5G时代下的射频前端，自屏蔽技术必不可少

jupitars · 发表于 2020-10-28 09:14:22

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在5G通信中，射频前端模块是不可或缺的，据Yole Development的统计报道来看，去年的射频前端市场达到了167亿美元，2022年有望达到221.75亿美元。随着移动终端的射频模块的不断发展，也从分立的功率放大器、滤波器和开关组件朝整合型模组FEMiD和PAMiD发展。而相较于FEMiD来说，PAMiD的集成度更高，更适用于移动终端设备中有限的PCB空间。Qorvo作为最早致力于提供射频前端方案的供应商，已经在该领域耕耘了20多年，市场份额位列前三。本次5G射频前端趋势的会议讨论上，Qorvo华北区应用工程经理张杰（Fiery Zhang）和Qorvo封装新产品工程部副总监赵永欣（York Zhao）为我们讲解了Qorvo在移动射频前端上做出的努力。

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近年来LTE与5G的飞速发展，令射频前端的方案也更加复杂，用到的器件与需要应对的挑战的也越来越多。比如智能手机设计中集成的功能越来越多，摄像头和传感器等功能器件占据了很多空间，因此射频模块或基带等利用的空间越来越少，因此射频方案集成化也成了市场发展趋势。

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整合LNA的射频模块 / Qorvo

Qorvo这几年也做了很多PAMiD的集成化方案，将功率放大器、滤波器、开关和低噪声放大器集成到一个模块（L-PAMiD）内。与分立方案相比，这种集成方案更省空间，以往5、6个器件都要各自封装组成一个器件，再摆到PCB上去实现。某些器件甚至需要重复封装，PCB上的摆放也要保障一定间隔。而集成到一个模块中后，只需要封装一次即可。再者分立方案中实现相同功能，在PCB上的走线也很多，而集成方案下，手机设计厂商就不需要再考虑各个器件间的走线了。

然而在PCB面积越来越紧凑，器件布局越来越紧密的情况下，多个功能模块都会同时工作，因此就会存在一个非常难以解决的互扰问题。Qorvo在仿真实验中发现，如果外置机械屏蔽罩设计不当的话，L-PAMiD会出现灵敏度下降的问题（>4dB），而PAMiD则不会出现该问题，因为外部的LNA往往与功率放大器相距较远。Qorvo为了改善互扰的问题，在L-PAMiD上实现了自屏蔽专利技术Micro Shield。

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某手机厂商为了提高屏蔽高度而增加的“凸起” / Qorvo

射频器件在传输射频时，也会向周围辐射从而形成干扰，因此会对临近的接收设备造成干扰。而自屏蔽技术则会防止其他器件受到辐射干扰，另一方面也可以在一定程度上排除机械屏蔽罩对器件的影响。因为客户自己设计的屏蔽罩有可能会返回这些射频器件辐射的场强等，反而影响器件本身的性能。而有了自屏蔽技术，客户在设计屏蔽罩时可以较少地考虑高度和形状这些因素。

不过自屏蔽已经不是全新的技术了，早在十几年前该技术就已经面世了。但之前的应用范围较窄，直至近几年随着集成度增加它才开始兴起。Qorvo对自研的自屏蔽技术也进行了多次迭代更新，比如对内部集成器件的选择性屏蔽，并将其工艺稳定性和质量达到量产标准。Qorvo目前的自屏蔽技术主要利用电镀来实现，而不是喷涂。屏蔽罩通过电镀腐蚀后再附着上去，做到更高的可靠性和屏蔽性能。Qorvo也考虑到了自屏蔽的防氧化，以减少因外界环境变化引发的氧化现象对屏蔽效果所造成的影响。

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频段增加下的持续整合趋势 / Qorvo

在提到5G手机射频设计中面临的挑战时，Qorvo认为5G手机在4G手机的基础上加入了更多的功能器件，也对性能要求、线性度、EVM和频率等提出了更高的要求。因此目前自屏蔽技术和集成化的方案往往是从中高端的产品开始扩展的，但随着5G的普及，目前中低端手机上也开始涌现这个需求。为了对应中低端产品的成本，Qorvo也会针对不同地区做出对应的方案，比如省去其他频段等。

而在滤波器方面，Qorvo也谈到了5G时代BAW（体声波滤波器）和SAW（声表面波滤波器）的选取问题。Qorvo认为BAW从Q值和温漂等角度来说，性能优于SAW。比如北美的Band13频段，可能相隔2MHz就到了火警通讯频道，因此对于温漂的需求更高。

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PAMiD/L-PAMiD产品路线图 / Qorvo

Qorvo未来也对5GHz等一系列6GHz以下的产品部署进行了规划，推出更多高度集成的模块。而毫米波技术应用尚不广泛，未来若要支持更高频段下的毫米波，则会对射频前端的集成带来更大的挑战。