一部智能手機(jī)的無(wú)線能力，究竟由哪些環(huán)節(jié)共同塑造?業(yè)內(nèi)普遍將其拆分為射頻、基帶、電源、外設(shè)與軟件五大子系統(tǒng)。其中，射頻系統(tǒng)負(fù)責(zé)把比特流轉(zhuǎn)化為電磁波，再讓電磁波跨越空間回到比特流;基帶系統(tǒng)則專精于符號(hào)運(yùn)算與協(xié)議棧;二者相輔相成，卻又各司其職。本文嘗試以“信號(hào)的一生”為主線，抽絲剝繭地還原射頻芯片從設(shè)計(jì)、制造到封裝的完整旅程。

信號(hào)的原點(diǎn)：基帶與射頻的分工

如果把一次通話抽象成快遞流程，基帶芯片就像分揀中心：它對(duì)語(yǔ)音或數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、交織、加密，形成“數(shù)字包裹”;射頻芯片則是運(yùn)輸車(chē)隊(duì)，把包裹加載到特定頻率的載波上，通過(guò)天線發(fā)射，并在接收端卸貨、還原。

現(xiàn)代通信中，基帶信號(hào)通常指經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制的零中頻譜信號(hào);射頻信號(hào)則是被搬移到數(shù)百兆赫茲乃至數(shù)十吉赫茲的電磁波。前者強(qiáng)調(diào)信息格式，后者強(qiáng)調(diào)媒介特性。

電磁波如何“上車(chē)”：射頻發(fā)射鏈路拆解

數(shù)字基帶接口

基帶芯片以 I/Q 兩路差分信號(hào)輸出符號(hào)流，進(jìn)入射頻收發(fā)器(RF Transceiver)內(nèi)部的發(fā)射通路。

上變頻與鎖相環(huán)

發(fā)射調(diào)制器將基帶波形與本地振蕩器(LO)混頻，生成中頻或零中頻信號(hào);隨后，壓控振蕩器(VCO)在鎖相環(huán)(PLL)的牽引下，把信號(hào)搬移到最終信道頻率。PLL 的相位噪聲與鎖定時(shí)間直接決定信號(hào)純度與跳頻速度。

功率放大器(PA)

經(jīng) PA 放大后的射頻信號(hào)功率可達(dá) 28 dBm(0.6 W)以上。為了兼顧效率與線性度，現(xiàn)代 PA 采用多模式偏置、Doherty 或包絡(luò)跟蹤技術(shù)，并依據(jù)基站的功率控制指令實(shí)時(shí)調(diào)整增益。

雙工與天線調(diào)諧

雙工器(或天線調(diào)諧器)在同一副天線上隔離收發(fā)路徑，并針對(duì)不同頻段動(dòng)態(tài)調(diào)諧阻抗，降低反射損耗。5G 高頻段引入多天線陣列后，調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度進(jìn)一步增加。

從空中回到硅片：射頻接收鏈路拆解

低噪聲放大器(LNA)

天線捕獲的微弱信號(hào)首先進(jìn)入 LNA，典型噪聲系數(shù)低于 1 dB，增益 15–20 dB，為后級(jí)鏈路奠定信噪比基礎(chǔ)。

下變頻與濾波

混頻器將射頻信號(hào)搬回基帶或中頻，緊接著由可編程帶寬的模擬濾波器抑制鄰道干擾。Sub-6 GHz 與毫米波頻段需分別采用 SAW/BAW 濾波器與片上帶通濾波器。

模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字前端

高速 Σ-Δ ADC 將模擬 I/Q 信號(hào)采樣后，交由數(shù)字前端完成抽取濾波、直流偏移校正及自動(dòng)增益控制，最終把干凈的數(shù)字碼流交回基帶芯片解調(diào)。

產(chǎn)業(yè)鏈視角：國(guó)產(chǎn)射頻的突圍路徑

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

5G 射頻前端模組(FEM)需集成 PA、LNA、開(kāi)關(guān)、濾波器及控制邏輯，設(shè)計(jì)壁壘在于跨工藝協(xié)同與系統(tǒng)級(jí)仿真。

國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)具備完整 Sub-6 GHz FEM 設(shè)計(jì)能力的廠商，例如紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯等;毫米波 FEM 尚處于樣品驗(yàn)證階段。

代工環(huán)節(jié)

化合物半導(dǎo)體是射頻 PA 與開(kāi)關(guān)的理想平臺(tái)。臺(tái)灣穩(wěn)懋、宏捷科在 GaAs pHEMT、GaN HEMT 工藝上占據(jù)主導(dǎo);大陸三安光電已建成 6 英寸 GaAs/GaN 產(chǎn)線，并通過(guò)多家頭部客戶認(rèn)證。

硅基 RF-SOI 工藝則用于射頻開(kāi)關(guān)與低噪聲放大器，國(guó)內(nèi)中芯國(guó)際、華虹宏力已量產(chǎn) 180 nm 及 130 nm RF-SOI 平臺(tái)。

封裝環(huán)節(jié)

5G 高頻使引線寄生效應(yīng)放大，F(xiàn)lip-Chip、Fan-In/Fan-Out 與 SiP(System-in-Package)成為必選項(xiàng)。

長(zhǎng)電科技通過(guò)收購(gòu)星科金朋獲得 FC+SiP 一站式能力;華天科技、通富微電亦在積極擴(kuò)充先進(jìn)射頻封裝產(chǎn)能。

寫(xiě)在最后

射頻芯片的演進(jìn)，是一部“與物理規(guī)律賽跑”的歷史：頻率不斷推高、帶寬持續(xù)拓寬、功耗卻必須下降。每一次工藝節(jié)點(diǎn)的跨越，背后都是材料科學(xué)、電磁場(chǎng)理論與系統(tǒng)工程的集體突破。國(guó)產(chǎn)射頻鏈條雖起步較晚，但在設(shè)計(jì)、制造、封裝三大環(huán)節(jié)已出現(xiàn)并行追趕的苗頭。隨著 5G-A 與 6G 研究窗口的開(kāi)啟，射頻領(lǐng)域的下一輪洗牌或許不再遙遠(yuǎn)。