手機射頻技術和手機射頻模塊構成簡介

　　進入移動互聯網時代，手機集成了越來越多的RF技術，比如支持LTE、TD-SCDMA、WCMDA、CDMA2000、HSDPA、EDGE、GPRS、GSM中多個標準的雙模/多模手機，可實現VoIP、導航、自動支付、電視接收的Wi-Fi、GPS、RFID、NFC手機。采用多種RF技術使手機的設計變得越來越復雜。

　　手機射頻技術和手機射頻模塊基本構成

　　3G手機射頻部分由射頻接收和射頻發送兩部分組成，其主要電路包括天線、無線開關、接收濾波、頻率合成器、高頻放大、接收本振、混頻、中頻、發射本振、功放控制、功放等。

　　總體來說，基本的手機射頻部分中的關鍵元件主要包括RF收發器（Transceiver），功率放大器（PA），天線開關模塊（ASM），前端模塊（FEM），雙工器，RF SAW濾波器及合成器等，如圖所示。下面將著重從三個基本部分開始介紹：

　　圖 手機射頻模塊基本構成圖

　　手機射頻模塊功率放大器（PA）

　　功率放大器（PA）用于將收發器輸出的射頻信號放大。功率放大器領域是一個有門檻的獨立的領域，也是手機里無法集成化的元件，同時這也是手機中最重要的元件，手機性能、占位面積、通話質量、手機強度、電池續航能力都由功率放大器決定。

　　功率放大器領域主要廠家是RFMD、Skyworks、TriQuint、Renesas、NXP、Avago、ANADIGICS?，F在，原本是PA企業合作伙伴的高通，也直接加入到PA市場中，將在2013年下半年推出以CMOS制程生產的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個頻段，以多頻多模優勢宣布進軍PA產業。

　　PA市場經歷了LDMS PA“擂主”時代之后，砷化鎵（GaAs）PA成為3G時代PA市場的“擂主”。當年帶領砷化鎵攻打PA市場的TriQuint正在積極布局砷化鎵的藍圖，針對3G/4G智能手機擴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，未來PA可能會成為手機平臺的一部分，并會出現手機芯片平臺企業收購、兼并PA企業的現象。

　　如何集成這些不同頻段和制式的功率放大器是業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，將不同頻率的射頻功率放大器PA集成；另一種架構則是沿信號鏈路的集成，即將PA與雙工器集成。兩種方案各有優缺點，適用于不同的手機。融合架構，PA的集成度高，對于3個以上頻帶巨有明顯的尺寸優勢，5-7個頻帶時還巨有明顯的成本優勢。缺點是雖然PA集成了，但是雙工器仍是相當復雜，并且PA集成時有開關損耗，性能會受影響。而對于后一種架構，性能更好，功放與雙功器集成可以提升電流特性，大約可以節省幾十毫安電流，相當于延長15%的通話時間。所以，業內人士的建議是，大于6個頻段時（不算2G，指3G和4G）采用融合架構，而小于四個頻段時采用PA與雙工器集成的方案PAD。目前TriQuint可提供兩種架構的方案，RFMD主要偏向于融合PA的架構，Skyworks偏向于多頻PAD方案。

　　手機射頻模塊RF收發器

　　收發器是手機射頻的核心處理單元，主要包括收信單元和發信單元，前者完成對接收信號的放大，濾波和下變頻最終輸出基帶信號。通常采用零中頻和數字低中頻的方式實現射頻到基帶的變換;后者完成對基帶信號的上變頻、濾波、放大。主要采用二次變頻的方式實現基帶信號到射頻信號的變換。當射頻/中頻（RF/IF）IC接收信號時，收信單元接受自天線的信號（約800Hz～3GHz）經放大、濾波與合成處理后，將射頻信號降頻為基帶，接著是基帶信號處理;而RF/IFIC發射信號時，則是將20KHz以下的基帶，進行升頻處理，轉換為射頻頻帶內的信號再發射出去。

　　前些年收發器領域廠家分為兩大類，一類是依托基頻平臺，將收發器作為平臺的一部分，如高通、NXP、飛思卡爾和聯發科。這是因為收發器與基頻的關系非常密切，兩者通常需要協同設計。另一類是專業的射頻廠家，不依靠基頻平臺來拓展收發器市場，如英飛凌、意法半導體、和Skyworks。

　　隨著收發器向集成化和多?；l展，單模的收發器已經完全集成到基頻里。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。分立的RF收發器越來越少見。

　　手機射頻前端模塊（FEM）

　　前端模塊集成了開關和射頻濾波器，完成天線接收和發射的切換、頻段選擇、接收和發射射頻信號的濾波。在2GHz以下的頻段，許多射頻前端模塊以互補金屬氧化物半導體 （CMOS）、雙極結型晶體管 （BJT）、硅鍺 （SiGe）或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設計，逐漸形成主流。由于硅集成電路具有成熟的制程，足以設計龐大復雜的電路，加上可以與中頻與基頻電路一起設計，因而有極大的發展潛力。其它異質結構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均遠較砷化鎵場效晶體管遜色，現階段砷化鎵場效晶體管制程仍在電性功能的表現上居優勢。射頻前端模塊電路設計以往均著重功率放大器的設計，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，同時達到省電的要求。功率增加效率與線性度往往無法兼顧，然而在大量使用數字調變技術下，如何保持良好的線性度，成為必然的研究重點。