5G射頻、時(shí)鐘、電源的趨勢(shì)及瑞薩的解決方案

趙林新

1 5G元器件的技術(shù)趨勢(shì)

瑞薩提供應(yīng)用于5G領(lǐng)域的射頻、時(shí)鐘、電源等完整的解決方案。就射頻芯片而言主要用于基站設(shè)備，也可以用于高性能的通信設(shè)備以及相關(guān)測(cè)試測(cè)量設(shè)備。就技術(shù)層面或者趨勢(shì)而言，以下三點(diǎn)自始至終存在并在持續(xù)。集成度的提升。

1）主要從以下兩個(gè)方面來理解：

在早期的通信設(shè)備中，由于多方面因素的影響，在射頻系統(tǒng)的收發(fā)鏈路中，可以看到非常多的分立器件或者單一功能的器件，譬如DSA，VVA，Mixer，IFVGA，但是隨著半導(dǎo)體工藝的演進(jìn)，設(shè)計(jì)水平提升，高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）以及輔助數(shù)字技術(shù)引入，對(duì)于整個(gè)射頻鏈路架構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，先前的一些射頻功能可以在數(shù)字域中完成，這極大地簡(jiǎn)化了純射頻鏈路設(shè)計(jì)。

由于SiGe，SOI以及GaAs工藝本身的特點(diǎn)以及多種工藝的混合應(yīng)用，導(dǎo)致射頻器件集成度提高。

2）射頻器件設(shè)計(jì)復(fù)雜化

不同的射頻器件，根據(jù)其在鏈路中的位置，譬如是接收還是發(fā)射，是前級(jí)還是后級(jí)都有著不同的技術(shù)指標(biāo)要求，這些都會(huì)映射到工藝的選擇和電路架構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)需要注意的是，即使功能類似的器件，不同的廠商實(shí)現(xiàn)方式可能截然不同。另一種情況是，同樣的器件在不同的客戶應(yīng)用中，由于客戶鏈路實(shí)現(xiàn)能力上的差異，也會(huì)有差別。為了給客戶提供高集成度的解決方案，并綜合成本、性能以及可靠性等因素，射頻器件在定義以及設(shè)計(jì)中并不簡(jiǎn)單，需要做很多相關(guān)工作。

3）整體方案能力不斷增強(qiáng)

由于以前射頻鏈路的離散化和集成度低，所以很多專注于某一領(lǐng)域的公司有很多機(jī)會(huì)，但是隨著集成度的提供以及射頻器件的復(fù)雜化，這些公司很難通過單一的器件或者工藝來滿足客戶的要求。如果觀察現(xiàn)有的射頻類公司，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些公司設(shè)計(jì)能力更綜合，器件在信號(hào)鏈的分布更加完整，很多公司可以提供從天線口到ADC/DAC之間的信號(hào)鏈芯片。

2 工程師在產(chǎn)品開發(fā)時(shí)的難點(diǎn)

通過與客戶的探討，不同的應(yīng)用有著不同的需求，這些需求可能存在細(xì)節(jié)上的差異，或者當(dāng)客戶決策時(shí)，權(quán)重不同，但是隨著5G通信的發(fā)展，如果我們把5G的應(yīng)用場(chǎng)景歸為Sub-6 GHz以及mmWave（毫米波）兩個(gè)部分，我們可以發(fā)現(xiàn)如下挑戰(zhàn)。

1、Sub-6 GHz

性能與成本等因素的折中。就5G通信發(fā)展而言，Sub-6 GHz的應(yīng)用整體提前與mmWave應(yīng)用而且隨著中國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家的5G啟動(dòng)，目前已經(jīng)進(jìn)入了大規(guī)模布網(wǎng)時(shí)期，運(yùn)營(yíng)商出于成本的考慮，對(duì)于基站側(cè)的性能要求越來越高，尤其涉及空口功率以及整體功耗等指標(biāo)，這些指標(biāo)的提高會(huì)深刻涉及射頻器件的定義，譬如某個(gè)開關(guān)的功率容量從3W，不斷提升到5W、10 W以及最近的20 W。這些指標(biāo)的提升會(huì)牽動(dòng)其他指標(biāo)以及工藝、電路架構(gòu)的選擇，最終交付給客戶時(shí)延伸為成本、交期以及可靠性問題。從目前來看，性能與成本等因素會(huì)是客戶比較關(guān)心的因素。

2、mmWave

性能與功耗是短期的痛點(diǎn)，長(zhǎng)期看會(huì)是成本。相比于Sub-6 GHz應(yīng)用，mmWave無論是規(guī)模還是成熟度要滯后一些，但是從mmWave的高頻特性以及EIRP等指標(biāo)來看，目前射頻器件[beamformer（波束成形）]無論是從性能、功耗還是成本的角度來考慮，還沒有達(dá)到合適的位置。

3 瑞薩的解決方案

瑞薩做為射頻芯片方案的供應(yīng)商，無論是Sub-6GHz還是mmWave都擁有出色的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力和交付能力，并與客戶建立了長(zhǎng)期的戰(zhàn)略合作關(guān)系。

1、Sub-6 GHz

在和客戶深入合作以及交流的基礎(chǔ)上，瑞薩做了很多技術(shù)創(chuàng)新，Smart Silicon匯聚了瑞薩在射頻芯片領(lǐng)域的長(zhǎng)期技術(shù)積累和創(chuàng)新。譬如瑞薩用SiGe工藝實(shí)現(xiàn)了高性能、高集成度以及低成本的射頻器件，成功替代了先前主要使用GaAs工藝的器件，在4G時(shí)代得到了客戶的認(rèn)可。在5G時(shí)代， 瑞薩根據(jù)客戶的需求和成本控制，發(fā)揮SiGe、GaAs以及SOI等工藝優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)地提供了解決方案，實(shí)現(xiàn)了性能、成本以及可靠性的統(tǒng)一，在5G應(yīng)用中占據(jù)了領(lǐng)導(dǎo)地位。

2、mmWave

mmWave方面，瑞薩一致堅(jiān)持和客戶進(jìn)行技術(shù)交流，在定義之初就將性能、功耗以及成本做為整體考慮。第一代beamformer芯片具備的低功耗獲得了客戶的認(rèn)可。目前已經(jīng)進(jìn)入了第二代beamformer的研發(fā)，創(chuàng)新地提出了dual-polarization beamformer，極大地降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，產(chǎn)品的尺寸以及芯片的數(shù)量，從而降低了成本。同時(shí)瑞薩提供了整套系統(tǒng)解決方案，該方案包含beamformer，Up/Down Converter以及RF PLL，這些產(chǎn)品計(jì)劃在2021年進(jìn)入量產(chǎn)。