技巧和小型供应商做出伟大年夜供献。当然,RF MEMS作为替代品,价格必须有竞争力,但主要OEM厂商想要靠得住性获得查验的产品和靠得住的供应滥觞。”

不过,在智妙手机(RF开关,调谐器,和其他组件)的混杂商业情况中,RF前端市场值得关注。根据Pacific Crest SecuriTIes的数据,智妙手机出货量估计将在2017年增长1%,而2016年则增长了1.3%。另一方面,根据YoleDéveloppement的数据,手机的RF前端模块/组件市场估计将从2016年的101亿美元跃升至2022年的227亿美元。 据Strategy Analytics阐发,RF开关器件市场在2016年达到了17亿美元。

跟着OEM厂商继承在智妙手机中增添更多RF内容,RF市场正在赓续增长。Strategy Analytics的Taylor说:“多频段LTE也正在向下层器件延伸,开关内容正在增添。”在转向4G或经久演进(LTE)的历程中,每台手机的RF开关器件数量都有所增添。Taylor 说:“我们每年都在讨论大年夜量的单元,大年夜多半但并非整个(RF开关)都邑进入手机,此中现在绝大年夜多半是SOI。RF MEMS仍旧是新兴市场,相对付RF SOI开关来说微不够道。”

只管RF开关的出货数量很大年夜,然则市场竞争猛烈,价格压力较大年夜。Taylor 表示,这些器件的匀称贩卖价格(ASP)为10-20美分。同时,在一个简单的系统中,RF前端由多个组件组成——功率放大年夜器、低噪声放大年夜器(LNA)、滤波器、以及RF开关。

GlobalFoundries的技巧职员Randy Wolf在近来的一个演讲中说:“功率放大年夜器的主要目的是确保有足够的“动力”可以让您的旌旗灯号或信息到达目的地。”LNA放大年夜来自天线的小旌旗灯号。RF开关将旌旗灯号从一个组件路由到另一个组件。Wolf 说:“(滤波器)可防止统统无用旌旗灯号进入。”

在手机中,2G和3G无线收集的RF功能简单。2G有四个频段,3G有五个频段。 但对4G来说,有40多个频段。4G不仅交融了2G和3G频段,而且还搭载了4G频段。除此之外,移动运营商已经支配了一种称为载波聚合的技巧。载波聚合将多个信道或分量载波组合到一个大年夜数据管道中,可以在无线收集中实现更大年夜的带宽和更快的数据速度。

为了处置惩罚频段和载波聚合,OEM厂商必要繁杂的RF前端模块。本日的模块可以集成两个或多个多模、多频带功率放大年夜器,以及多个开关和滤波器。Qorvo移动计谋营销经理Abhiroop Dutta表示:“这取决于采纳的RF架构。PA的数量由手机正在寻址的区域频带抉择。经由过程单个SKU在举世范围内应对举世多地区或举世蜂窝市场的范例“举世通”手机,频段覆盖面广泛。对付这种手机的范例RF前端集成模块的实现,一个选择是运器具有分频带模块的RF前端,以办理高、中、低频带的不合要求。”比拟之下,智妙手机OEM厂商可能会为特定市场设计区域手机。Dutta表示: “一个例子是针对中国海内市场的手机。在这种环境下,RF前端必要支持该地区的频段。”

根据Cavendish Kinetics的理论,LTE手机还有两种天线,主集天线和分集天线。主集天线用于发射和接管功能,分集天线前进了手机的下行数据速度。实际操作中,旌旗灯号到达主集天线。然后移动到天线调谐器,容许系统调剂到任何频带。然后,旌旗灯号进入一系列RF开关。GlobalFoundries的Wolf说:“它转换到您要应用的适用频段,GSM、3G、或4G。”旌旗灯号从这里进入滤波器,其次是功率放大年夜器,着末到达接管器。

斟酌到这种繁杂性,手机OEM面临一些寻衅。功耗和尺寸至关紧张。Wolf说:“因为这种繁杂性,您的旌旗灯号在前端受到更多丧掉,这对您的接管机的总体噪声系数造成了负面影响。”显然,RF开关在办理这个问题方面起到了关键感化。总体而言,智妙手机可能包孕十余个RF开关器件。基础的RF开关采纳单刀单掷(SPST)设置设置设备摆设摆设。这是一个简单的on-off开关。

本日,OEM们应用更繁杂的开关设置设置设备摆设摆设。Ron*Coff是RF开关的关键指标。根据Peregrine Semiconductor的理论:“Ron*Coff是无线电旌旗灯号经由过程开关处于“导通”状态(Ron,或导通电阻)时孕育发生的损耗比率,以及无线电旌旗灯号在“关闭”状态下经由过程电容器的透露比率(Coff,或关断电容)”

总而言之,OEM厂商必要没有插入损耗以及具有优越隔离的RF开关。插入损耗涉及旌旗灯号功率的丧掉。假如开关没有优越的隔离,系统可能会碰到滋扰。Qorvo的Dutta表示:“总的来说,RF前端面临的寻衅是支持日益增长的机能需求,这与赓续成长的标准和增添频带覆盖范围雷同等。同时还要斟酌缩小RF器件封装的尺寸,由于手机变薄了。插入损耗、天线功率,以及隔离等关键指标仍旧推动RF产品办理规划的赓续成长的驱动力。”

(责任编辑:fqj)

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