〈分析〉手機射頻朝向整合晶片邁進

手機射頻朝向整合晶片邁進(圖片:AFP)
手機射頻朝向整合晶片邁進(圖片:AFP)

通訊世代從 2G 發展到 4G,每一代的蜂窩技術都出現不同面貌的革新。從 2G 到 3G 增加接收分集技術,3G 到 4G 則增加載波聚合,再到 4.5G 時則是增加超高頻,4x4 MIMO,更多的載波聚合。

而這些變革都為手機射頻發展帶來新的成長動能。手機的射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信零組件,包含濾波器、LNA(低雜訊放大器)、PA(功率放大器)、開關、天線調諧等。

濾波器主要用來濾除雜訊、干擾及不需要的訊號,只留下所需頻率範圍內的信號。

PA 則是在發射訊號時透過 PA 放大輸入信號,使得輸出的信號幅度夠大,以便後續處理。

開關則是利用開啟和關閉之間切換,允許信號通過或不通過。

天線調諧器則位於天線之後,但在信號路徑的末端之前,使得兩側的電特性彼此匹配,以改善它們之間的功率傳輸。

在接收訊號方面,簡單來說,訊號傳輸路徑是由天線接到訊號後,經過開關及濾波器,傳至 LNA 將信號放大,再到射頻收發,最後傳送到基頻。

至於訊號發射,則是從基頻出發,傳送至射頻收發後到 PA,再到開關及濾波器,最後由天線發射訊號。

而隨著進入 5G,更多的頻段導入,以及涵蓋更多新技術,使得射頻前端零組件的價值不斷上升。

(資料來源: yole, 鉅亨網製表)
(資料來源: yole, 鉅亨網製表)

由於 5G 導入的技術愈來愈多,射頻前端的零件用量和複雜性急劇增加,但智慧手機分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降,而透過模組化提升前端零件的密度成為趨勢。 

為了節省手機成本,空間及功耗,5G SoC 和 5G 射頻晶片的整合將會是趨勢。而這整合將分成三大階段:

第一階段:初期 5G 與 4G LTE 資料的傳輸將以各自獨立的方式存在。以 1 個 7 奈米製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G) 基頻晶片的 SoC,搭配一組射頻晶片 (RFIC)。

而支援 5G 則完全由另一個獨立配置進行,包含一個 10 奈米製程,能同時支援 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻晶片,前端配置 2 個獨立的射頻元件,包括一個支援 5G Sub-6GHz 射頻,另一個支援毫米波射頻前端天線模組。

第二階段:在考量製程良率與成本之下,主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基頻晶片。

第三階段:將會出現 AP 與 4G/5G 基頻晶片 SoC 的解決方案,LTE 與 Sub-6GHz 射頻也有機會整合。至於毫米波射頻前端仍必須以獨立模組存在。

根據 Yole 預估,全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元,成長到 2023 年的 352 億美元,年複合成長率高達 14%。此外,根據 Navian 估計,模組化現在占 RF 元件市場約 30%,在不斷整合的趨勢下,模組化比率將在未來逐步上升。


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