5G射頻、時鐘、電源的趨勢及瑞薩的解決方案
趙林新?(瑞薩電子物聯(lián)網及基礎設施事業(yè)本部?資深產品工程師)
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202005/413582.htm1 5G元器件的技術趨勢
瑞薩提供應用于5G領域的射頻、時鐘、電源等完整的解決方案。就射頻芯片而言主要用于基站設備,也可以用于高性能的通信設備以及相關測試測量設備。就技術層面或者趨勢而言,以下三點自始至終存在并在持續(xù)。集成度的提升。
1)主要從以下兩個方面來理解:
在早期的通信設備中,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,但是隨著半導體工藝的演進,設計水平提升,高性能數模轉換器(DAC)以及輔助數字技術引入,對于整個射頻鏈路架構產生了深遠的影響,先前的一些射頻功能可以在數字域中完成,這極大地簡化了純射頻鏈路設計。
由于SiGe,SOI以及GaAs工藝本身的特點以及多種工藝的混合應用,導致射頻器件集成度提高。
2)射頻器件設計復雜化
不同的射頻器件,根據其在鏈路中的位置,譬如是接收還是發(fā)射,是前級還是后級都有著不同的技術指標要求,這些都會映射到工藝的選擇和電路架構的優(yōu)化設計。同時需要注意的是,即使功能類似的器件,不同的廠商實現(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用中,由于客戶鏈路實現(xiàn)能力上的差異,也會有差別。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計中并不簡單,需要做很多相關工作。
3)整體方案能力不斷增強
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域的公司有很多機會,但是隨著集成度的提供以及射頻器件的復雜化,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,會發(fā)現(xiàn)這些公司設計能力更綜合,器件在信號鏈的分布更加完整,很多公司可以提供從天線口到ADC/DAC之間的信號鏈芯片。
2 工程師在產品開發(fā)時的難點
通過與客戶的探討,不同的應用有著不同的需求,這些需求可能存在細節(jié)上的差異,或者當客戶決策時,權重不同,但是隨著5G通信的發(fā)展,如果我們把5G的應用場景歸為Sub-6 GHz以及mmWave(毫米波)兩個部分,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的應用整體提前與mmWave應用而且隨著中國、韓國等國家的5G啟動,目前已經進入了大規(guī)模布網時期,運營商出于成本的考慮,對于基站側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,這些指標的提高會深刻涉及射頻器件的定義,譬如某個開關的功率容量從3 W,不斷提升到5 W、10 W以及最近的20 W。這些指標的提升會牽動其他指標以及工藝、電路架構的選擇,最終交付給客戶時延伸為成本、交期以及可靠性問題。從目前來看,性能與成本等因素會是客戶比較關心的因素。
2)mmWave
性能與功耗是短期的痛點,長期看會是成本。相比于Sub-6 GHz應用,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商,無論是Sub-6GHz還是mmWave都擁有出色的產品設計能力和交付能力,并與客戶建立了長期的戰(zhàn)略合作關系。
1)Sub-6 GHz
在和客戶深入合作以及交流的基礎上,瑞薩做了很多技術創(chuàng)新,Smart Silicon匯聚了瑞薩在射頻芯片領域的長期技術積累和創(chuàng)新。譬如瑞薩用SiGe工藝實現(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時代得到了客戶的認可。在5G時代, 瑞薩根據客戶的需求和成本控制,發(fā)揮SiGe、GaAs以及SOI等工藝優(yōu)勢,系統(tǒng)地提供了解決方案,實現(xiàn)了性能、成本以及可靠性的統(tǒng)一,在5G應用中占據了領導地位。
2)mmWave
mmWave方面,瑞薩一致堅持和客戶進行技術交流,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可。目前已經進入了第二代beamformer的研發(fā),創(chuàng)新地提出了dual-polarization beamformer,極大地降低了設計的復雜度,產品的尺寸以及芯片的數量,從而降低了成本。同時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,這些產品計劃在2021年進入量產。
?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a品世界》2020年第06期。)
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