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RF前端设计发展史之:PAiD

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发表于 2017-9-18 10:23:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
文章来源:FindRF,作者:猪头是头猪

前两天果记新发布了iPhone8/8Plus/X,估计等上市的时候又是一轮拆解潮,大家对果记用了什么新技术新器件是非常感兴趣的;那么让我们回望五年前,当时RF前端的“新”技术又有哪些?

当时我还在诺记继续做WindowsPhone,因为上马仓促,多数设计都还是围绕分立器件来完成,所幸FEMiD已经逐渐成为成熟的设计,所以我们通过MMMB PA + FEMiD做出了早期的几个平台。

同时期的iPhone 4S,从整个RF的设计来说非常简洁——这大概是果记一贯的风格吧:
1.png

其中的TQM666052能够在Qorvo网站上查到datasheet,这是一个典型的PAiD:
2.png
而之后的iPhone上用到PAiD越来越多,这也是在频段和制式不断增加的情况下,iPhone的RF部分一直保持相当紧凑的原因之一。
iPhone5:
3.png

iPhone5S:
4.png

我相信多数公司在FEMiD vs PAiD的选择中都做过比较甚至尝试,这里我们拿Skyworks自家两种产品做个比对,上面的是FEMiD Sky96000,下面的是PAiD Sky78113(实际上是SkyOne系列,后面会谈到)。
5.png

6.png


邓爷爷说过:实践是检验真理的唯一标准。所以当年我们做过这样的尝试:一个平台同时做两套方案,一套用MMMB PA + FEMiD,另一套用SkyOne。当时是SkyWorks刚开始推SkyOne,我们可以算是第一批小白鼠,甚至用过Glop-Top的SkyOne进行调试;我也不得不佩服当时主管这个平台研发的芬兰大哥,顶住研发管理以及供应链的联合反对与压力,强推SkyOne方案(工程师们背地里也没少骂娘)——从当时看,技术也许并不成熟,但是从发展的眼光来看,却是顺应了潮流。

两套方案的PCB面积差别很小,SkyOne方案稍微占优;性能上SkyOne作为一个尚未成熟的方案尚有缺陷,需要更多的调试和优化;对于当时针对中国市场的频段配置,SkyOne也足够胜任。
最终的量产版本选用的是SkyOne,算的是首先吃螃蟹的人,当时据我所知在国内只有我们和华为还是联想各上了一个版本,而且产量不大,只能算试水而已。
如今再看市场上主流的手机方案,像华为P9这样的旗舰产品已经是三颗SkyOne高中低搞定所有频段所有制式;而PAiD早已泛滥成灾,除了各大公司的定制版本,供应商们货架上在售的商用版本早就把全频段全制式囊括殆尽。

PAiD的先天优势是明显的:在MCM上焊接裸die,通过小尺寸集总元件进行匹配,集成度可以做到非常高,这样手机PCB的面积可以节省很多。
另一方面,工程师们都知道PA输出的匹配是最难做的,费时费力。而这样一来PA的输出匹配工作整个的由手机RF端挪到了RF器件供应商端——平心而论整个系统工作量并没有减少,但是对于手机RF工程师来说倒是省心不少。

PAiD也有固有缺点:缺乏灵活性。早年手机商们经常会做好几个不同的variants来供给不同的地区乃至特定运营商,这样一个大而全的PAiD中就会有些频段显得多余。当时几乎没有人想要做“全网通”,一方面看上去没有必要,另一方面确实也是做不出来(在一定的成本/良率要求下)。
直到高通开始大规模推广它家的全网通Modem+TRX。
整个LTE时代简直就是高通大杀四方的黄金年代,你几乎都不用看3GPP的进化,只要盯着高通最新芯片组的架构和频段支持就行,凡是3GPP上列出来的,高通一定全支持——于是全网通成了个网红名词,而PAiD也再没人抱怨“多余”,倒是经常有人恨支持的频段不够全。
大概产品管理部门也从此松了一口气,他们不再需要针对分析各地区的频率分配和审批,也不用关心运营商新开频段的问题,一个全网通一刀拿下——连宣传语都连带着写好了。
于是RF LEGO时代真正全面来临:手机厂商的RF工程师们最多也就跟供应商们开会讨论需求和指标、拿到样品之后测试和评估,至于说放到PCB上搭积木——说实话你让老木匠们去搭乐高,不就是一袋烟的功夫么。

PAiD的大发展,在手机厂商一侧是与苹果的崛起几乎同步,而在供应商一侧则是与RF半导体厂商的大整合相关联:几乎在两三年间,所有的RF半导体制造商都变成了有源无源双修、再加MCM集成的“全产品线”巨无霸。
很难说是先有鸡还是先有蛋,但确实RF半导体商的合纵连横使得每一家都能用自家的PA + 自家的Switch + 自家的DPX/Filter做出一套全网通的PAiD。迄今为止最大的瓶颈依然是带宽大频率高的高频段——只有FBAR这样的新时代神器可以胜任,Avago也因此一招鲜吃遍天。
而之前无源器件厂商主导FEMiD的时代也一去不返:Murata果断收购Renesas的PA部门而摇身一变成为PAiD供应商,RFMD+TriQuint成为Qorvo,Skyworks曲线攻取Panasonic。
这里又不得不提到高通:一开始它觉得可以江山一统,拿出了RF360这种剑走偏锋的CMOS PA方案,玩砸了之后老老实实回到GaAs的老路子,最近又拉上了EPCOS-TDK(这也是FEMiD时代的大玩家)成立了合资公司专攻PAiD。
总之这些原来瞧不上做MCM搞封测的RFIC公司门,现在统统干起了PAiD,为的就是把自家的PA/Switch/DPX/Filter全打包进去卖个好价钱。

我一直认为全网通时代的到来,以及大厂(譬如苹果)大规模采用PAiD是整个事件的发展契机。正因为产量大幅提高使得PAiD的成本大幅下降,更多的RF器件商开始投入。PAiD对面积以及研发投入的节省(不好意思,手机RF工程师们,你们要当心失业了),则带动了更多手机厂商采用这一方案。PAiD的有源+无源特点又激发了RF器件商的不断合并。
这就像一个正反馈环,信号不断在反馈——放大之间振荡,振荡的结果是不断有小厂商(无论是甲方还是乙方)被洗出去,形成有限的几家大厂垄断的局面。

如果你拆开华为P9,RF部分赫然并排着三块SkyOne,分别是Sky78113/Sky78114/Sky78117,从GSM到LTE无所不包——十年前的工程师们无论如何不会想到某一天他们的原本雕龙绘凤搬的工匠技艺会有一天被乐高式的模块取代,甚至痛心疾首。

当我们仰望那些古老的楼台亭阁,雕梁画栋,古代的能工巧匠们以榫卯桁檩架构,耗尽毕生心血;然而现在的乐高积木,却可以让一个十来岁的孩子搭建出形象逼真的西敏寺和大本钟。
这何尝不是一种进步?



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