射頻前端設(shè)計的案例
智芯研報 | 5G 手機給射頻前端帶來巨大產(chǎn)業(yè)機遇
而在垂直分工模式中，由于Fabless在開發(fā)新產(chǎn)品時，難以及時與Foundry的工藝流程對接，造成一個芯片從設(shè)計公司到代工企業(yè)的流片（晶圓光刻的工藝過程）完成往往需要6-9個月，延緩了產(chǎn)品的上市時間。
2.技術(shù)優(yōu)勢
大多數(shù)IDM都有自己的IP（IntellectualProperty，知識產(chǎn)權(quán)）開發(fā)部門，經(jīng)過長期的研發(fā)與積累，企業(yè)技術(shù)儲備比較充足，技術(shù)開發(fā)能力很強，具有技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。
3.較高的利潤率
根據(jù)“微笑曲線”原理，最前端的產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)與最末端的品牌、營銷具有最高的利潤率，中間的制造、封裝測試環(huán)節(jié)利潤率較低。
▼行業(yè)模式示意圖
目前射頻前端行業(yè)仍然以IDM模式為主導(dǎo)。射頻與功率器件集成度不高，設(shè)計變化不多，設(shè)計環(huán)節(jié)附加值較低，而且材料結(jié)構(gòu)與工藝密切相關(guān)，而工藝又決定了產(chǎn)品最終的電學(xué)性能，材料、設(shè)計、制造與封測一體相關(guān)，這幾個因素是射頻器件競爭的主導(dǎo)性因素。所以全球成功的射頻或功率器件公司，多數(shù)都采用IDM模式。
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，手機等移動終端對于射頻前端的要求也越來越高。一方面，手機等終端需要的射頻前端的數(shù)量在上升，射頻前端在手機成本的比重也越加上升；另一方面，隨著對便攜性和輕薄化的要求越來越高，而需求的射頻前端數(shù)量也在不斷增長，這時射頻前端廠商只能增加集成度以把整個射頻系統(tǒng)的實際尺寸控制在合適的范圍內(nèi)。
目前，已經(jīng)有一些廠商在研發(fā)把低噪聲放大器和開關(guān)模組集成在一起的方案，例如Skyworks的SkyOne模組（集成了PA，開關(guān)，多路器在同一模組上）。未來隨著通信技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，我們可望看到集成度更高的射頻前端。
▼集成了PA，開關(guān)，多路器在同一模組上的Skyworks的SkyOne射頻前端模組
射頻前端行業(yè)兼并收購不斷，巨頭不斷擴大業(yè)務(wù)版圖。
展開 5G時代，GaN射頻前端大有可為！
圖6顯示了一個示例性sub-6GHz RFFE的框圖，該RFFE使用了Qorvo的Doherty PA設(shè)計來實現(xiàn)高效率。
圖6：這種sub-6GHz的大規(guī)模MIMO RFFE包括Doherty PA。
結(jié)語
5G mass-MIMO sub-6GHz基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計已經(jīng)推出。這意味著現(xiàn)在必須提供解決更高頻率、更高功率輸出和更低功耗所需的技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計，以支持全球運營商擴建。GaN可以幫助運營商和基站OEM實現(xiàn)5G sub-6GHz和mmWave大規(guī)模MIMO的目標(biāo)。
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)于5G射頻前端，你需要了解這些！
尤其是射頻前端這塊，因為擔(dān)負(fù)著終端與基站通信的重要任務(wù)，他們的一舉一動受到了產(chǎn)業(yè)鏈的廣泛關(guān)注。過往也有很多媒體和分析師對5G射頻前端的現(xiàn)狀和發(fā)展給出了很多不同的觀點。
近日，半導(dǎo)體行業(yè)觀察記者與Qorvo亞太區(qū)移動事業(yè)部市場戰(zhàn)略高級經(jīng)理陶鎮(zhèn)進行了一番深入交流，給大家?guī)砹诵袠I(yè)專家對5G射頻前端的一些深刻見解。
5G對射頻提出新需求
在Qorvo公司2019財年Q1的財報會上，該公司的高層在接受分析師提問時指出，5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊價值量帶來翻倍增長。以5G手機為例，單部手機的射頻半導(dǎo)體用量達(dá)到25美金，相比4G手機近乎翻倍增長。其中濾波器從40個增加至70個，頻帶從15個增加至30個，接收機發(fā)射機濾波器從30個增加至75個，射頻開關(guān)從10個增加至30個，載波聚合從5個增加至200個。
按照陶鎮(zhèn)的觀點：“5G對射頻前端的影響，很大一部分就在于引入了3.5G和4.8G這兩個新頻段，進而帶來了新的射頻器件需求”。
陶鎮(zhèn)表示，全新的頻段引入，必須需要全新的濾波器、PA和開關(guān)配合。此外，還需要額外的天線調(diào)節(jié)器來做天線隔離，這主要是因為頻譜的翻倍，驅(qū)使你去使用更多的天線來做覆蓋而引起的。這樣的需求，也推動了天線陣列的應(yīng)用、MIMO的誕生，給射頻前端提出新的需求。
“到了5G時代，基站和手機都必須引入天線陣列，基站可以做到64×64，但手機受限于尺寸限制，只能做到4×4或者2×4，這就帶來了相關(guān)射頻的需求”，陶鎮(zhèn)說?！皝淼組IMO方面，這個在4G時代就存在的技術(shù)到了5G則迎來了更剛性的需求。新的通信標(biāo)準(zhǔn)要求下行有4×4，上行也要翻倍，這也帶來了射頻器件的增加”，陶鎮(zhèn)補充說。
為了滿足5G的高頻率高速度需求，這就需要包括濾波器和PA等產(chǎn)品在技術(shù)上有升級。
展開 GSR2701：全集成2.4GHz射頻前端芯片的技術(shù)解析，替代RFX2401C
GSR2701是一個集成的前端模塊(FEM)，專為2.4GHz藍(lán)牙、802.11b/g/n/ac/ax系統(tǒng)而設(shè)計。該設(shè)備提供了完全匹配功率放大器(PA)功率檢測器、低噪聲放大器(LNA)以及兩個單極、雙切換(SPDT)開關(guān)的所有功能。
GSR2701提供了一個完整的2.4 GHz WLAN射頻解決方案，從收發(fā)器輸出到天線，以及從天線到收發(fā)器輸入。低噪聲放大器( LNA)可以提高嵌入式解決方案的接收靈敏度，從而提升覆蓋范圍或克服蜂窩濾波器(通常用于移動應(yīng)用)的插入損耗。
GSR2701采用QFN-16微型封裝（尺寸2.3mm×2.3mm），其引腳定義與Skyworks公司RFX2401C芯片完全一致，即“Pin-to-Pin”兼容，可實現(xiàn)替換功能。這一特性大幅簡化了硬件設(shè)計和PCB布局方案的迭代流程設(shè)計。
智能家居領(lǐng)域的性能突破
在智能家居系統(tǒng)中，GSR2701通過提升射頻性能解決了傳統(tǒng)Zigbee設(shè)備的覆蓋短板：
發(fā)射增強：輸出功率可達(dá)+20dBm以上，顯著擴展信號覆蓋半徑。
接收優(yōu)化：內(nèi)置LNA單元改善接收靈敏度，增強穿墻通信能力。
實際測試表明，集成GSR2701的網(wǎng)關(guān)設(shè)備可穩(wěn)定連接以往信號盲區(qū)的終端節(jié)點，如被墻體遮擋的智能燈具或遠(yuǎn)端溫濕度傳感器。
消費電子應(yīng)用場景
無線音頻傳輸：作為藍(lán)牙騎行對講，藍(lán)牙耳機、無線麥克風(fēng)和智能安防監(jiān)控攝像頭的射頻前端，保障高保真音頻的穩(wěn)定傳輸。
通過模塊化設(shè)計，該芯片可快速適配不同無線協(xié)議棧，降低產(chǎn)品開發(fā)周期與BOM成本。
展開 
三伍微電子GSR2406 IoT FEM 2.4G PA 射頻前端模組芯片
三伍微電子GSR2406 IoT FEM 2.4G PA 射頻前端模組芯片規(guī)格書
Product Description
The GSR2406 is a high-performance, fully integrated RF front-end module (FEM) designed for Zigbee technology, Thread, and Bluetooth (including low energy) applications.
The GSR2406 is designed for ease of use and maximum flexibility. The device provides a power amplifier, low-noise amplifier, low-loss bypass path, transmit/receive switches, and controls compatible with 1.8 V to 3.6 V levels.
The RF blocks operate over a wide supply voltage range from 2.5V to 5 V that allows the GSR2406 to be used in battery powered applications over a wide spectrum of the battery discharge curve.
The device is provided in a compact, 12-pin1.9 x1.9 mm small package. Pin map is shown in Figure 1.
展開 三伍微電子GSR2701 IoT FEM 2.4G PA 射頻前端模組芯片
GSR2701 2.4 GHz Front End Module
Product Description
The GSR2701 is an integrated front end module (FEM) designed for 2.4GHz Bluetooth, 802.11b/g/n/ac/ax systems. The device provides all the functionality of a fully matched power amplifier (PA), power detector, low-noise amplifier (LNA), and two single-pole, dual-throw (SPDT) switches.
The GSR2701 provides a complete 2.4 GHz WLAN RF solution from the output of the transceiver to the antenna, and from the antenna to the input of the transceiver. The LNA increases the receive sensitivity of embedded solutions to improve range or to overcome the insertion loss of cellular filters (often included for mobile applications).
The GSR2701 also includes a digital enable control for transmitter power
展開 射頻前端模組芯片（PA）三伍微電子GSR2337 兼容替代SKY85337, RTC7646, KCT8247
射頻前端模組芯片（PA）三伍微電子GSR2337 兼容替代SKY85337, RTC7646, KCT8247HE
型號GSR2337 ?頻率?: 2.4 GHz
?類型?: FEM (PA+LNA+SW) ?WIFI?: 11n/ac/ax
?功率?: 21dBm@EVM-43dB@5V
?封裝?: 3*3 mm ?電壓?: 3.3V & 5V ?P2P?: SKY85337, RTC7646, KCT8247HE
典型應(yīng)用場景?：路由器、消費類電子、無人機、領(lǐng)夾麥、??TWS耳機、?智能家居、專業(yè)音頻設(shè)備、??無線話筒、?廣播音箱、運動通信裝備、??騎行對講機、?電競耳機
展開 原廠三伍微Wi-Fi射頻前端芯片，產(chǎn)品有GaAs開關(guān)、SOI開關(guān)、2.4G FEM、5.8G FEM、IoT FEM，替代Skyworks、Qorvo、Richwave等
原廠三伍微Wi-Fi射頻前端芯片，產(chǎn)品有GaAs開關(guān)、SOI開關(guān)、2.4G FEM、5.8G FEM、IoT FEM，替代Skyworks、Qorvo、Richwave等
2.4G Wi-Fi FEM
GSR2303 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11n/ac 兼容替代 SKY85303，RTC7626，KCT8227
GSR2310 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11n/ac/ax 兼容替代 SKY85310，Qorvo4200
GSR2312 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11n/ac/ax 兼容替代 SKY85312，RTC7667
GSR2337 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11n/ac/ax 兼容替代 SKY85337，RTC7646，KCT8247HE
5.8G Wi-Fi FEM
GSR5717 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11ac 兼容替代 SKY85717，RTC5638，KCT8525
GSR5712 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11ac 兼容替代 SKY85712，RTC5639，KCT8522
GSR5746 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11ac 兼容替代 SKY85746，RTC66525，KCT8529D
GSR5755 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11ac/ax 兼容替代 SKY85755，RTC7676，KCT8539S
GSR5720 WIFI標(biāo)準(zhǔn)11ac/ax 兼容替代 SKY85720
2.4G IoT FEM
GSR2401C WIFI標(biāo)準(zhǔn) 11n/ac/ax 功率23dBm@11n@5V、16.3dBm@11ax@3.3V，Saturation power 27dBm
GSR2501 WIFI標(biāo)準(zhǔn) BT 功率20 dBm
SOI 開關(guān)（功率32 dBm，應(yīng)用WIF）
GSR1351S 頻段8G 兼容替代SKY13351
GSR1385S 頻段8G 兼容替代SKY13585
GSR1303S 頻段
展開 應(yīng)用于汽車設(shè)計的“前端”CFD工具——CFdesign
應(yīng)用于汽車設(shè)計的“前端”CFD工具——CFdesign
OptiStruct 在汽車前端模塊支架設(shè)計中的應(yīng)用
本論文探討了在汽車全塑或復(fù)合材料前端模塊支架設(shè)計中，Altair公司的優(yōu)化分析軟
件OptiStruct的應(yīng)用。OptiStruct在設(shè)計布局以及輕量化過程中都起到了非常大的作用，為前端
模塊支架設(shè)計給出了具體設(shè)計參數(shù)。降低了重量的同時進一步增強了結(jié)構(gòu)的安全性以及經(jīng)濟
性。在一些復(fù)合前端模塊支架中，對于一些起到連接加強作用的鈑金件，OptiStruct可以對其
進行形貌優(yōu)化，改進結(jié)構(gòu)的剛度。
李明哲_OptiStruct在汽車前端模塊支架設(shè)計中的應(yīng)用.pdf
展開 行業(yè)分享｜AI+仿真，重塑前端設(shè)計研發(fā)價值
</strong></p><p><br></p><p>仿真工作中，大量的時間被花費在前端畫網(wǎng)格上，而網(wǎng)格的精度會影響后續(xù)計算結(jié)果。因此一個顛覆式的創(chuàng)新思維出現(xiàn)了：我們<strong>是不是能夠推出無網(wǎng)格技術(shù)</strong>，從而加速整個仿真過程，也讓普通設(shè)計師可以跨越仿真技術(shù)門檻，實現(xiàn)快速產(chǎn)品設(shè)計與評估。</p><p><br></p><p><strong>設(shè)計仿真一體化</strong></p><p><br></p><p><strong>仿真驅(qū)動設(shè)計中必然會涉及的方向是設(shè)計仿真一體化</strong>，如下圖所示，上方是一個傳統(tǒng)的設(shè)計流程，通常企業(yè)中做設(shè)計和做仿真的人是兩個team，背景差別很大，相互很難配合。下面是引入新的仿真技術(shù)之后，<strong>企業(yè)開始有了敏捷設(shè)計</strong>，可以非?？焖俚倪M行第一驗證，實現(xiàn)設(shè)計到驗證的快速循環(huán)，這是設(shè)計仿真一體化很重要的點。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/x0yLiaf5fF6xS47nxkibqtwO4kpo5Pq3LwaHZC9IQtxEBCp3rYFibkAQYJbfsEtk3UZYGzNAoBmryiclHIRyJGchLg/640?wx_fmt=png" width="706"></p><p><br></p><p>大家可以很清晰的看到仿真技術(shù)革新帶來的巨大變化。設(shè)計部門可以承擔(dān)更多專業(yè)仿真工作，進行快速仿真評估，<strong>專業(yè)做仿真的人員有更多精力做最為專注的事情</strong>，例如多學(xué)科的交叉學(xué)科聯(lián)合仿真以及新技術(shù)的突破等。
展開 
射頻與天線-AEDT電熱耦合設(shè)計流程與應(yīng)用案例
電子產(chǎn)品設(shè)計
熱可靠性問題
電子產(chǎn)品的熱管理-產(chǎn)品魯棒性
電子產(chǎn)品熱設(shè)計
電設(shè)計與熱設(shè)計不同的工具
電子產(chǎn)品的多物理場仿真平臺ANSYS AEDT
ANSYS電子桌面（AEDT）
? AEDT: 電磁場、熱、電路、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的仿真平臺
‐ 為電子產(chǎn)品仿真和優(yōu)化提供統(tǒng)一的仿真環(huán)境
‐ 更方便的多物理場耦合流程
? 集成業(yè)界黃金標(biāo)準(zhǔn)工具ANSYS HFSS, Maxwell, Q3D, Icepak ,Mechanical等
AEDT Icepak
? AEDT Icepak熱仿真求解器采用 ANSYS Fluent
? 統(tǒng)一的操作界面
? 支持電熱雙向耦合
AED
T Icepak設(shè)計流程
AEDT Icepak–電熱耦合設(shè)計流程
AEDT Icepak – Electro-Thermal ACT
HFSS-Icepak電熱耦合案例
濾波器
天線陣列
HFSS-Icepak電熱耦合仿真流程
小結(jié)
? 集成于電子桌面下, 更注重電和熱的耦合, 更適合電工程師的操作習(xí)慣
? 電的設(shè)計階段就可以考慮一部分熱設(shè)計的問題, 縮短總體研發(fā)流程
? 與
展開 試論射頻電路PCB設(shè)計的困境和改善措施
射頻（RF）PCB 設(shè)計，在目前公開出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對于微波以下頻段的電路（ 包括低頻和低頻數(shù)字電路）， 在全面掌握各類設(shè)計原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是一次性成功設(shè)計的保證。對于微波以上頻段和高頻的PC 類數(shù)字電路，則需要2~3 個版本的 PCB 方能保證電路品質(zhì)。而對于微波以上頻段的RF 電路， 則往往需要更多版本的 PCB 設(shè)計并不斷完善， 而且是在具備相當(dāng)經(jīng)驗的前提下。由此可知 RF 電設(shè)計上的困難。
典型的射頻板
無線上網(wǎng)模塊
布局前需要熟知產(chǎn)品架構(gòu)和信號流向
1 RF 電路設(shè)計的常見問題
1.1 數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路（射頻）和數(shù)字電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個電源一起工作，整個系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因為數(shù)字信號頻繁地在地和正電源（>3 V）之間擺動，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時間， 使得這些數(shù)字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號一般小于1μV。因此數(shù)字信號與射頻信號之間的差別會達(dá)到 120 dB。顯然，如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離， 微弱的射頻信號可能遭到破壞，這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會惡化，甚至完全不能工作。
常見的干擾現(xiàn)象
數(shù)模射頻混合電路分區(qū)設(shè)計
1.2 供電電源的噪聲干擾
射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感， 尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)短時間突然吸入大部分電流， 這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS 工藝制造。因此， 假設(shè)一個微控制器以 1 MHz 的內(nèi)部時鐘頻率運行，它將以此頻率從電源提取電流。
展開 射頻電路電源和接地的設(shè)計方法
良好的電源去耦技術(shù)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?PCB布局、Vcc引線(星型拓?fù)?相結(jié)合，能夠為任何 RF系統(tǒng)設(shè)計奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。盡管實際設(shè)計中還會存在降低系統(tǒng)性能指標(biāo)的其它因素，但是，擁有一個“無噪聲”的電源是優(yōu)化系統(tǒng)性能的基本要素。
圖 3：過孔的電特性模型
接地和過孔設(shè)計
地層的布局和引線同樣是 WLAN 電路板設(shè)計的關(guān)鍵，它們會直接影響到電路板的寄生參數(shù)，存在降低系統(tǒng)性能的隱患。RF電路設(shè)計中沒有唯一的接地方案，設(shè)計中可以通過幾個途徑達(dá)到滿意的性能指標(biāo)?？梢詫⒌仄矫婊蛞€分為模擬信號地和數(shù)字信號地，還可以隔離大電流或功耗較大的電路。根據(jù)以往 WLAN評估板的設(shè)計經(jīng)驗，在四層板中使用單獨的接地層可以獲得較好的結(jié)果。憑借這些經(jīng)驗性的方法，用地層將 RF部分與其它電路隔離開，可以避免信號間的交叉干擾。如上所述，電路板的第二層通常作為地平面，第一層用于放置元件和 RF引線。
接地層確定后，將所有的信號地以最短的路徑連接到地層非常關(guān)鍵，通常用過孔將頂層的地線連接到地層，需要注意的是，過孔呈現(xiàn)為感性。圖 3 所示為過孔精確的電氣特性模型，其中 Lvia為過孔電感，Cvia 為過孔 PCB焊盤的寄生電容。如果采用這里所討論的地線布局技術(shù)，可以忽略寄生電容。一個 1.6mm深、孔徑為0.2mm的過孔具有大約 0.75nH的電感，在 2.5GHz/5.0GHz WLAN波段的等效電抗大約為 12?/24?。因此，一個接地過孔并不能夠為 RF信號提供真正的接地，對于高品質(zhì)的電路板設(shè)計，應(yīng)該在 RF電路部分提供盡可能多的接地過孔，特別是對于通用的 IC封裝中的裸露接地焊盤。不良的接地還會在接收前端或功率放大器部分產(chǎn)生有害的輻射，降低增益和噪聲系數(shù)指標(biāo)。還需注意的是，接地焊盤的不良焊接會引發(fā)同樣的問題。除此之外，功率放大器的功耗也需要多個連接地層的過孔。
展開 干貨｜射頻和數(shù)模電路PCB一般布局設(shè)計指南
本應(yīng)用筆記提供關(guān)于射頻(RF)印刷電路板(PCB)設(shè)計和布局的指導(dǎo)及建議，包括關(guān)于混合信號應(yīng)用的一些討論，例如相同PCB上的數(shù)字、模擬和射頻元件。內(nèi)容按主題進行組織，提供“最佳實踐”指南，應(yīng)結(jié)合所有其它設(shè)計和制造指南加以應(yīng)用，這些指南可能適用于特定的元件、PCB制造商以及材料。
射頻板PCB布局原則
布局確定：布局前應(yīng)對單板功能、工作頻段、電流電壓、主要射頻器件類型、EMC、相關(guān)射頻指標(biāo)等有詳細(xì)了解，并明確疊層結(jié)構(gòu)、阻抗控制、外形結(jié)構(gòu)尺寸、屏蔽腔和罩的尺寸位置、特殊器件加工說明（如需挖空、直接機殼散熱的器件尺寸位置）等。另外還應(yīng)明確主要射頻器件功率、散熱、增益、隔離度、靈敏度等指標(biāo)以及濾波、偏置、匹配電路的連接，對功放電路還應(yīng)得到器件手冊推薦的匹配走線要求或射頻場分析軟件仿真得到的阻抗匹配電路指導(dǎo)。
物理分區(qū)：關(guān)鍵是根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件，首先根據(jù)RF 端口位置固定RF 路徑上的元器件，并調(diào)整其朝向以將RF 路徑的長度減到最小，除要考慮普通布局規(guī)則外，還須考慮如何減小各部分間相互干擾和抗干擾能力，保證多個電路有足夠的隔離，對于隔離度不夠或敏感、有強烈輻射源的電路模塊要考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF 區(qū)域內(nèi)。
電氣分區(qū)：布局一般分為電源，數(shù)字和模擬三部分，要在空間上分開，布局走線不能跨區(qū)域。
展開 