深度解析高通RF360移动射频前端解决方案

级芯片是指先进的3D封装技术，现在已可用于射频前端。

RF POP

美国高通公司前端解决方案的第二个关键技术是业内首次使用的3D 射频封装或RF POPTM解决方案，采用先进的3D封装技术，单一封装内集成了单芯片多模功率放大器和天线开关（AS），并将滤波器和双工器集成到一个单一基底中，然后将基底置于基础组件之上，整合成一个单一的"3D"芯片组组合，从而降低了整体的复杂性，摒弃了当今射频前端模块中常见的引线接合。集成功率放大器和天线开关的封装作为基底层，管脚对所有频段配置都一致，包含滤波器和双工器的封装针对全球和/或多地区频段组合进行配置，置于PA/AS基底之上，就像在一个通用基底上定制的"顶"。这一组合厚一毫米，在电路板上所占的面积只有美国高通公司前代射频前端解决方案的一半。重要的是，针对不同地区的定制终端无需更改电路板布局，因为基础PA/ AS层可以保持不变（见图3）。

图3 射频POP 3D设计CMOS前端

这种设计基于可支持700MHz到2.7GHz的全球LTE频段以及传统2G/3G频段的架构，降低了"顶"部简化版本所需的本地RF频段定制。借助RF POP方案，两三个PCB设计现在就可以实现此前的数十个或更多设计才能达到的全球支持，因为多频段配置可以使用相同的电路板布局。这为推动LTE生产规模效益创造了可能性，效果正如四频之于GSM以及五频之于3G 。

相比之下，基于PCB模块的传统解决方案混合搭配不同技术，如基于GaAs和基于CMOS的组件，成为单一终端运行环境下的最佳解决方案。要适应更广泛的环境则更为复杂，在某些情况下还会导致单一终端内存在多个并行解决方案。取决于设计的频段组合，这些并行解决方案需要多个功率放大器、更多的独立芯片以及相关的引线结合，这会带来辐射干扰，增加了阻抗匹配需求，因而阻碍了技术集成。如果需要更多频段，必须改变电路板（其中包括尺寸增加的可能性），并减少每一个独特设计的数量（见图4）。

图4 并行的传统射频前端独立设计

自适应天线调谐器

第三个关键技术是自适应天线调谐。更薄、更时尚的移动终端设计让射频问题变得更加严峻，即用户的手掌和头部与天线的实际距离变得更近，这使天线受到目标频率的干扰；这是除了用户手掌和/或头部的物理障碍造成基站信号衰减外，另一个导致信号丢失的原因。基站需要向移动终端发送指令增加传输功率以补偿丢失的信号。如果终端传输功率升高，那么电池的消耗也会加快。如果终端已经处于最大传输功率，那么通话就会受到影响，甚至导致掉话（见图5）。

图5 传统射频前端信号干扰导致功耗增加或掉话

图6 美国高通公司RF360信号干扰启动重新调谐

相比之下，美国高通公司的系统与终端的传感器相配合，监测天线信号干扰和增益信号损失，此外，调制解调器还能指导天线匹配调谐器重新调谐到正确的频率。这就避免了因补偿越限频率传输造成的功率增加，功率只需增加到能够补偿物理障碍产生的信号衰减即可（见图6）。

功率放大器性能

美国高通公司RF360解决方案采用全面系统设计打造全CMOS射频前端。在过去，与基于模块并采用GaAs/CMOS混合技术的解决方案相比，该前端被认为不足以满足蜂窝功率的性能需求。然而，QTI的测试已经证明，在广泛的传输功率水平上，仅使用当前一代支持包络功率追踪的CMOS集成方案与使用当下平均功率追踪的常规功率放大器相比，传输功率性能（TX功率产生的功耗）不相上下（见图7）。

图7 功率放大器性能对比

图8 TX功率使用形态

美国高通公司的支持包络追踪的解决方案与传统的平均功率追踪的解决方案相比，在不同功率水平上的差异很小。根据QTI在美国加州乡村地区（2013年，连续监测7天，从早8点到晚8 点）以及洛杉矶市区（2011年，连续监测1天，从早6点至晚7点）的各个商用网络上实地收集的数据，包络追踪器系统已在性能效率方面做了优化，在现实世界最常用的功率范围内提供最佳的通话时间和数据传输（见图8），而且即使超出了这些最常用的传输功率范围，其性能也接近传统的功率放大器。

当基于高/低频段的实际功率使用分布来衡量功率性能时，使用美国高通公司RF360解决方案的功率放大器在总功耗上与乡村地区的传统功率放大器几乎相同，比城市地区的传统功率放大器还要略低一些（见图9）。

图9 基于使用的总功耗对比

图10 采用天线调谐的TX功率使用分布转移

值得注意的是，这些性能对比不包括使用高精度模拟电路进行优化功率放大器和ET操作带来的提升，例如，通过增加多个可编程增益状态。天线调谐增益也没有计入比较。QTI测试表明，2 dB增益来自于天线调谐，它将TX电源使用曲线