射頻前端利潤暴漲，強龍高通這回就是要壓地頭蛇

2020-12-25

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過去的十年間，手機行業經歷了從2G/2.5G到3G，再到4G兩次重大產業升級。

在4G普及過程中，「五模十三頻」、「五模十七頻」等概念成為手機廠商重要的宣傳熱點。

它不但體現了智慧型手機兼容不同通信制式的能力，也是手機通信性能的核心競爭力指標。

這其中，射頻前端模塊(RFFEM)作為核心組件，扮演著極為重要的「幕後英雄」角色。

射頻前端模塊主要包括功率放大器(PA)、天線開關(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer和Diplexer)和低噪聲放大器(LNA)等。

根據Mobile Expert的預測，2015年至2020年，全球用於移動通信終端的射頻前端市場年複合增長率(CAGR)將達到13%，到2020年，市場規模可達180億美元。

射頻前端在多模多頻終端中發揮著核心作用

射頻複雜性驅動平台集成

伴隨4G時代而來的，是手機使用頻段和對射頻前端器件(濾波器/雙工器/四工器，甚至六工器)需求的指數級增長。

下圖展示了這一發展趨勢。

可以看出，4G早期的多模晶片包含16個頻段，進入全球全網通時代後增加到49個，3GPP新增加出來的600MHz頻段其編號已經達到了71。

如果再考慮將要納入5G的毫米波頻段，那麼頻段數量還會增加得更多。

載波聚合也是一樣。

2015年載波聚合剛剛推出時，約有200種組合。

從最開始的2載波，逐步增加到現在的3-4載波，乃至即將出現的5載波，預計2017年將會提出超過1000個頻段配置的需求。

射頻複雜性驅動平台集成

「2015年，一款頂級智慧型手機中大概需要50個濾波器，用以支持15個頻段。

而到2020年，我們預計一款頂級智慧型手機中將包含約100個濾波器，以支持30-40個頻段。

這帶來了對濾波器的大量需求。

」Qualcomm產品市場資深經理王健說。

2016年1月12日，Qualcomm宣布與TDK成立RF360控股新加坡有限公司，Qualcomm Global Trading PTE. Ltd. (QGT)占股51%、EPCOS AG(愛普科斯)占股49%。

新公司將擁有包括表面聲波(SAW)、溫度補償表面聲波(TC-SAW)和體聲波(BAW)在內的一系列全面的濾波器和濾波技術。

此外，RF360控股公司還將提供包括CMOS、SOI與GaAs功率放大器、廣泛的開關產品組合、天線調諧、低噪聲放大器(LNA)以及業界領先的包絡追蹤解決方案。

王健表示，之所以選擇與TDK進行合作，一是看中了TDK所擁有的全線濾波器和功率放大器產品。

另一方面，隨著射頻前端解決方案的複雜度越來越高，封裝技術的重要性越發被工業界認可。

以手機射頻前端為例，隨著整體架構複雜度不斷上升，為滿足小型化的要求，需要將功率放大器、濾波器和Switch開關電路集成為一顆晶片。

然而，它們各自通常採用不同工藝製造，多種工藝技術的應用使得它們的集成嚴重依賴以SiP模塊(PAMiD)為代表的先進封裝技術，TDK在該領域也具有極強的競爭優勢。

目前，PAMiD已經集成了天線開關、功率放大器、多工器與濾波器，而最新的趨勢是再將低噪放大器也集成進去。

親自出馬做射頻前端，所為何來？

今年2月，Qualcomm宣布其RF360射頻前端產品系列最新增加首批砷化鎵(GaAs)功率放大器模組(QPA5460、QPA5461、QPA4360和QPA4361)，以及下一代TruSignal天線性能增強解決方案(QAT35xx)。

與驍龍800系列採用第三方PA的做法不同，在即將上市的驍龍660/630平台中，高通採用了全套自己的射頻前端器件。

高通為什麼一定要親自出馬做高集成度射頻前端模塊呢？是不滿意第三方的產品性能，還是另有所圖？

眾所周知，第三方射頻前端晶片公司Skyworks、Broadcom、Qorvo和Muruta，近幾年均通過內部研發或外部併購，完成了PA、Switch、Duplexer、Filter全產品線布局，並且推出了高集成度產品的獨立品牌，例如Qorvo的RF Fusion、RF Flex，Skyworks的SkyOne等。

但在王健看來，擁有自己的數據機(modem)，這是高通與第三方射頻元器件廠商相比所擁有的非常重要的差異化優勢。

「第三方僅僅擁有一個或幾個簡單的射頻元器件，只能獨立地工作實現一些硬體上的功能。

但有些技術，比如包絡追蹤(Envelope Tracking)、TruSignal天線信號增強等，必須要與高通的Modem平台緊密配合才能實現最好的性能。

」

TruSignal天線增強

以TruSignal天線增強為例，該技術可實現三部分的功能：1.解決「死亡之握」的分集天線切換；2.除了功率放大器和與其配套的供電模塊，另一個能實實在在地巨大提升用戶體驗的功能模塊是天線調諧器(Antenna Tuner)系統。

目前高通可同時提供孔徑天線調諧器(Aperture Tuner)和閉環阻抗天線調諧器(Close Loop Impedance Tuner)，可以很大程度上解決類似「死亡之握」帶來的天線效率低下導致「佇立風雨中，就是打不通」的問題；3.通過增加分集來提升接收性能與下行速率的高階分集接收。

「我們的modem與這些器件一起配合，以實現一個自適應的調諧系統。

它能夠幫助優化不同場景下的天線性能。

這並不是一個簡單的切換頻率，在不同頻段下進行調諧的處理，而是要能夠識別不同的場景，並在不同的場景下去優化天線性能。

要做到這一點，這些技術就必須和modem配合，否則是無法實現的。

」王健說。

支持載波聚合的TruSignal天線增強技術

包絡追蹤

下圖介紹了包絡追蹤的原理。

圖中藍色曲線就是給PA供電的電壓，平均功率追蹤(APT)是在一段時間內提供一個固定的電壓，而包絡追蹤是指給PA供電的電壓隨著射頻信號的包絡來調整，只有通過與MODEM協調工作，才能達到最大的省電效果，

高通方面提供的實測數據顯示，與APT相比，ET能效提升可達到30%。

它能夠給客戶帶來的好處主要有三點：第一是給PA省電，第二是能提升PA的輸出功率，第三是解決了PA的發熱問題。

這得益於與其配套的、可以讓PA工作在壓縮模式(即非線性區)的數字預失真技術(DPD)。

王健認為，儘管市場上也有其它家的產品號稱支持ET技術，然而由於它們用不上高通基帶處理器里的DPD，所以在做ET時這些PA並非工作在壓縮模式，省電的本領自然也就差了一截。

包絡追蹤支持高能效表現

高功率用戶設備(HPUE)

高功率用戶設備也與包絡跟蹤技術緊密相關，在未來會是使用越來越廣泛的應用場景。

與普通的用戶設備相比，HPUE的傳導功率可以提升3db，比如普通的傳導功率是23db，HPUE就要到26db。

在PA最大功率情況下，提升1db，PA的輸出電流就會大很多，所以這時如果採用包絡追蹤技術，效果就會非常明顯。

另外，HPUE場景需要很大的PA輸出功率，這對PA的設計帶來非常大的挑戰。

Qualcomm的ET解決方案本身能夠使PA工作在飽和狀態下，PA的輸出功率在增加了ET支持後還能夠得到提高。

這兩方面對於HPUE都是有至關重要的作用，而ET是必須與高通的平台配合使用的。

高功率用戶設備也與包絡跟蹤技術緊密相關

海通證券研究所的研究報告顯示，目前，高端4G智慧型手機中射頻前端模塊的價格合計已經達到16.25美元，中高端4G產品也有7.25美元。

相比2G手機的0.80美元和3G手機的3.25美元，射頻前端模塊的單位產值有了幾倍、幾十倍的提高。

手機處理器主晶片廠商切入射頻PA領域，可以理解為是其在主營業務競爭激烈，毛利率出現下滑局面下的橫向擴張，主要看中射頻前端晶片較強的盈利能力。

儘管王健表示，目前在高通平台的參考設計方案中，並沒有強制性的要求客戶採用高通的全套射頻前端器件。

但這一表態其實並不能排除高通今後是否會鼓勵平台方案客戶使用自家PA產品的可能性，未來這一趨勢未來會對Qorvo、Avago、Skyworks、Vanchip等獨立PA供應商產生何種影響，也需拭目以待。