盡管智能手機發(fā)展至今已經十余載，但大多數(shù)使用者仍不知射頻前端(RFFE)為何物。不過這并不影響RFFE在手機設計中擔任關鍵角色。如果沒有RFFE，手機根本無法連接到移動網絡，更不用說今天網絡頻段越來越多，一款較新的手機至少需要支持2G、3G、4G加上WiFi、GPS等網絡制式，而每一個制式都需要自己的射頻前端模塊。RFFE重要到什么程度呢?可以這么說，設計合理的RFFE對手機性能、工業(yè)設計、特性的創(chuàng)新來說至關重要。
RFFE是射頻收發(fā)器和天線之間的功能區(qū)，射頻前端模塊一般包括天線開關、多路器、濾波器、功率放大器(PAs)與低噪聲放大器(LNAs)等無源器件。
RFFE 越來越復雜
智能手機的設計隨著用戶使用行為的改變而迅速發(fā)展。早已超越最初簡單的語音和文本通信，現(xiàn)今數(shù)字內容的創(chuàng)建和消費成為主流。大尺寸屏幕的智能手機出貨量大幅增長,2015年5英寸智能手機的出貨量占總體的53%，而僅一年后就迅速達到73%的出貨量。更大的屏幕也意味著耗電量的增加，因此對電池續(xù)航時間的需求極為迫切。增加電池續(xù)航力必然帶來電池占用空間變大，這就變相壓縮了RFFE等其他組件可使用空間，RFFE設計更具挑戰(zhàn)。
手機用戶的需求變得非常具體：全球漫游、超薄機身、超長的電池續(xù)航…… 這些都對手機設計者提出更加苛刻的要求。帶寬正變得越來越寬，頻率變得越來越高、PA的功效甚至散熱都將成為問題。在市場高度成熟競爭也更加激烈的今天，要想創(chuàng)造利潤，OEM廠商必須比以往更加努力。為了簡化供應鏈并減少庫存風險,許多OEM廠商正在減少他們的最小庫存單位(SKU)計數(shù)，手機支持更多無線電頻段和載波。如一加5(一款手機)的一個類型的SKU可支持34個頻段。支持所有主要的頻段/全球載波及縮減設計空間等趨勢，致使RFFE架構高度集成，功能也更加復雜。
更薄的機身, 更大的屏幕, 更長的待機時間
高度集成的RFFE組件，如調制解調器輔助的天線調諧解決方案，已成為高端智能機的常見配置。沒有這些組件, 三星Galaxy S8的“無限顯示”這種創(chuàng)新的設計幾乎不可能實現(xiàn)。它大限度地提升了性能、節(jié)省了空間。
三星Galaxy S8和S8+是第一款支持16類LTE或"千兆LTE" 的高容量商用智能手機。其中RFFE是最有價值的和復雜的設計，幫助三星僅僅在單一設計上采用一些SKU就能實現(xiàn)全球覆蓋。我們可以預見，在CAT-16 LTE前的幾代產品中，RFFE的成本和復雜性仍然是絲毫不變的，因此高度集成的RFFE組件主要應用于高端智能手機。
功率效率比以往任何時候都重要
自智能手機問世以來,設計者就從未停止對如何不斷改善能效的探索。事實上繼手機屏幕之后, 一個最大的耗電設備就是RFFE。隨著時間的推移,最有效的功率放大器變得越來越重要，智能手機廠商也正加緊部署這類技術。如，通過開發(fā)包絡跟蹤(envelope tracking --ET)技術以在LTE平臺上尋求提高功率發(fā)射機效率的突破提升能效。
在過去, 包絡跟蹤的一個限制是它的工作范圍只能在最高20MHz的帶寬上。然而, 現(xiàn)在新的解決方案已經開始支持帶寬高達40MHz, 這是在上行鏈路中能夠2xCA的手機的一個重要功能。通過加倍的上行帶寬, 用戶可以上傳他們拍攝的內容, 如360VR視頻,在如體育場這樣的高需求場館則可更快。隨著用戶生成的內容變得更多, 上行鏈路載波聚合將可以給智能手機用戶帶來更好的體驗。
從4G 到5G 的轉移
載波聚合的發(fā)展包括支持5xCA與CAT-18LTE, 這使得全球的運營商更容易實現(xiàn)多接入帶寬聚合, 采用授權的和無授權的頻譜技術, 如授權頻譜輔助接入(LAA) 和LTE和Wi-Fi之間的天線共享。此外, 更先進的調制, 如下行256QAM和上行64 QAM, 使移動設備能夠更有效地與網絡交互, 實現(xiàn)快速下載和上傳, 這是移動互聯(lián)網最佳體驗所必需的。
IHS Markit 預測,截止2019年底5G設備將開始商用。而支持5G新無線電(NR)將對RFFE帶來更大壓力。組件供應商必須支持新波形和更廣泛的頻段 (與移動寬帶相關的), 從400MHz 到 6GHz, 以及附加的一組編碼。智能手機的其他核心芯片，如基帶,RFFE將需要提供向后兼容4G/3G/2G的操作模式。如果組件供應商不具備真正的系統(tǒng)級知識，將無法滿足性能要求。
（By Brad Shaffer, Senior Analyst and Wayne Lam, Principal Analyst at IHS Markit）由a&s智能電子集成編譯整理，轉載請注明出處。
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