射頻前端的“價(jià)值密度”

既然5G手機(jī)PCB面積是受限制的資源，同時(shí)我們需要在5G手機(jī)內(nèi)“擠入”更多的射頻功能器件，因此我們評價(jià)每一類型射頻器件時(shí)，需要建立一個(gè)參數(shù)來進(jìn)行統(tǒng)一描述，作為反映其價(jià)值與PCB占用面積的綜合指標(biāo)。

ValueDensity=（平均銷售價(jià)格ASP）/（芯片封裝大小）

接下來，我們使用VD值這個(gè)工具，分別分析一下濾波器、功率放大器、射頻模組三類產(chǎn)品的情況。

1. 濾波器的VD值

首先說明一點(diǎn)，由于通常情況下濾波器還需要外部的匹配電路，實(shí)際的VD值比器件的VD值還要再低一些。我們先忽略這個(gè)因素。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，我們可以得到一些結(jié)論：從LTCC到四工器，VD值持續(xù)增加，從1.2到10.0，增加比較快速。

2. 功率放大器的VD值

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，也可以看到：

a） 從2G到4G，VD值從0.6增加到了1.5。

b） 4G向CAT1演進(jìn)的小型化產(chǎn)品，以及向HPUE或者Phase5N演進(jìn)的大功率PA，VD值增加到了2附近。

3. 射頻模組的VD值

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以觀察到：

a） 接收模組普遍的VD值在5附近;

b） 接收模組中的小封裝H/M/L LFEM，VD值非常突出，大于10;

c） 發(fā)射模組（除FEMiD以外），VD值在4~6之間;

d） FEMiD具有發(fā)射模組最高的VD值。因此當(dāng)FEMiD與VD值較低的MMMB PA混搭時(shí)，也能達(dá)到合理的PCB布圖效率。

表格匯總的同時(shí)，我們也增加了技術(shù)國產(chǎn)化率和市場國產(chǎn)化率的參考數(shù)據(jù)。一般來講，市場國產(chǎn)化率較低的、或者技術(shù)國產(chǎn)化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國產(chǎn)化率數(shù)字的細(xì)分品類，VD值會虛高一些。在本土相應(yīng)產(chǎn)品市占率提高以后，未來還會有比較明顯的降價(jià)空間。

射頻發(fā)射模組的五重山

發(fā)射1：PA與LC型濾波器的集成，主要應(yīng)用在3GHz~6GHz的新增5G頻段，典型的產(chǎn)品是n77、n79的PAMiF或者LPAMiF。這些新頻段的5GPA設(shè)計(jì)非常有挑戰(zhàn)，但由于新頻段頻譜相對比較“干凈”，所以對濾波器的要求不高，因此LC型的濾波器（IPD、LTCC）就能勝任。綜合來看，這類產(chǎn)品屬于有挑戰(zhàn)但不復(fù)雜的產(chǎn)品，其技術(shù)和成本均由PA絕對掌控。

發(fā)射2：PA與BAW（或高性能SAW）的集成，典型產(chǎn)品是n41的PAMiF或者Wi-Fi的iFEM類產(chǎn)品，頻段在2.4GHz附近。這類產(chǎn)品的頻段屬于常見頻段，PA部分的技術(shù)規(guī)格有一定挑戰(zhàn)但并不高。由于工作在了2.4GHz附近，頻段非常擁擠，典型的產(chǎn)品內(nèi)需要集成高性能的BAW濾波器來實(shí)現(xiàn)共存。這類產(chǎn)品由于濾波器的功能并不復(fù)雜，PA仍有技術(shù)控制力;但在成本方面，濾波器可能超過了PA。綜合來講，這類產(chǎn)品屬于有挑戰(zhàn)但不復(fù)雜的產(chǎn)品，PA有一定的控制力。

發(fā)射3：LowBand發(fā)射模組。LB （L）PAMiD通常集成了1GHz以下的4G/5G頻段（例如B5、B8、B26、B20、B28等等），包括高性能功率放大器以及若干低頻的雙工器;在不同的方案里，還可能集成GSM850/900及DCS/PCS的2GPA，以進(jìn)一步提高集成度。低頻的雙工器通常需要使用TC-SAW技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到最佳的系統(tǒng)指標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)方案的需要，如果在LB PAMiD的基礎(chǔ)上再集成低噪聲放大器（LNA），這類產(chǎn)品就叫做LB LPAMiD。可以看到，這類產(chǎn)品的復(fù)雜度已經(jīng)比較高：PA方面，需要集成高性能的4G/5GPA，有時(shí)候還需要集成大功率的2GPA Core;濾波器方面，通常需要3~5顆使用晶圓級封裝（WLP）的TC-SAW雙工器。總成本的角度來看（假設(shè)需要集成2GPA），PA/LNA部分和濾波器部分占比基本相當(dāng)。LB （L）PAMiD是需要有相對比較平衡的技術(shù)能力，因此第三級臺階出現(xiàn)在了PA和Filter的交界處。

發(fā)射4：FEMiD。這類產(chǎn)品通常包含了從低頻到高頻的各類濾波器/雙工器/多工器，以及主通路的天線開關(guān);并不集成PA。FEMiD產(chǎn)品通常需要集成LTCC、SAW、TC-SAW、BAW（或性能相當(dāng)?shù)腎.H.PSAW）和SOI開關(guān)。村田公司定義了這類產(chǎn)品，并且過去近8年的時(shí)間內(nèi)，占據(jù)了該市場的絕對主導(dǎo)權(quán)。三星、華為等手機(jī)大廠，曾經(jīng)或正在大量使用這類產(chǎn)品在其中高端手機(jī)中。如前文所述，有競爭力的PAMiD供應(yīng)商主要集中在北美地區(qū);出于供應(yīng)鏈多樣化的考慮，一些出貨量非常大的手機(jī)型號，就可能考慮使用MMMB（Multi-Mode Multi-Band） PA加FEMiD的架構(gòu)。MMMB PA的合格供應(yīng)商廣泛分布在北美、中國、韓國，而日本村田的FEMiD產(chǎn)能非常巨大（主要表現(xiàn)在LTCC和SAW）。又如前文所述，F(xiàn)EMiD的VD值非常高，整體方案的空間利用率也在合理范圍內(nèi)。

發(fā)射5：M/H （L）PAMiD。這類產(chǎn)品是射頻前端最高市場價(jià)值也是綜合難度最大的領(lǐng)域，是射頻前端細(xì)分市場的巔峰。M/H通常覆蓋的頻率范圍是1.5GHz~3.0GHz。這個(gè)頻段范圍，是移動通信的黃金頻段。最早的4個(gè)FDDLTE 頻段Band1/2/3/4在這個(gè)范圍內(nèi)，最早的4個(gè)TDD LTE頻段B34/39/40/41在這個(gè)范圍內(nèi)，TDS-CDMA的全部商用頻段在這個(gè)范圍內(nèi)，最早商用的載波聚合方案（Carrier Aggregation）也出現(xiàn)在這個(gè)范圍（由B1+B3四工器實(shí)現(xiàn)），GPS、Wi-Fi 2.4G、Bluetooth等重要的非蜂窩網(wǎng)通信也都工作在這個(gè)范圍。可以想象，這段頻率范圍最大的特點(diǎn)就是“擁擠”和“干擾”，也恰恰是高性能BAW濾波器發(fā)揮本領(lǐng)的廣闊舞臺。由于這個(gè)頻率范圍商用時(shí)間較長，該頻率范圍內(nèi)的PA技術(shù)相對比較成熟，核心的挑戰(zhàn)來自于濾波器件。

先解釋一下為什么這段頻率是移動通信的黃金頻率。在很長的發(fā)展過程中，移動通信的驅(qū)動力來自移動終端的普及率，而移動終端普及的核心挑戰(zhàn)在于終端的性能和成本。過高的頻率，例如3GHz以上、10GHz以上，半導(dǎo)體晶體管的特性下降很快，很難做出高性能;而過低的頻率，例如800MHz以下、300MHz以下，需要天線的尺寸會非常巨大，同時(shí)用來做射頻匹配的電感值和電容值也會很大，在終端尺寸的約束下，超低頻段的射頻性能很難達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)。簡而言之，從有源器件（晶體管）的性能角度出發(fā)，希望頻率低一些;從無源器件（電容電感和天線）的性能角度出發(fā)，希望頻率高一些。有源器件與無源器件從本質(zhì)上的沖突，到應(yīng)用端的折衷，再到模組內(nèi)的融合，恰如兩股強(qiáng)大的冷暖洋流，在人類最波瀾壯闊的移動通信主航道上，相匯于1.5~3GHz的頻段，形成了終端射頻最復(fù)雜也最有價(jià)值的黃金漁場：M/HB （L）PAMiD。多么地美妙！

這類高端產(chǎn)品的市場，目前主要由美商Broadcom、Qorvo、RF360等廠商占據(jù)。下圖是Qorvo公司在其官方公眾號上提供的芯片開蓋分析。可以看到，該類產(chǎn)品包含10顆以上的BAW，2~3顆的GaAs HBT，以及3~5顆SOI和1顆CMOS控制器，具有射頻產(chǎn)品最高的技術(shù)復(fù)雜度。該類產(chǎn)品通常需要集成四工器或者五/六工器這類超高VD值的器件。
責(zé)編AJX