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射频设计的前世今生:从分立元件到前端集成

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发表于 2017-9-11 16:54:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
大约七八年前,我和Nokia Tokyo的老工程师Sado San一起去芬兰出差,从Tampere开车去Salo,休息的时候在路边小店喝杯咖啡,聊起接下来我们去Salo要承接的新RF平台,不记得怎么的聊到了以前的工作内容。

Sado San问我:你以前是做基站RF的,那么都是分立器件喽?我:是啊,尤其是我做PA的,基本上都是单个的LDMOS管。他点点头:其实以前手机也是分立器件,我还得自己调频综(Frequency Synthesizer)和本振(LO)呢!

他顿了顿,叹口气说:现在RF不如以前好玩了,你看Salo的人把整个平台都定制好了,我们拿来就像乐高(LEGO)一样搭积木,自己能发挥的部分太少了。

Sado San比我年长十岁,他的RF工程师生涯是从BB机这种上古神器开始的;在他看来,乐高虽好,但那总是小孩子的玩具,无法与工匠们所醉心的玲珑榫卯相提并论。

这是一件有点令人伤感的事情。

作为本世纪第一个十年里入行的RF工程师,我幸运的抓到了分立器件时代的尾巴。在后来的十二年间,我目睹了整个RF工程加速走向集成化的进程;RFIC工程师与RF系统工程师的分工越来越明显,行业的集中度也提升到了史无前例的高度。

我们今天已经很熟悉广泛应用于手机RF前端的集成化模块,但是这些模块出现的时间也许比一般人想象的更早:我在十年前加入Nokia之时,Nokia S60机型的RF前端已经大规模集成化了;而我也曾经好奇的在Nokia浩如烟海的资料库里寻找早期开发的历史文档,发现集成化前端其实在更早的时候就已经作为技术储备开始研发。

下图是十年前Nokia主流平台的前端架构图的一个角落:
1.png
这就是一个典型的FEMiD(Front-end Module with Integrated Duplexers)。事实上全图也只是由不超过5个模块互联而成——也就是说整个RF部分几乎没有分立器件(除了匹配电路)。

这是一个典型的3G时代产物,WCDMA Band 1/4,2,5,8就足以包打天下,GSM则与WCDMA共用通道,从现在的眼光来看这种配置相当简单。但是在十年前,大部分RF器件商提供的基本上都是分立的PA、TRX和Duplexer,只有Nokia这一类既有深厚的技术能力(能做出来),又拥有巨大市场(做出来有量,能赚钱)的主流厂家才会进行这样规模定制:新平台伊始,找来市面上主要的几家供应商,论证方案,决定架构,组合搭配;最终选择不超过两种组合方案(通用性要求,避免独家供货造成价格和产量的潜在威胁),在定型的平台上投产数个机型。

FEMiD在很长的时间里一直手机集成化前端的主流,直到某一天有个手机行业的门外汉(也可以说是“门口的野蛮人”)出现:

2.png

这是一张网图,iPhone4的RF前端,早在那时iPhone已经开始使用PAiD(PA with Integrated Duplexers,也称PAD)在3G上;而在后一代被称为百世经典的iPhone4S上,这种趋势更加明显:
3.png
这时各路老牌厂商才意识到这个门口的野蛮人的不简单——它居然掀起乃至引领了这一潮流,从此PAiD在LTE时代几乎成为手机RF前端的标配。

FEMiD以及后来的PAiD,是在近五六年间为人们所熟知以及大规模商用的——这与iPhone4/4S的出现时间惊人的一致;虽然在技术史上它们出现的时间远远比这要早,但是在更早的时候它们都只是少数几家大公司军火库里的定制武器,直到后来“军火商”们发现有利可图,开始大规模开发商用型号的FEMiD和PAiD——这是集成化前端发展史上一个重要的节点,从此无论FEMiD还是PAiD都开始成为可以在产品目录上自由选择的商用器件。

序幕一旦拉开,潮流便不可逆转,RF LEGO的时代从此开启。

【后记与前言:逻辑与角度。

我们如果观察手机集成化RF前端的发展历史,就会发现有两个逻辑贯穿始终:技术的逻辑和商业的逻辑;无论我们讨论需求也好、技术实现也好,抑或经营利润,实际上都被包含在这两个逻辑之中。

同样的,当我们观察一个行业的发展,同样有两个角度需要关注:历史的角度与发展的角度;以历史的角度来观察,才能辨清得失;以发展的角度来展望,才能预见未来。
续篇将从这两个逻辑和两个角度来讲述集成化RF前端的三生三世。】

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发表于 2018-2-14 16:31:23 | 显示全部楼层
国内手机厂家几乎不用PAiD,用不起,太贵了。
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