所谓的射频前端(RFFE),就是从收发器到天线之间所有的器件。其中包括几个必要器件:发射链路的PA、双工器,以及天线开关;接收链路一边则有滤波器、开关和低噪声放大器等。除此之外,还有做主辅天线切换的开关、天线调谐器、包络追踪芯片(ET)等。传统上,这些器件中的绝大部分(除ET)都由第三方公司提供,比如Skyworks、Qorvo、安华高等,国内有Vanchip、RDA、广州慧智、国民飞镶等。
然而,现在,Qualcomm要自己玩整套射频前端方案。为什么呢?
王健解释,有些芯片,比如包络追踪芯片、TruSinal天线信号增强芯片等,必须与高通平台搭配才能实现最好的性能,因为要与MODEM之间协调完成工作。比如天线信号增强可以实现三部分的功能:解决死亡之握的分集天线切换、提升天线效率的天线调谐器、以及提升接收性能与下行速率的高阶分级接收器。
又比如未来的一个重要的应用场景——高功率用户设备(HPUE)也与包络跟踪技术(ET)紧密相关,HPUE在未来会是使用越来越广泛的应用场景,而ET必须与MODEM协调工作。所谓HPUE跟普通的用户设备相比,它的传导功率可以提升3db,比如普通的传导功率是23db,HPUE就要到26db。我们知道,在PA最大功率情况下,提升1db,PA的输出电流就会大很多,所以这时如果采用包络追踪技术,效果就会非常明显。另外,HPUE场景需要很大的PA输出功率,这对PA的设计带来非常大的挑战。Qualcomm的ET解决方案本身能够使PA工作在饱和状态下,PA的输出功率在增加了ET支持后还能够得到提高。这两方面对于HPUE都是有至关重要的作用。而ET是必须与高通的平台配合使用的。
那么,为什么要与日本TDK成立合资公司?王健分析,随着载波聚合(CA)复杂度的增加,3载波、4载波,甚至马上5载波的需求也会被提出来,将会需要越来越多的滤波器/双工器/四工器,甚至六工器。虽然六工器的需求国内手机厂商还没有提出,但是海外的手机公司已经在提这方面的需求,比如说需要做1+3+7的载波聚合,如果只用一根天线来做,这种情况就要用到六工器。“2015年平均每个手机50个滤波器,而我们预测2020年平均每个手机会有30-40个频段,需要100个滤波器,未来手机射频前端的增长需求主要来自于滤波器(多工器)。”他分析道。而TDK它的优势是滤波器产品很全面,包括SAW,BAW,温度补偿表面声波(TC-SAW),它全部都有。此外,它还有功率放大器,包括主流的GaAs工艺以及SoI工艺。
另外一方面,射频前端产品会向高度集成化的SiP模块(PAMiD)发展,而TDK可以提供这方面的生产能力。现在的PAMiD已经集成了天线开关、功率放大器、多工器与滤波器,而新的趋势是再将低噪放大器(LNA)也加进去,特别是马上需要的4X4 MIMO。目前高通的SiP射频模块都在TDK生产。当昌旭问到这种独家供货带来的供应链隐患时,高通美国方面的专家解释说,TDK也正在扩充产能,产能没有问题。
昌旭认为高通提供全套射频前端器件的主要原因,除了他们提到的与系统之间实现优化以外,还有几个:
一是射频前端器件的种类越来越多,在手机中占的成本越来越贵,目前,一款3载波的全网通的旗舰机的射频前端成本已经超过10美元,而未来如上所说4载波甚至5载波,将会有更多的滤波器、更多的双工器/四工器/甚至六工器,如果再加上5G,射频前端所占的成本比重会越来越高,甚至会超过一款中端的基带SoC价格。
二是,重要的手机公司客户都在做自己的垂直整合,包括苹果、三星、华为、甚至小米,他们都要做自己的手机芯片,不再用高通的SoC,所以这个因素也迫使高通在手机芯片上垂直整合更多种类,以求在一台手机中占用更多的成本,也就是让单个手机贡献的价值更多,他们不仅自己做SoC,现在开始提供全套的射频前端器件,并且还开始提供自己的触控芯片,最新的骁龙660系列和630系列都可以提供自己的触控芯片,而手机的超声波指纹识别芯片他们已经提供了几年(超声指纹不是很成功,可能会尝试其它技术的指纹),并且,电源管理与快充芯片也会自己提供。
第三个原因是,确实手机射频器件越来越复杂,他们提供了全套的SoC+RF前端方案后,会给客户带来设计的减化。