如何将超大数据流塞进小巧的智能手机？Qorvo专家支招

随着全球移动数据需求的持续增长以及用户对性能期望的不断提高，智能手机和其他移动设备制造商正在通过提供更快的 Wi-Fi 性能来予以应对。

整个行业正在迅速迁移到 IEEE 802.11ac Wi-Fi 标准，与上一代标准 802.11n 相比，该标准在性能上有着显著提升，其他改进功能包括更多的空间数据流（多达 8 个 MIMO）、更宽的通道（高达 160 MHz）和更高阶的调制（高达 256 QAM）。在手机领域，越来越多的制造商开始部署 2x2 MIMO，单个数据流性能因此提升多达两倍，采用 802.11ac 标准时最大数据速率在理论上可以达到 1.69 Gbps。

对于从事移动设备设计的工程师来说，MIMO 和 802.11ac 带来了新的挑战。设计人员必须在超薄手机内已经非常拥挤的空间中再额外塞入一个 Wi-Fi 链，同时还要管理设计复杂性并支持更加严苛的性能要求。

具体来说，智能手机约 60% 的内部空间通常专门用于放置电池，确保设备拥有足够长的电池续航时间。所有其他元件必须拥挤地排布在剩余的 40% 空间内，这些元件包括处理器、调制解调器、传感器以及蜂窝和 Wi-Fi 前端。随着设备复杂性不断攀升，在可用空间中放入所有这些元件的难度也随之增加。例如，每一代旗舰级智能手机都比上一代支持更多的 LTE 频段。与几年前的 3G 手机相比，如今的 4G 智能手机可能需要支持多达 3 倍的 RF 频段，而外形尺寸却大致相同。

除了紧凑的空间限制，工程师还必须应付 802.11ac 标准提出的更高性能要求。相较于之前的 Wi-Fi 标准，802.11ac 前端必须提供更高的线性度，同时保持低插入损耗和低功耗。由于最大调制复杂度从 802.11n 中的 64 QAM 增加至 802.11ac 中的 256 QAM，吞吐量可以增加 33%。然而，它还要求具有更高的线性度（更低的星座误差），也就是说需要满足更严苛的动态误差矢量幅度 (EVM) 要求。在 802.11ac 中，发送器件允许的最大系统 EVM 为 -32 dB（使用 5/6 编码速率时），而 802.11n 中仅为 -28 dB。由于系统要求包括 Wi-Fi 芯片组的贡献值，因此 802.11ac Wi-Fi 前端必须实现更低的 EVM。  

Wi-Fi 集成前端模块在紧凑的封装中集成了开关、放大器、滤波器和耦合器，可帮助节省智能手机内有限的 PCB 空间。上图为 Qorvo QM48184。 

集成 Wi-Fi 前端

提高 Wi-Fi 前端元件的集成度可以帮助应对空间限制和 802.11ac MIMO 移动设计的性能要求。现在，借助先进的晶圆级封装和倒装芯片制造技术，可以制造出内置放大器、滤波器和开关的高集成度前端模块。以这种集成架构替换多个分立元件可以在帮助工程师节省宝贵的 PCB 空间方面起到极大作用。例如，一款典型的双频段集成前端模块 (FEM) 中会集成 2.4GHz 和 5GHz 功率放大器、低噪声放大器以及 Wi-Fi/LTE 共存滤波器、双工器、耦合器和开关。在 2X2 MIMO 配置中，这比使用分立元件时占用的空间要少。 

除了节省空间，集成还能给手机制造商带来其他显著的优势。这些优势包括简化手机设计、提升性能和降低功耗。前端元件总数减少可以简化设计并降低手机生产过程中成品的淘汰率。模块内的元件已经过测试和调节以优化性能，让设备更容易达到 802.11ac 系统要求。

为了最大程度地提高 iFEM 性能和功效，需要根据不同的工艺技术来合并多个元件。基于 GaA 工艺的功率放大器可以提供高功率输出和线性度。需要使用温度稳定型 BAW 滤波器，以便在所有操作条件下提供精度选择性，并使得能与相邻的 LTE 频段共存。

天线共享

共享天线架构还能帮助工程师更有效地利用智能手机内的有限空间，同时通过 MIMO 提供更高的 Wi-Fi 性能。此架构可以充分利用手机的分集天线，后者用于提高 LTE 信号的质量和可靠性。通过集成高性能双工器，分集天线还可用作第二个 Wi-Fi 天线，从而实现 2x2 MIMO 配置来提供更快的 Wi-Fi 吞吐速度。该双工器让蜂窝路径和滤波 Wi-Fi 路径可以共享一个天线端口。对于空间至关重要的高端手机，这种共享天线架构尤其具有吸引力。为此设计的双工器必须在很大范围的工作条件（包括温度变化）下为 LTE 和 Wi-Fi 提供低插入损耗和良好的抑制性能。

总结

从事移动设备设计的工程师面临着持续的压力，需要在小巧尺寸中提供更高的性能。高度集成的 Wi-Fi 前端模块可以帮助解决这些设计挑战。随着每一代设备在复杂性上不断增加，提高集成度将会变得非常关键，决定着智能手机制造商能否满足不断提高的移动数据需求。