5G NR射頻前端模塊 / Qorvo

電子發(fā)燒友綜合報道（文/周凱揚）在5G通信中，射頻前端模塊是不可或缺的，據(jù)Yole Development的統(tǒng)計報道來看，去年的射頻前端市場達(dá)到了167億美元，2022年有望達(dá)到221.75億美元。隨著移動終端的射頻模塊的不斷發(fā)展，也從分立的功率放大器、濾波器和開關(guān)組件朝整合型模組FEMiD和PAMiD發(fā)展。而相較于FEMiD來說，PAMiD的集成度更高，更適用于移動終端設(shè)備中有限的PCB空間。Qorvo作為最早致力于提供射頻前端方案的供應(yīng)商，已經(jīng)在該領(lǐng)域耕耘了20多年，市場份額位列前三。本次5G射頻前端趨勢的會議討論上，Qorvo華北區(qū)應(yīng)用工程經(jīng)理張杰（Fiery Zhang）和Qorvo封裝新產(chǎn)品工程部副總監(jiān)趙永欣（York Zhao）為我們講解了Qorvo在移動射頻前端上做出的努力。

近年來LTE與5G的飛速發(fā)展，令射頻前端的方案也更加復(fù)雜，用到的器件與需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)的也越來越多。比如智能手機設(shè)計中集成的功能越來越多，攝像頭和傳感器等功能器件占據(jù)了很多空間，因此射頻模塊或基帶等利用的空間越來越少，因此射頻方案集成化也成了市場發(fā)展趨勢。

整合LNA的射頻模塊 / Qorvo

Qorvo這幾年也做了很多PAMiD的集成化方案，將功率放大器、濾波器、開關(guān)和低噪聲放大器集成到一個模塊（L-PAMiD）內(nèi)。與分立方案相比，這種集成方案更省空間，以往5、6個器件都要各自封裝組成一個器件，再擺到PCB上去實現(xiàn)。某些器件甚至需要重復(fù)封裝，PCB上的擺放也要保障一定間隔。而集成到一個模塊中后，只需要封裝一次即可。再者分立方案中實現(xiàn)相同功能，在PCB上的走線也很多，而集成方案下，手機設(shè)計廠商就不需要再考慮各個器件間的走線了。

然而在PCB面積越來越緊湊，器件布局越來越緊密的情況下，多個功能模塊都會同時工作，因此就會存在一個非常難以解決的互擾問題。Qorvo在仿真實驗中發(fā)現(xiàn)，如果外置機械屏蔽罩設(shè)計不當(dāng)?shù)脑?，L-PAMiD會出現(xiàn)靈敏度下降的問題（>4dB），而PAMiD則不會出現(xiàn)該問題，因為外部的LNA往往與功率放大器相距較遠(yuǎn)。Qorvo為了改善互擾的問題，在L-PAMiD上實現(xiàn)了自屏蔽專利技術(shù)Micro Shield。

某手機廠商為了提高屏蔽高度而增加的“凸起” / Qorvo

射頻器件在傳輸射頻時，也會向周圍輻射從而形成干擾，因此會對臨近的接收設(shè)備造成干擾。而自屏蔽技術(shù)則會防止其他器件受到輻射干擾，另一方面也可以在一定程度上排除機械屏蔽罩對器件的影響。因為客戶自己設(shè)計的屏蔽罩有可能會返回這些射頻器件輻射的場強等，反而影響器件本身的性能。而有了自屏蔽技術(shù)，客戶在設(shè)計屏蔽罩時可以較少地考慮高度和形狀這些因素。

不過自屏蔽已經(jīng)不是全新的技術(shù)了，早在十幾年前該技術(shù)就已經(jīng)面世了。但之前的應(yīng)用范圍較窄，直至近幾年隨著集成度增加它才開始興起。Qorvo對自研的自屏蔽技術(shù)也進(jìn)行了多次迭代更新，比如對內(nèi)部集成器件的選擇性屏蔽，并將其工藝穩(wěn)定性和質(zhì)量達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。Qorvo目前的自屏蔽技術(shù)主要利用電鍍來實現(xiàn)，而不是噴涂。屏蔽罩通過電鍍腐蝕后再附著上去，做到更高的可靠性和屏蔽性能。Qorvo也考慮到了自屏蔽的防氧化，以減少因外界環(huán)境變化引發(fā)的氧化現(xiàn)象對屏蔽效果所造成的影響。

頻段增加下的持續(xù)整合趨勢 / Qorvo

在提到5G手機射頻設(shè)計中面臨的挑戰(zhàn)時，Qorvo認(rèn)為5G手機在4G手機的基礎(chǔ)上加入了更多的功能器件，也對性能要求、線性度、EVM和頻率等提出了更高的要求。因此目前自屏蔽技術(shù)和集成化的方案往往是從中高端的產(chǎn)品開始擴展的，但隨著5G的普及，目前中低端手機上也開始涌現(xiàn)這個需求。為了對應(yīng)中低端產(chǎn)品的成本，Qorvo也會針對不同地區(qū)做出對應(yīng)的方案，比如省去其他頻段等。

而在濾波器方面，Qorvo也談到了5G時代BAW（體聲波濾波器）和SAW（聲表面波濾波器）的選取問題。Qorvo認(rèn)為BAW從Q值和溫漂等角度來說，性能優(yōu)于SAW。比如北美的Band13頻段，可能相隔2MHz就到了火警通訊頻道，因此對于溫漂的需求更高。

PAMiD/L-PAMiD產(chǎn)品路線圖 / Qorvo

Qorvo未來也對5GHz等一系列6GHz以下的產(chǎn)品部署進(jìn)行了規(guī)劃，推出更多高度集成的模塊。而毫米波技術(shù)應(yīng)用尚不廣泛，未來若要支持更高頻段下的毫米波，則會對射頻前端的集成帶來更大的挑戰(zhàn)。