详解手机射频技术及最新发展趋势分析

近年来随着电子技术的高速发展，越来越多的功能集成到手机中。为随时随地通过网络下载各种音视频内容、接收电视节目等等，手机将集成越来越多的RF技术，例如支持GSM、GPRS、EDGE、HSDPA、CDMA2000、WCMDA、TD-SCDMA等移动通信空中接口标准中的两个或者多个标准的双模/多模手机，可分别实现VoIP、定位导航、自动费用支付、电视节目接收的Wi-Fi手机、GPS手机、RFID手机、电视手机。这些采用多种RF技术的手机在提供便利的同时也使得手机的设计变得复杂，如何进一步集成射频元件也变得至关重要。

手机射频单元基本构成

手机的射频部分中的关键元件主要包括RF收发器（Transceiver），功率放大器（PA），天线开关模块（ASM），前端模块（FEM），双工器，RF SAW滤波器及合成器等，如图所示。下面将着重从三个基本部分开始介绍：

手机射频单元基本构成图

RF收发器

收发器是手机射频的核心处理单元，主要包括收信单元和发信单元，前者完成对接收信号的放大，滤波和下变频最终输出基带信号。通常采用零中频和数字低中频的方式实现射频到基带的变换；后者完成对基带信号的上变频、滤波、放大。主要采用二次变频的方式实现基带信号到射频信号的变换。当射频/中频(RF/IF)IC接收信号时，收信单元接受自天线的信号(约800Hz～3GHz)经放大、滤波与合成处理后，将射频信号降频为基带，接着是基带信号处理；而RF/IFIC发射信号时，则是将20KHz以下的基带，进行升频处理，转换为射频频带内的信号再发射出去。

收发器领域厂家分为两大类，一类是依托基频平台，将收发器作为平台的一部分，如高通和联发科（之前的德州仪器、NXP、飞思卡尔等已退出手机射频收发器市场）。这是因为收发器与基频的关系非常密切，两者通常需要协同设计。另一类是专业的射频厂家，不依靠基频平台来拓展收发器市场，如英飞凌、意法半导体、RFMD和SKYWORKS。后一类厂家中英飞凌和意法半导体都是为诺基亚定做收发器，英飞凌还为曾摩托罗拉和索尼爱立信定做3G时代的收发器。意法半导体的手机射频业务则是全部围绕诺基亚展开，没有任何对外销售的产品，只有诺基亚一个客户。

收发器正朝集成化和多模化前进，集成化是因为手机行家对持续降低成本的要求，绝大多数的厂家的收发器半导体制造工艺已转换为RF CMOS，单模的收发器完全集成到基频里。SILICON LAB和英飞凌是最早用CMOS工艺制造收发器的公司。高通在收购Berkana后，也大力采用RF CMOS工艺。一批新进射频厂家无一例外都采用RF CMOS工艺，甚至是最先进的65纳米RF CMOS工艺。老牌的飞利浦、FREESCALE、意法半导体和瑞萨仍然坚持用传统工艺，主要是SiGe BiCMOS 工艺，诺基亚仍然大量使用意法半导体的射频收发器。不过意法半导体在合并了NXP和爱立信移动平台后推出基频的能力大大增强。多模化是对厂家能力的挑战，未来的3G、4G手机很有可能多模，支持WCDMA、LTE和WIMAX等多种技术标准，而实力不济的厂家将会出局。

功率放大器（PA）

PA用于将收发器输出的射频信号放大，通常有三种实现方式：分立晶体管电路、单片微波集成电路（MMIC）和功率放大器模块（PAM），分立电路是最古老也是最便宜的解决方案，至今仍在广泛应用，一般选用的是成本较低的硅双极器件。其主要缺点是手机制造商必须拥有丰富的射频电路设计经验，能自己完成PA的设计。因此对于超过1Ghz以上的系统的PA的快速开发，分立电路缺乏吸引力。而这正是MMIC的优势所在，MMIC过去采用GaAs MESFET制造，现在多采用砷化镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)工艺制造。在MMIC方案中，输入一般不集成在芯片中，要求手机制造商掌握的射频电路设计知识比较少。然而MMIC仍不能提供所有的功放功能，价格和效率在实际应用中也经常被必需的外部匹配元件而抵消。PAM则提供的是完全的射频功能，采用功放模块，手机制造商仅需要很少的射频知识，从而最终降低了功放的成本。目前市面上的PAM采用的有双极硅、LDMOS(横向扩散金属氧化硅)或GaAsHBT工艺，PAM的主要优点是可以结合不同的技术，从而容易增加新的功能。

功率放大领域则是一个有门槛的独立的领域，也是手机里无法集成化的元件，同时这也是手机中最重要的元件，手机的通话质量、信号接收能力、电池续航能力都由功率放大器决定。一般厂家选定功率放大器之后，更换供应商的可能非常非常小。功率放大器领域主要厂家是RFMD、SKYWORKS、RENESAS、NXP、AVAGO、TRIQUINT、ANADIGICS。

前端模块（FEM）

前端模块集成了开关和射频滤波器，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射