射頻芯片基礎(chǔ)知識(shí)科普

無線通信系統(tǒng)中，一般包含有天線、射頻前端、射頻收發(fā)模塊以及基帶信號(hào)處理器四個(gè)部分。隨著5G時(shí)代的，天線以及射頻前端的需求量及價(jià)值均快速上升，射頻前端是將數(shù)字信號(hào)向無線射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)部件，也是無線通信系統(tǒng)的核心組件。

無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

按照功能，可將射頻前端分為發(fā)射端Tx以及接收端Rx。

按照器件不同，射頻前端可分為功率放大器PA（發(fā)射端射頻信號(hào)放大）、濾波器filter（發(fā)射、接受端信號(hào)濾波）、低噪聲放大器LNA（接收端信號(hào)放大，降低噪聲）、開關(guān)switch（不同通道切換）、雙工器duplexer（信號(hào)選擇，實(shí)現(xiàn)濾波匹配）、調(diào)諧器tuner（天線信號(hào)通道阻抗匹配）等。

無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

各種射頻器件科普

濾波器Filter：選通特定頻率，過濾干擾信號(hào)

濾波器（Filter），是射頻前端中最重要的分立器件，使信號(hào)中特定頻率成分通過而極大衰減其他頻率成分，從而提高信號(hào)的抗干擾性及信噪比。目前在手機(jī)射頻市場(chǎng)中主要采用聲學(xué)濾波技術(shù)。

根據(jù)制造工藝的不同，市面上的聲學(xué)濾波器可分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。其中SAW濾波器制作工藝簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，主要應(yīng)用于GHz以下的低頻濾波，而BAW濾波器插損低，性能優(yōu)秀，可以適用于高頻濾波，但工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。

由于工藝復(fù)雜度、技術(shù)以及成本的限制，目前通信標(biāo)準(zhǔn)下更多射頻前端采用SAW濾波器。但隨著5G滲透率的提升，BAW濾波器優(yōu)異的性能和對(duì)高頻的支持將使其成為手機(jī)射頻前端的主流器件。

功率放大器PA：放大射頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射

功率放大器（PA，Power Amplifier）是射頻前端的核心部件，利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。

PA主要用于發(fā)射鏈路，通過把發(fā)射通道的微弱射頻信號(hào)放大，使信號(hào)成功獲得足夠高的功率，從而實(shí)現(xiàn)更高通信質(zhì)量、更強(qiáng)電池續(xù)航能力、更遠(yuǎn)通信距離。PA的性能可以直接決定通信信號(hào)的穩(wěn)定性和強(qiáng)弱。

隨著半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，功率放大器也經(jīng)歷了CMOS、GaAs、GaN三大技術(shù)路線。第一代半導(dǎo)體材料是CMOS，技術(shù)成熟且產(chǎn)能穩(wěn)定。第二代半導(dǎo)體材料主要使用GaAs或SiGe，有較高的擊穿電壓，可用于高功率、高頻器件應(yīng)用。第三代半導(dǎo)體材料GaN在性能上顯著強(qiáng)亍GaAs，但成本較高。目前移動(dòng)端民用市場(chǎng)主要采用GaAs 作為功放，而GaN在部分基站端應(yīng)用率先實(shí)現(xiàn)替代。未來GaN將成為高射頻、大功耗應(yīng)用的主要方案。

低噪聲放大器LNA：放大接收信號(hào)，減少噪聲引入

低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）是噪聲系數(shù)很小的放大器，功能是把天線接收到的微弱射頻信號(hào)放大，并盡量減少噪聲的引入，LNA能夠能有效提高接收機(jī)的接收靈敏度， 進(jìn)而提高收發(fā)機(jī)的傳輸距離。因此低噪聲放大器的設(shè)計(jì)是否良好， 關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

射頻開關(guān)Switch：控制電路通斷，實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換

射頻開關(guān)（Switch）的通過將多路射頻信號(hào)中的任一路或幾路控制邏輯連通，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)路徑的切換，包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等，以達(dá)到共用天線、共用通道，節(jié)省終端產(chǎn)品成本的目的。射頻開關(guān)主要包括移動(dòng)通信傳導(dǎo)開關(guān)、WiFi開關(guān)、天線調(diào)諧開關(guān)等。

調(diào)諧器Tuner：天線的阻抗匹配

天線調(diào)諧器（Tuner）是位于連接發(fā)射系統(tǒng)與天線的一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收、濾波、放大、增益控制等功能，使得天線在所有應(yīng)用頻率上輻射功率最大。

5G/Sub-6通信標(biāo)準(zhǔn)下，手機(jī)端中4×4下行鏈路MIMO要求每根天線能夠高效地支持更寬的頻率范圍，相應(yīng)對(duì)射頻天線tuner的需求數(shù)量也會(huì)增加，以提高相應(yīng)頻段的輻射效率。

其他射頻前端器件

Envelop Tracker (ET)，即包絡(luò)追蹤器，用于提高承載高峰均功率比信號(hào)的功放效率，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率放大輸出。與平均功率跟蹤技術(shù)相比，包絡(luò)追蹤技術(shù)能夠讓功放的供電電壓隨輸入信號(hào)的包絡(luò)變化，改善射頻功率放大器的能效。

RF Reveiver，即射頻接收機(jī)。射頻接收機(jī)中，射頻信號(hào)經(jīng)天線接收后，通過濾波器、LNA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC等對(duì)信號(hào)進(jìn)行變頻解調(diào)，最后形成進(jìn)入基帶的基帶信號(hào)。射頻接收機(jī)主要分超外差接收機(jī)、零中頻接收機(jī)和近零中頻接收機(jī)三種。