全面占领手机后，射频前端如何“上车”？

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从智能手机射频前端的发展历程来看，其集成度和价值量几乎在成倍增加。如今，智能手机不仅要实现sub-6GHz、毫米波、WiFi 2.4GHz/5&6GHz、蓝牙和UWB等无线协议的载波聚合（CA），而且5G、WiFi 6(E)、蓝牙5.3/BLE等无线传输的数据吞吐量极大提升，对能耗也提出了更高要求。

国金证券数据显示，从2G时代到5G的sub-6GHz，价值量从0.7美金增至32美金。同时，从2G时代PA，到3G时代的PA、滤波器及开关，再到4G时代频段的大幅增加，滤波器、开关、Tx/Rx滤波器（BAW）等大幅增加，直至5G时代的频段、滤波器、开关、Tx/Rx滤波器（BAW）等在4G基础上成倍增加。

对射频前端来说，一个显而易见的趋势是集成化与模块化。为了将不同材料、不同工艺的器件集成在一起，优化衬底和对应的模块、测试封装技术能够实现兼容变得至关重要。

RF-SOI技术在保证有效和高效的频谱利用方面起着至关重要的作用，它可以使5G和其他共存无线标准之间的互扰降到最低，最大程度地减少非线性干扰，如信号谐波的产生，保证射频前端的正常工作。

网联汽车需要依赖多个系统和网络：连接到云进行远程信息处理(Telematics) ，需要通过蜂窝网络和卫星4G LTE、5G、Wi-Fi等标准；连接到驾驶员/乘客实现信息娱乐(Infotainment)功能，需要通过 Wi-Fi、Bluetooth等标准；连接到环境，实现车联万物(Vehicle to Everything, V2X)，需要通过专用短程通信 (DSRC)、蜂窝车联网 (C-V2X)、超宽带 (UWB) 等标准。

就硬件方面而言，全车无线连接需要多个天线与射频前端 (RFFE)。乘用车的天线常位于车顶，称为鲨鱼鳍天线。但随着汽车美学的发展，集成在车身面板中的共形天线也越来越常见。但无论如何，天线都位于车辆表面附近，以避免汽车金属车身产生的法拉第静电屏蔽效应。此外，为了尽量减少可能损害发送/接收信息完整性的损耗和干扰，OEM大都选择将射频前端放置在尽可能靠近天线的位置。

与所有无线设备一样，网联汽车依赖多个射频IC和射频模块来实现可靠的无线连接。大多数此类元件都包含在一个“盒子”中，通常称为远程信息处理盒(T-BOX)，也称为远程信息处理控制单元(TCU)。根据《面向智能化和可持续移动性的 RF-SOI 优化衬底》白皮书，TCU 中包含了用于传感、定位以及数据存储、处理与传输的功能模块。在这些模块中，网络接入设备(NAD)中又包含了确保蜂窝网络(4G LTE 或 5G)通信可靠与稳健所需的所有电路，射频前端即涵盖其中。

除了通信之外，用于汽车雷达和其他驾驶辅助系统中的还有FD-SOI。这项技术可以与RF-SOI互为补充。在解决5G不同频段共存的问题上，它们可以为射频设计提供更多的灵活性。

据了解，FD-SOI目前主要用于40nm和20nm左右的光刻平台。业界正在寻求在20nm、18nm、12nm等以下光刻技术平台中使用FD-SOI，格芯和意法半导体在法国合建了新的晶圆厂，致力于提升FD-SOI的产能。

应对汽车射频前端模块化挑战

汽车内部的通信系统越来越复杂，射频前端模块化成为一大趋势。对于汽车来说，模块化的主要挑战是什么？

汽车射频前端模块化主要面临两大挑战。首先是温度管理（thermal management）。由于模块密度相对较高，并且裸片位置非常接近，例如，当功率放大器温度升高时，并不希望这种温升对相邻裸片的性能产生降级影响（对于低噪声放大器而言，它的噪声系数可能会由于温度变化上升），所以温度管理是一个非常大的挑战。通过应用一些能量密度相对较高的材料，从而最大限度地减少温升。

另一大挑战则是干扰，例如相邻码片信号之间的串扰。干扰可能出现在射频前端无源器件(传输线、电感等)或有源电路(晶体管、二极管等)的任一点。而采用富陷阱的 RF-SOI 优化衬底来构建大部分的射频前端电路，无论干扰发生在何处，都将被最小化。

通过富陷阱层，能够捕捉氧化埋层以及高电阻操作层中游离的寄生电荷（parasitic charge），从而保证衬底达到非常高的电阻率，实现较高的线性度。这不仅仅是为晶体管，也为其他无源器件提供了高线性度。

而RF-SOI之所以能够获得广大市场，也正是因为它能够保证非常高的信号线性度和信号完整性。对SOI+低电阻率晶圆、SOI+高电阻率晶圆、RFeSI SOI富陷阱+高电阻率晶圆这三类材料进行比较，可以发现RFeSI SOI富陷阱+高电阻率晶圆的信号失真度（distortion）最低、线性度最高。

此外，随着系统越来越复杂，一项技术并不能解决所有问题，需要多项技术互为补充。例如RF-SOI、FD-SOI、RFeSI，同时还有用于滤波器的POI、用于大功率的RF-GaN优化衬底等共同应用，来最大限度地减少相邻系统之间的干扰。

模块化已经成为车身网络接入设备的关键设计要素，它所提供的灵活性可满足不同区域市场的需求，而将发射、接收和滤波功能集成在多个模块中的射频前端组件更具优势，它们可以快速更换，以适应车辆所在的销售区域，并满足区域法规和当地用户的偏好。

经过大规模制造验证的RF-SOI衬底技术，促进了智能手机的普及。随着无处不在的连接向汽车的扩展，RF-SOI作为可选的工艺技术之一，将继续发挥重要作用，以确保低成本高可靠性的连接。

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