射頻芯片工作原理分析（下）

**1. 電路結(jié)構(gòu) **

發(fā)射電路由中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器;發(fā)射壓控振蕩器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、發(fā)射互感器等電路組成。(如下圖)

發(fā)射電路方框圖

**2. 各元件的功能與作用 **

1)、發(fā)射調(diào)制器：

結(jié)構(gòu)：發(fā)射調(diào)制器在中頻內(nèi)部，相當(dāng)于寬帶網(wǎng)絡(luò)中的 MOD。

作用：發(fā)射時(shí)把邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射基帶信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)與本振信號(hào)調(diào)制成發(fā)射中頻。

2)、發(fā)射壓控振蕩器(TX-VCO)：

結(jié)構(gòu)：發(fā)射壓控振蕩器是由電壓控制輸出頻率的電容三點(diǎn)式振蕩電路;在生產(chǎn)制造時(shí)集成為一小電路板上，引出五個(gè)腳：供電腳、接地腳、輸出腳、控制腳、900M/1800M 頻段切換腳。當(dāng)有合適工作電壓后便振蕩產(chǎn)生相應(yīng)頻率信號(hào)。

作用：把中頻內(nèi)調(diào)制器調(diào)制成的發(fā)射中頻信號(hào)轉(zhuǎn)為基站能接收的 890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)。

原理：眾所周知，基站只能接收 890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)，而中頻調(diào)制器調(diào)制的中頻信號(hào)(如三星發(fā)射中頻信號(hào) 135M)基站不能接收的，因此，要用 TX-VCO 把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上變?yōu)?890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)。

當(dāng)發(fā)射時(shí)，電源部分送出 3VTX 電壓使 TX-VCO 工作，產(chǎn)生 890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)分兩路走：a)、取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號(hào)，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進(jìn)行較;若 TX-VCO 振蕩出頻率不符合手機(jī)的工作信道，則鑒相器會(huì)產(chǎn)生 1-4V 跳變電壓(帶有交流發(fā)射信息的直流電壓)去控制 TX-VCO 內(nèi)部變?nèi)?a target="_blank">二極管的電容量，達(dá)到調(diào)整頻率準(zhǔn)確性目的。b)、送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

從上看出：由 TX-VCO 產(chǎn)生頻率到取樣送回中頻內(nèi)部，再產(chǎn)生電壓去控制 TX-VCO 工作;剛好形成一個(gè)閉合環(huán)路，且是控制頻率相位的，因此該電路也稱發(fā)射鎖相環(huán)電路。

3)、功率放大器(功放)：

結(jié)構(gòu)：目前手機(jī)的功放為雙頻功放(900M 功放和 1800M 功放集成一體)，分黑膠功放和鐵殼功放兩種;不同型號(hào)功放不能互換。

作用：把 TX-VCO 振蕩出頻率信號(hào)放大，獲得足夠功率電流，經(jīng)天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。

值得注意：功放放大的是發(fā)射頻率信號(hào)的幅值，不能放大他的頻率。

功率放大器的工作條件：

a)、工作電壓(VCC)：手機(jī)功放供電由電池直接提供(3.6V)；

b)、接地端(GND)：使電流形成回路；

c)、雙頻功換信號(hào)(BANDSEL)：控制功放工作于 900M 或工作于 1800M；

d)、功率控制信號(hào)(PAC)：控制功放的放大量(工作電流)；

e)、輸入信號(hào)(IN);輸出信號(hào)(OUT)。

4)、發(fā)射互感器：

結(jié)構(gòu)：兩個(gè)線徑和匝數(shù)相等的線圈相互靠近，利用互感原理組成。

作用：把功放發(fā)射功率電流取樣送入功控。

原理：當(dāng)發(fā)射時(shí)功放發(fā)射功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生與功率電流同樣大小的電流，經(jīng)檢波(高頻整流)后并送入功控。

5)、功率等級(jí)信號(hào)：

所謂功率等級(jí)就是工程師們?cè)谑謾C(jī)編程時(shí)把接收信號(hào)分為八個(gè)等級(jí)，每個(gè)接收等級(jí)對(duì)應(yīng)一級(jí)發(fā)射功率(如下表)，手機(jī)在工作時(shí)，CPU 根據(jù)接的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷手機(jī)與基站距離遠(yuǎn)近，送出適當(dāng)?shù)陌l(fā)射等級(jí)信號(hào)，從而來(lái)決定功放的放大量(即接收強(qiáng)時(shí)，發(fā)射就弱)。

附功率等級(jí)表：

6)、功率控制器(功控)：

結(jié)構(gòu)：為一個(gè)運(yùn)算比較放大器。

作用：把發(fā)射功率電流取樣信號(hào)和功率等級(jí)信號(hào)進(jìn)行比較，得到一個(gè)合適電壓信號(hào)去控制功放的放大量。

原理：當(dāng)發(fā)射時(shí)功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生的電流，經(jīng)檢波(高頻整流)后并送入功控;同時(shí)編程時(shí)預(yù)設(shè)功率等級(jí)信號(hào)也送入功控;兩個(gè)信號(hào)在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長(zhǎng)功放使用壽命(功控電壓高，功放功率就大)。

3. 發(fā)射信號(hào)流程

當(dāng)發(fā)射時(shí)，邏輯電路處理過(guò)的發(fā)射基帶信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)，送入中頻內(nèi)部的發(fā)射調(diào)制器，與本振信號(hào)調(diào)制成發(fā)射中頻。而中頻信號(hào)基站不能接收的，要用 TX-VCO 把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上升為 890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)基站才能接收。當(dāng) TX-VCO 工作后，產(chǎn)生 890M-915M(GSM)的頻率信號(hào)分兩路走：

a)、一路取樣送回中頻內(nèi)部，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)射中頻相等的發(fā)射鑒頻信號(hào)，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進(jìn)行較;若 TX-VCO 振蕩出頻率不符合手機(jī)的工作信道，則鑒相器會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 1-4V 跳變電壓去控制 TX-VCO 內(nèi)部變?nèi)荻O管的電容量，達(dá)到調(diào)整頻率目的。

b)、二路送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。為了控制功放放大量，當(dāng)發(fā)射時(shí)功率電流經(jīng)過(guò)發(fā)射互感器時(shí)，在其次級(jí)感生的電流，經(jīng)檢波(高頻整流)后并送入功控;同時(shí)編程時(shí)預(yù)設(shè)功率等級(jí)信號(hào)也送入功控;兩個(gè)信號(hào)在內(nèi)部比較后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)去控制功放的放大量，使功放工作電流適中，既省電又能長(zhǎng)功放使用壽命。

國(guó)產(chǎn)射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

在射頻芯片領(lǐng)域，市場(chǎng)主要被海外巨頭所壟斷，海外的主要公司有 Qrovo，skyworks 和 Broadcom；國(guó)內(nèi)射頻芯片方面，沒(méi)有公司能夠獨(dú)立支撐 IDM 的運(yùn)營(yíng)模式，主要為 Fabless 設(shè)計(jì)類公司；國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)設(shè)計(jì)、代工、封裝環(huán)節(jié)的協(xié)同，形成了“軟 IDM“”的運(yùn)營(yíng)模式。

射頻芯片設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)公司在 5G 芯片已經(jīng)有所成績(jī)，具有一定的出貨能力。射頻芯片設(shè)計(jì)具有較高的門(mén)檻，具備射頻開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)后，可以加速后續(xù)高級(jí)品類射頻芯片的開(kāi)發(fā)。目前，具備射頻芯片設(shè)計(jì)的公司有紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯、中普微、中興通訊、雷柏科技、華虹設(shè)計(jì)、江蘇鉅芯、愛(ài)斯泰克等。

射頻芯片代工方面，臺(tái)灣已經(jīng)成為全球最大的化合物半導(dǎo)體芯片代工廠，臺(tái)灣主要的代工廠有穩(wěn)懋、宏捷科和寰宇，國(guó)內(nèi)僅有三安光電和海威華芯開(kāi)始涉足化合物半導(dǎo)體代工。三安光電是國(guó)內(nèi)目前國(guó)內(nèi)布局最為完善，具有 GaAs HBT/pHEMT 和 GaNSBD/FET 工藝布局，目前在于國(guó)內(nèi) 200 多家企事業(yè)單位進(jìn)行合作，有 10 多種芯片通過(guò)性能驗(yàn)證，即將量產(chǎn)。海威華芯為海特高新控股的子公司，與中國(guó)電科 29 所合資，目前具有 GaAs 0.25um PHEMT 工藝制程能力。

射頻芯片封裝方面，5G 射頻芯片一方面頻率升高導(dǎo)致電路中連接線的對(duì)電路性能影響更大，封裝時(shí)需要減小信號(hào)連接線的長(zhǎng)度；另一方面需要把功率放大器、低噪聲放大器、開(kāi)關(guān)和濾波器封裝成為一個(gè)模塊,一方面減小體積另一方面方便下游終端廠商使用。為了減小射頻參數(shù)的寄生需要采用 Flip-Chip、Fan-In 和 Fan-Out 封裝技術(shù)。

Flip-Chip 和 Fan-In、Fan-Out 工藝封裝時(shí)，不需要通過(guò)金絲鍵合線進(jìn)行信號(hào)連接，減少了由于金絲鍵合線帶來(lái)的寄生電效應(yīng)，提高芯片射頻性能；到 5G 時(shí)代，高性能的 Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out 結(jié)合 Sip 封裝技術(shù)會(huì)是未來(lái)封裝的趨勢(shì)。

Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out 和 Sip 封裝屬于高級(jí)封裝，其盈利能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)封裝。國(guó)內(nèi)上市公司，長(zhǎng)電科技收購(gòu)星科金朋后，形成了完整的 FlipChip+Sip 技術(shù)的封裝能力。