Qorvo:从射频滤波器出发,推动5G发展

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随着射频前端 (RFFE) 的复杂性不断升高,插入损耗和链路预算也将增加。另外,HPUE/2 级功率要求也会增加设计的复杂性。此处是设计人员需要了解的内容,以便能为即将推出的移动设备设计出可靠的 RF 前端。
 
为了解该难题的其他方面,我请教了 Qorvo 的技术营销部门总监 Ben Thomas,并且就这一点对于实现手机接收和发射的射频 (RF) 解决方案具有什么意义询问了他的看法。对于滤除不断增长的频段以及添加至手机上的多个天线,我们可以有何期望?下一代智能手机如何才能达到所需的千兆速度?
 
Thomas 表示,Qorvo 认为随着 5G 时代的到来,全球范围内移动数据的使用方式将出现根本性的转变。对于全新一代技术,流视频是娱乐、信息等方面的新基准。
 
以下是当今影响智能手机制造商的一些实时问题。Qorvo 正在解决多个关键难题以帮助手机 OEM 厂商应对 RF 复杂性:
 
  • 符合快速变化的标准,包括载波聚合和 MIMO
  • 平衡尺寸与性能
  • 通过滤波器和多路复用器实现载波聚合组合
  • 为高端和中端智能手机提供 RFFE 备选解决方案
 
Qorvo 目前具有一个由多模块组成的 2017 RF Fusion 解决方案,
可针对业界旗舰级智能手机实现全局载波聚合 (CA) 频段覆盖,且尺寸小巧(图 1)。
 
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图 1 2017 RF Fusion LTE 解决方案(图片由 Qorvo 提供)
 
当然,它们的线路图已经扩展至 2018 年,届时会在平昌奥运会上展示许多早期 5G 架构(图 2)。
 
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图 2 扩展至 2018 年的 RF Fusion 线路图(图片由 Qorvo 提供)
 
所面临的挑战是智能手机领域具有一些设计目标和优先级不同的类别。两种重要的类别包括专为超级区域/全球使用而设计的旗舰级手机,以及为区域使用而设计的中端和入门级手机。
 
在超级区域/全球能力手机中,需要 RFFE 高度集成。需要多个频段和上行和下行载波聚合组合,以适应不同的性能需求。由于手机小巧,外形尺寸纤薄,因此需要充分利用空间以便能装入电池和多个天线,从而带来了额外的挑战。Qorvo 针对此类手机提供了 RF Fusion 解决方案,可集成所有要求的必要发射/接收功能,包括主要频段。该解决方案包含三种模块化解决方案,实现高、中、低频段频谱区域全覆盖。各模块都集成了功率放大器 (PA)、开关和滤波器。图 3 所示为高频段模块框图示例。三星 Galaxy S7 电子产品拆解图 ,内部为 QM78064,含物料清单 (BOM)。
 
图 3 Qorvo 的 RF Fusion QM78064 高频段模块,它同时支持 FDD-LTE(带有集成频段 7 双工器)和 TDD-LTE(频段 40 和 41),并搭载一个支持 20 MHz + 20 MHz 上行载波聚合的宽带 B41 Lowdrift 体声波 (BAW) 滤波器。另外,还有一个天线开关,可支持包络跟踪 (ET) 和平均功率跟踪 (APT),以提高发射功率放大器的效率,从而提升功效并帮助延长电池寿命。(图片由 Qorvo 提供)
 
消除冗余板载匹配以降低损耗
 
另一个可降低损耗的领域是消除多数传统设计架构上使用的冗余板载匹配。功率放大器和集成双工器 (PAMiD) 架构能“直接”匹配滤波器,同时降低接收 (RX) 和发射 (TX) 通道的匹配损耗,高达 0.5 dB(图 4)。
 
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图 4RF Fusion 架构可消除冗余板载匹配,因此能改善 TX 和 RX 损耗,高达 0.5 dB。(图片由 Qorvo 提供)
 
在中高频段(最难处理的频段)中使用体声波固载谐振器 (BAW-SMR) 滤波器技术,因为载波聚合是智能手机中的优化设计技术。如需了解有关 RF 滤波器的更多信息,请查看 RF 滤波器技术傻瓜书。
 
在向 1 Gb/s 目标迈进时,智能手机需要更多的移动数据。所面临的挑战是严峻的,但是本行业已准备好迎接挑战。全球运营商不断向频段添加更多所分配的频谱,因此智能手机需要能够处理这些新频段。其中许多频段因支持多载波操作而结合在一起,这使得智能手机可同时在多载波频率上工作。
 
另外,MIMO 可使新手机实现同步数据流,因而显著增加了 RF 的复杂性。这种复杂性只会不断增加,而添加更高阶的调制也仅会增加 RF 设计的难度。
 
Ben Thomas 表示,Qorvo 甚至可以采用其基础设施与国防产品 (IDP) 业务中的创新技术,包括毫米波技术中的固态设计和相关功率放大器,以及国防用低噪音放大器 (LNA)。
 
开发的下一阶段将纳入欧洲、中国、日本和韩国。为实现这一目标,在 2017 年 1 月下旬,Qorvo 成为首个加入中国移动 5G 创联中心的 RF 供应商。
 
他们还在近期推出采用 GaN-on-SiC 和 GaA 工艺的四款适用于 5G 基站的 28 GHz RF 解决方案。这些产品包括一个移相器、两个发射放大器、一个功率放大器。最近,他们在 2017 年 6 月推出了首款 39 GHz 双通道 GaN 前端模块。
 
随着 2018 年奥运会和 2020 年东京奥运会的临近,RF 电子器件激动人心的时刻即将到来,这将是 5G 迈向符合拟定标准的全部功能的拐点。
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