因為沒有它,華為手機有5G基帶也不支持5G,海思做瞭,但沒完全做。
看到文章的標題,相信有不少朋友已經知道瞭,這個影響華為5G基帶發揮的“它”,就是手機的射頻模塊。
當華為正式上架集成5G基帶,但僅支持4G的旗艦機後,網上就有聲音指出,這是因為華為在射頻模塊上缺貨所致。
手機的通訊系統除瞭有天線和基帶外,還有連接基帶和天線的射頻子系統,隻有所有模塊都支持5G後,手機才能支持5G,缺一不可。這也是為什麼華為部分旗艦機型明明有5G基帶但不支持5G網絡的原因。
在射頻子系統上,海思做瞭,但沒完全做。華為產品的射頻子系統上的部分元器件來著華為海思,但也有一些核心模塊來自“不合規”企業。
射頻子系統
簡單理解
手機的無線通訊系統=天線+射頻子系統+基帶。
射頻子系統=RFIC(射頻芯片)+射頻前端。
手機的通訊過程
參考圖
來源:華為海思
發送:
基帶→RFIC(射頻芯片)→射頻前端→天線
手機要發送的原始信號會先到達數字基帶,進行編碼調制使原始信號變成基帶數字信號,這樣才可以發送到RFIC上。
RFIC會把要發射出去的信號進行射頻調制,調高信號的頻率,並為其選擇合適的信道。之後信號就會到達射頻前端,準備“起飛”。
在射頻前端,由於調制後的射頻信號功率較小,所以要先經過功率放大器放大。之後射頻信號經過濾波器、天線開關就可以到達天線“起飛”瞭。
具體路徑:
基帶信號轉化→RFIC射頻調制→功率放大→濾波→天線
接收:
天線→射頻前端→RFIC→基帶
具體路徑與發送剛好相反:
天線→濾波→低噪聲放大→RFIC射頻解調→基帶信號轉化
4G、5G射頻系統變化
一款配置較高的4G手機,頻段約有17-30個,射頻前端單機價值量16-20美元。
而到瞭5G時代,5G設備對射頻硬件提出瞭更高的要求。如今5G手機頻段數達到50個,射頻前端單機價值提升到25-40美元。
過去華為手機的射頻子系統裡的元器件有意識的選擇瞭日本供應商、國產供應商以及海思自研。而在以後的華為5G機型中,一些已經被替代的美國企業又回到瞭供應名單上。
具體原因不得而知,但有人認為這是因為元器件無法滿足華為部分5G機型對無線連接性能的需求。
華為Mate30Pro 5G擁有21根天線,是手機中天線數最多的,過去這被認為是華為良心。而現在再想想,這可能是因為射頻前端的性能不足,華為隻能通過堆其它硬件來彌補不足。
射頻子系統——射頻前端
射頻前端
射頻前端可分為:
1、功率放大器,PA(發射端射頻信號放大)、
2、濾波器,filter(發射、接收端信號濾波)、
3、低噪聲放大器,LNA(接收端信號放大,降低噪聲)、
4、開關,switch(不同通道切換)、
5、雙工器,duplexer(信號選擇,實現濾波匹配)、
6、調諧器,tuner(天線信號通道阻抗匹配)等
……
目前這射頻前端市場主要被日美的企業占據,其中包括日本的村田,美國的博通、高通、Skyworks、Qorvo等。
當然瞭,射頻子系統的部分元器件廠商是可以被國產供應商代替的,比如射頻開關、功率放大器等。
在手機的射頻前端中,較難做的是濾波器,市場份額由美日企業主導。
射頻子系統——射頻前端——濾波器
濾波器是射頻前端中重要的分立器件,難度也是較高的。顧名思義,它的作用就是使信號中特定頻率成分通過,極大衰減其他頻率成分,從而提高信號的抗幹擾性及信噪比。
按照結構類型,射頻濾波器可分為:
分立式電感電容型濾波器、
多層陶瓷濾波器、
單體式陶瓷濾波器、
空腔濾波器、
聲學濾波器等。
而目前在手機射頻模塊中主要采用聲學濾波器。
射頻子系統——射頻前端——濾波器——聲學濾波器
聲學濾波器,根據制造工藝的不同,
可分為:
1、聲表面波濾波器(SAW,Surface Acoustic Wave)
2、體聲波濾波器(BAW,Bulk Acoustic Wave)
SAW濾波器:制作工藝比BAW濾波器簡單,性價比高,主要應用於GHz以下的低頻濾波。在4G時代占據大部分的手機濾波器市場份額。
SWA濾波器由村田、太陽誘電、TDK等日本企業主導,其中村田市場份額最多,技術實力最強。村田還推出TC-SAW和IHP-SAW等產品以適應5G需求。比如村田的IHP-SAW濾波器的工作頻率達到3.5GHz,兼具BAW濾波器溫度特性和高散熱優點,可部分替代BAW濾波器。
BAW濾波器:插損低,性能優秀,可以適用於高頻濾波,但工藝較為復雜,因此價格也高。但隨著5G技術的普及,BAW濾波器優異的性能和對高頻的支持,將使其成為手機中的主流,尤其是以後5G信號頻率更高的毫米波時代(中國現在,Sub—6)。
BAW濾波器的市場份額,主要被美國企業博通所主導。
目前,國內做射頻前端的公司不少,像華為海思、紫光展銳這兩大國內知名的芯片設計公司都有涉及。最復雜的濾波器也有公司在做,上面說的SAW和BAW都有。
但套用描述芯片領域的一句話,國內企業起步晚,一些中、低端產品可以實現國產替代,但高端部分還是被國外企業主導。
最後附上國內做濾波器的企業名單,有興趣的可以去瞭解一下。
好達電子、德清華瑩(中電55所)、卓勝微、麥捷科技、信維通信、天津諾思、開元通信、中科漢天下、大富科技、武漢凡谷、左藍微電子、超材信息、紫光展銳……