進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,，手機(jī)集成了越來(lái)越多的RF技術(shù),，比如支持LTE、TD-SCDMA,、WCMDA,、CDMA2000、HSDPA,、EDGE,、GPRS、GSM中多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙模/多模手機(jī),，可實(shí)現(xiàn)VoIP,、導(dǎo)航、自動(dòng)支付,、電視接收的Wi-Fi,、GPS、RFID,、NFC手機(jī),。采用多種RF技術(shù)使手機(jī)的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜,。
手機(jī)射頻技術(shù)和手機(jī)射頻模塊基本構(gòu)成
3G手機(jī)射頻部分由射頻接收和射頻發(fā)送兩部分組成，其主要電路包括天線,、無(wú)線開(kāi)關(guān),、接收濾波、頻率合成器,、高頻放大,、接收本振、混頻,、中頻,、發(fā)射本振、功放控制,、功放等,。
總體來(lái)說(shuō)，基本的手機(jī)射頻部分中的關(guān)鍵元件主要包括RF收發(fā)器(Transceiver),，功率放大器(PA),，天線開(kāi)關(guān)模塊(ASM)，前端模塊(FEM),，雙工器,，RF SAW濾波器及合成器等，如圖所示,。下面將著重從三個(gè)基本部分開(kāi)始介紹：
圖 手機(jī)射頻模塊基本構(gòu)成圖
手機(jī)射頻模塊功率放大器(PA)
功率放大器(PA)用于將收發(fā)器輸出的射頻信號(hào)放大,。功率放大器領(lǐng)域是一個(gè)有門檻的獨(dú)立的領(lǐng)域，也是手機(jī)里無(wú)法集成化的元件,，同時(shí)這也是手機(jī)中最重要的元件,，手機(jī)性能、占位面積,、通話質(zhì)量、手機(jī)強(qiáng)度,、電池續(xù)航能力都由功率放大器決定,。
功率放大器領(lǐng)域主要廠家是RFMD、Skyworks,、TriQuint,、Renesas、NXP,、Avago,、ANADIGICS。現(xiàn)在,，原本是PA企業(yè)合作伙伴的高通,，也直接加入到PA市場(chǎng)中,，將在2013年下半年推出以CMOS制程生產(chǎn)的PA，支持LTE-FDD,、LTE-TDD,、WCDMA、EV-DO,、CDMA 1x,、TD-SCDMA與GSM/EDGE七種模式，頻譜將涵蓋全球使用中的逾40個(gè)頻段,，以多頻多模優(yōu)勢(shì)宣布進(jìn)軍PA產(chǎn)業(yè),。
PA市場(chǎng)經(jīng)歷了LDMS PA“擂主”時(shí)代之后，砷化鎵(GaAs)PA成為3G時(shí)代PA市場(chǎng)的“擂主”,。當(dāng)年帶領(lǐng)砷化鎵攻打PA市場(chǎng)的TriQuint正在積極布局砷化鎵的藍(lán)圖,，針對(duì)3G/4G智能手機(jī)擴(kuò)展連接推出高效率多頻多模功率放大器MMPA。
而高通以CMOS PA攻擂PA市場(chǎng),，未來(lái)PA可能會(huì)成為手機(jī)平臺(tái)的一部分,，并會(huì)出現(xiàn)手機(jī)芯片平臺(tái)企業(yè)收購(gòu)、兼并PA企業(yè)的現(xiàn)象,。
如何集成這些不同頻段和制式的功率放大器是業(yè)界一直在研究的重要課題,。目前有兩種方案：一種是融合架構(gòu)，將不同頻率的射頻功率放大器PA集成,；另一種架構(gòu)則是沿信號(hào)鏈路的集成,，即將PA與雙工器集成。兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),，適用于不同的手機(jī),。融合架構(gòu)，PA的集成度高,，對(duì)于3個(gè)以上頻帶巨有明顯的尺寸優(yōu)勢(shì),，5-7個(gè)頻帶時(shí)還巨有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是雖然PA集成了,，但是雙工器仍是相當(dāng)復(fù)雜,，并且PA集成時(shí)有開(kāi)關(guān)損耗，性能會(huì)受影響,。而對(duì)于后一種架構(gòu),，性能更好，功放與雙功器集成可以提升電流特性,，大約可以節(jié)省幾十毫安電流,，相當(dāng)于延長(zhǎng)15%的通話時(shí)間。所以,，業(yè)內(nèi)人士的建議是,，大于6個(gè)頻段時(shí)（不算2G,，指3G和4G）采用融合架構(gòu)，而小于四個(gè)頻段時(shí)采用PA與雙工器集成的方案PAD,。目前TriQuint可提供兩種架構(gòu)的方案,，RFMD主要偏向于融合PA的架構(gòu)，Skyworks偏向于多頻PAD方案,。
手機(jī)射頻模塊RF收發(fā)器
收發(fā)器是手機(jī)射頻的核心處理單元,，主要包括收信單元和發(fā)信單元，前者完成對(duì)接收信號(hào)的放大,，濾波和下變頻最終輸出基帶信號(hào),。通常采用零中頻和數(shù)字低中頻的方式實(shí)現(xiàn)射頻到基帶的變換;后者完成對(duì)基帶信號(hào)的上變頻、濾波,、放大,。主要采用二次變頻的方式實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)到射頻信號(hào)的變換。當(dāng)射頻/中頻(RF/IF)IC接收信號(hào)時(shí),，收信單元接受自天線的信號(hào)(約800Hz～3GHz)經(jīng)放大,、濾波與合成處理后，將射頻信號(hào)降頻為基帶,，接著是基帶信號(hào)處理;而RF/IFIC發(fā)射信號(hào)時(shí),，則是將20KHz以下的基帶，進(jìn)行升頻處理,，轉(zhuǎn)換為射頻頻帶內(nèi)的信號(hào)再發(fā)射出去,。
前些年收發(fā)器領(lǐng)域廠家分為兩大類，一類是依托基頻平臺(tái),，將收發(fā)器作為平臺(tái)的一部分,，如高通、NXP,、飛思卡爾和聯(lián)發(fā)科,。這是因?yàn)槭瞻l(fā)器與基頻的關(guān)系非常密切，兩者通常需要協(xié)同設(shè)計(jì),。另一類是專業(yè)的射頻廠家,，不依靠基頻平臺(tái)來(lái)拓展收發(fā)器市場(chǎng)，如英飛凌,、意法半導(dǎo)體、和Skyworks,。
隨著收發(fā)器向集成化和多?；l(fā)展，單模的收發(fā)器已經(jīng)完全集成到基頻里,。不同頻段和制式的射頻前端器件也一直在以不同的方式集生產(chǎn),。分立的RF收發(fā)器越來(lái)越少見(jiàn),。
手機(jī)射頻前端模塊(FEM)
前端模塊集成了開(kāi)關(guān)和射頻濾波器，完成天線接收和發(fā)射的切換,、頻段選擇,、接收和發(fā)射射頻信號(hào)的濾波。在2GHz以下的頻段,，許多射頻前端模塊以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS),、雙極結(jié)型晶體管 (BJT)、硅鍺 (SiGe)或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設(shè)計(jì),，逐漸形成主流,。由于硅集成電路具有成熟的制程，足以設(shè)計(jì)龐大復(fù)雜的電路,，加上可以與中頻與基頻電路一起設(shè)計(jì),，因而有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ渌愘|(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管亦在特殊用途的電路嶄露頭角;然而在5GHz以上的頻段,，它在低噪聲特性,、高功率輸出、功率增加效率的表現(xiàn)均遠(yuǎn)較砷化鎵場(chǎng)效晶體管遜色,，現(xiàn)階段砷化鎵場(chǎng)效晶體管制程仍在電性功能的表現(xiàn)上居優(yōu)勢(shì),。射頻前端模塊電路設(shè)計(jì)以往均著重功率放大器的設(shè)計(jì)，追求低電壓操作,、高功率輸出,、高功率增加效率，以符合使用低電壓電池,，藉以縮小體積,，同時(shí)達(dá)到省電的要求。功率增加效率與線性度往往無(wú)法兼顧,，然而在大量使用數(shù)字調(diào)變技術(shù)下,，如何保持良好的線性度，成為必然的研究重點(diǎn),。
比如,，2013年初出現(xiàn)的高集成智能手機(jī)前端模塊，除了覆蓋傳統(tǒng)的GSM850,、900,、1800和1900 MHz頻段以外，還涵蓋WCDMA 第1,、2,、4和5頻段，以及LTE第2,、4,、5和17頻段,。除三個(gè)聲表面波濾波器和五個(gè)雙工器以外，該模塊還包含頻段選擇開(kāi)關(guān)和解碼器,，同時(shí)在天線輸出端還帶有可防護(hù)高達(dá)4 kV的ESD保護(hù)電路,。
手機(jī)RF模塊發(fā)展趨勢(shì)
隨著手機(jī)制造商繼續(xù)開(kāi)發(fā)支持更多的頻段和精簡(jiǎn)射頻架構(gòu)的手機(jī)，將3G手機(jī)中使用的GSM,、EDGE,、WCDMA和HSPA等多種頻段和空中接口模塊整合在一個(gè)高度集成、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的RF模塊中,，已經(jīng)成為3G手機(jī)設(shè)計(jì)射頻方案的首選,。
手機(jī)中的射頻(RF)前端將越來(lái)越多地采用集成模塊，因?yàn)樗梢允棺酉到y(tǒng)簡(jiǎn)化,、成本下降和尺寸縮小,，為手機(jī)增加新功能、節(jié)省提供空間,，并為實(shí)現(xiàn)單芯片前端解決方案創(chuàng)造條件,。隨著前端模塊(FEMs)到射頻(RF)收發(fā)器模塊相繼投入使用，手機(jī)RF前端的整合之路一直在持續(xù)發(fā)展,。事實(shí)上,，早在RF收發(fā)器采用直接轉(zhuǎn)換或零中頻(ZIF)架構(gòu)(先消除中頻段，隨后消除IF聲表面波濾波器)的時(shí)候,，前端集成就已經(jīng)開(kāi)始了,。隨著收發(fā)器架構(gòu)的演進(jìn)，外部合成元件(即電壓控制振蕩器和鎖相環(huán))已經(jīng)被直接集成在收發(fā)器的芯片中,。高集成度實(shí)現(xiàn)了成本的降低以及電路板尺寸的減小,。向高集成度發(fā)展的趨勢(shì)沒(méi)有任何停止的跡象。不過(guò),，由于集成的途徑非常多,，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須仔細(xì)加以考慮。
高通推出PA,，完善其平臺(tái)化手機(jī)解決方案就是一個(gè)集成化的例子,。此前手機(jī)平臺(tái)方案主要包括手機(jī)基帶芯片、應(yīng)用處理器,、射頻芯片,、電源管理以及連接芯片，PA沒(méi)有在平臺(tái)方案內(nèi),，而是有其單獨(dú)的供應(yīng)商,。高通推出PA，更多的是想使其解決方案更趨‘平臺(tái)化’,。