5G射頻、時鐘、電源的趨勢及瑞薩的解決方案

趙林新

1 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。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，在射頻系統的收發鏈路中，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。如果觀察現有的射頻類公司，會發現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，我們可以發現如下挑戰。

1、Sub-6 GHz

性能與成本等因素的折中。就5G通信發展而言，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3W，不斷提升到5W、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新，Smart Silicon匯聚了瑞薩在射頻芯片領域的長期技術積累和創新。譬如瑞薩用SiGe工藝實現了高性能、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，發揮SiGe、GaAs以及SOI等工藝優勢，系統地提供了解決方案，實現了性能、成本以及可靠性的統一，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，創新地提出了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。