ชิปคลื่นความถี่วิทยุ (RFFE, Radio Frequency Front-End) เป็นส่วนประกอบหลักที่ทำให้โทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์พกพาต่างๆ ทำงานด้านการสื่อสารได้ ตลาดโลกมีมูลค่าหลายหมื่นล้านดอลลาร์ การเติบโตโดยรวมของโทรศัพท์มือถือในประเทศในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาได้วางรากฐานอุตสาหกรรมที่แข็งแกร่งสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมชิปคลื่นความถี่วิทยุในประเทศ และการเปิดตัว 5G เชิงพาณิชย์ครั้งแรกในประเทศจีน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมทางการค้าโลก ได้เพิ่มปัจจัยสนับสนุนอีกสองประการให้กับอุตสาหกรรมคลื่นความถี่วิทยุในประเทศ อุตสาหกรรมชิปคลื่นความถี่วิทยุมีประวัติการพัฒนามายาวนานกว่า 15 ปีในประเทศของผม มีกิจกรรมด้านนวัตกรรมและการเป็นผู้ประกอบการที่คึกคักมาก มีบริษัทหลากหลายประเภทหลายสิบแห่ง และยังเป็นพื้นที่ที่ได้รับความสนใจอย่างมากจากตลาดและเงินทุน ผู้เขียนบทความนี้โชคดีที่ได้ทำงานในอุตสาหกรรมชิปคลื่นความถี่วิทยุเป็นเวลา 11 ปี ตั้งแต่ยุค 2G จนถึง 5G ในปัจจุบัน เขายังเคยทำงานในบริษัทต่างประเทศ บริษัทเอกชน และรัฐวิสาหกิจ และได้พัฒนาและผลิตผลิตภัณฑ์คลื่นความถี่วิทยุทุกประเภทโดยตรง บทความนี้สรุปการสนทนาระหว่างผู้เขียนและเพื่อนร่วมวงการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และพยายามจัดระเบียบตลาดทางเทคนิคและตรรกะทางธุรกิจของผลิตภัณฑ์โมดูลคลื่นความถี่วิทยุ ในขณะเดียวกัน อุตสาหกรรมคลื่นความถี่วิทยุในประเทศได้พัฒนามานานกว่าสิบปีแล้ว การแข่งขันเป็นหัวใจหลักของอุตสาหกรรม และความร่วมมือและมิตรภาพเป็นทรัพยากรที่หายากมาก บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่การแบ่งปันความรู้ที่เกี่ยวข้องกับ "การสร้างโมดูล" และหวังว่าผู้ผลิตในท้องถิ่นจำนวนมากขึ้นจะแบ่งปันโอกาสอันมหาศาลของการสร้างโมดูลผ่าน "ความร่วมมือ"

         

การแนะนำ

จากสุนทรพจน์หลักของศาสตราจารย์เว่ย เส้าจุน ในงาน "การประชุมสุดยอดซีอีโอระดับโลกปี 2020" หัวข้อ "เส้นทางอันชอบธรรมในโลกคือความผันผวนของชีวิต - ว่าด้วยการกำหนดกลยุทธ์ภายใต้การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่" สถิติแสดงให้เห็นว่าบริษัทอเมริกันที่พึ่งพาตลาดจีนมากที่สุด (คำนวณจากอัตราส่วนรายได้) มีดังนี้ เราจะเห็นได้ว่าบริษัทยักษ์ใหญ่ด้าน RF ของอเมริกา 4 บริษัท ได้แก่ SKYWORKS, Qualcomm, Qorvo และ Broadcom (SKYWORKS และ Qorvo เน้นธุรกิจ RF เป็นหลัก ส่วน Qualcomm และ Broadcom ก็รวมธุรกิจ RF ด้วย) ครอง 4 อันดับแรกในตารางจัดอันดับ

 

The international situation of RF front-end

เทคโนโลยี RF front-end ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ตัวกรอง เครื่องขยายกำลัง (PA, Power Amplifier) ​​เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (Low Noise Amplifier) ​​และสวิตช์ (RF Switch) ปัจจุบัน ตลาด RF ทั่วโลกถูกครอบงำโดยบริษัท RF สัญชาติอเมริกัน 4 บริษัทที่กล่าวถึงในบทนำ ได้แก่ Skyworks, Qualcomm, Qorvo, Broadcom และ Murata ของญี่ปุ่น ซึ่งถือเป็นยักษ์ใหญ่ด้าน RF ทั้ง 5 บริษัท

 

 

บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านคลื่นความถี่วิทยุทั้งห้าแห่งครองส่วนแบ่งตลาด PA และ LNA มากกว่า 90% ในส่วนของตัวกรองนั้น มีเทคโนโลยีหลักสองอย่างคือ การกรองคลื่นเสียงพื้นผิว (SAW) และการกรองคลื่นเสียงพื้นผิวภายใน (BAW) ปัจจุบัน Murata ครองส่วนแบ่งตลาดตัวกรอง SAW ครึ่งหนึ่ง Skyworks ประมาณ 10% และ Qorvo ประมาณ 4% ส่วนที่เหลือแบ่งกันระหว่างผู้ผลิตรายใหญ่ เช่น Taiyo Yuden และ TDK ส่วนตลาดตัวกรอง BAW นั้น บริษัทจากสหรัฐอเมริกาครองส่วนแบ่งถึง 90%

 

จะเห็นได้ว่า ตลาด RF front-end เป็นตลาดขนาดใหญ่ที่สามารถรองรับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของบริษัทยักษ์ใหญ่ระดับนานาชาติทั้ง 5 บริษัท บริษัทยักษ์ใหญ่เหล่านี้มีเทคโนโลยีที่หลากหลายและมีความสามารถในการผลิตแบบโมดูลาร์ที่แข็งแกร่ง ผลิตภัณฑ์แบบโมดูลาร์เป็นเส้นทางหลักสำหรับการแข่งขันในระดับนานาชาติ บริษัทยักษ์ใหญ่ทุกแห่งต่างมีเทคโนโลยี BAW หรือเทคโนโลยีทางเลือกอื่น ๆ

สถานการณ์ภายในประเทศของ RF front-end

บทความหลายชิ้นได้กล่าวถึงสถานการณ์ภายในประเทศของเทคโนโลยีส่วนหน้าความถี่วิทยุ (Radio Frequency Front-end) ผมจะไม่ลงรายละเอียดในที่นี้ แต่จะขอสรุปเพียงบางประเด็นที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป:

 

1. โดยทั่วไปแล้ว บริษัทในท้องถิ่นมักมุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์แบบแยกชิ้น ซึ่งอุปกรณ์แบบแยกชิ้นเป็นเส้นทางหลักในการแข่งขันในท้องถิ่นในปัจจุบัน

2. บริษัทในท้องถิ่นขาดเทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์ตัวกรองที่ทันสมัย ​​และโดยทั่วไปแล้วความสามารถในการปรับแต่งระบบก็อ่อนแอ

             

ความท้าทายและโอกาสในการออกแบบระบบ 5G แบบโมดูลาร์

ความท้าทายด้านพื้นที่ในการเดินสายบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และเวลาในการแก้ไขข้อผิดพลาดด้านคลื่นวิทยุ (RF) ได้ส่งผลกระทบต่อโทรศัพท์มือถือระดับเริ่มต้น ทำให้เกิดเส้นทางการพัฒนาแบบค่อยเป็นค่อยไปสำหรับชิปโมดูลภายในประเทศ

 

RF module chips are not a new product series. In fact, the use of RF module chips occurred almost simultaneously with the commercialization of LTE. In the past 10 years, various complex RF modules have been widely used in flagship mobile phones of various brands; at the same time, in a large number of entry-level mobile phones, discrete device solutions can fully meet all requirements. Therefore, in the past 10 years, two distinct markets have emerged: flagship models use module solutions; entry-level models use discrete solutions. The module solution requires "high integration and high performance", so the price is also very high; while the discrete solution requires "medium-low integration and medium performance", and the price is relatively low. There are huge technical and market differences between the two solutions. We can call this the "module gap" in the 4G era.

   

“ช่องว่างของโมดูล” ในยุค 4G

 

การมาถึงของ 5G ได้เปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้ไปอย่างสิ้นเชิง

 

เมื่อเทียบกับโทรศัพท์มือถือ 4G ระดับเริ่มต้นที่มีเสาอากาศ 2-4 ต้น จำนวนเสาอากาศในโทรศัพท์มือถือ 5G ระดับเริ่มต้นเพิ่มขึ้นเป็น 8-12 ต้น นอกจากนี้ แถบความถี่และชุดความถี่ที่ต้องรองรับก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับ 4G อย่างที่เราทราบกันดี จำนวนชิ้นส่วนคลื่นความถี่วิทยุมีความสัมพันธ์อย่างมากกับจำนวนเสาอากาศและแถบความถี่ ซึ่งหมายความว่าจำนวนชิ้นส่วนคลื่นความถี่วิทยุเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน เนื่องจากข้อกำหนดด้านการออกแบบโครงสร้าง พื้นที่ PCB ที่เหลือสำหรับส่วนหน้า RF ของโทรศัพท์มือถือ 5G ไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้ ดังนั้นพื้นที่ของโซลูชันแบบแยกชิ้นส่วนจึงเกินพื้นที่ PCB ที่มีอยู่มาก นี่คือข้อจำกัดที่เกิดจากพื้นที่

 

ความท้าทายอีกประการหนึ่งมาจากเวลาในการแก้ไขข้อผิดพลาด โดยทั่วไปแล้ว เวลาในการแก้ไขข้อผิดพลาดของคลื่นความถี่วิทยุสำหรับ 4G โดยใช้โซลูชันอุปกรณ์แบบแยกส่วนจะอยู่ภายในหนึ่งสัปดาห์ แต่ด้วยความซับซ้อนของคลื่นความถี่วิทยุ 5G ที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก หากใช้โซลูชันแบบแยกส่วน เวลาในการแก้ไขข้อผิดพลาดอาจเพิ่มขึ้น 3 ถึง 5 เท่า ในแง่ของต้นทุน จะต้องใช้อุปกรณ์ทดสอบ 5G ที่มีราคาแพงกว่าและทรัพยากรวิศวกรที่คุ้นเคยกับการทดสอบ 5G มากขึ้น หากใช้โมดูล การแก้ไขข้อผิดพลาดส่วนใหญ่จะถูกนำไปใช้ภายในระหว่างกระบวนการออกแบบโมดูล และภาระงานแก้ไขข้อผิดพลาดส่วนใหญ่จะถูกย้ายไปยังฝั่งซอฟต์แวร์ ดังนั้นประสิทธิภาพในการแก้ไขข้อผิดพลาดจึงดีขึ้นอย่างมาก นี่คือข้อจำกัดที่เกิดจากเวลา

 

ข้อจำกัดด้านเวลาและพื้นที่นั้นแข็งแกร่งและเป็นสากล ดังนั้น ในโทรศัพท์มือถือ 5G ระดับเริ่มต้น จึงมีความต้องการโมดูลที่มี "ประสิทธิภาพปานกลางถึงต่ำ และการรวมวงจรสูง" อย่างเป็นธรรมชาติ ซึ่งสอดคล้องกับโมดูลที่มี "ประสิทธิภาพปานกลางถึงสูง และการรวมวงจรสูง" ของโทรศัพท์มือถือระดับเรือธง เนื่องจากทั้งหมดต้องการโมดูลที่มีการรวมวงจรสูง แต่ข้อกำหนดด้านดัชนีแตกต่างกัน ชิปโมดูลในประเทศจึงสามารถพัฒนาอย่างต่อเนื่องจาก "ประสิทธิภาพปานกลางถึงต่ำ" (โทรศัพท์มือถือ 5G ระดับเริ่มต้น) ไปสู่ ​​"ประสิทธิภาพปานกลางถึงสูง" (โทรศัพท์มือถือ 5G ระดับเรือธง) ส่งผลให้ "ช่องว่างของโมดูล" ลดลง

 

 

ทุกสิ่งมีสองด้านเสมอ หลังจาก "ช่องว่างของโมดูล" ถูกเติมเต็มแล้ว ความเสี่ยงก็เกิดขึ้นในตลาดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกชิ้น สำหรับบริษัทท้องถิ่นที่เชี่ยวชาญด้านชิปแบบแยกชิ้น พวกเขาก็ต้องการทรัพยากรและความแข็งแกร่งอย่างมหาศาลเพื่อหาที่ยืนของตนเองในตลาดผลิตภัณฑ์โมดูล หากพวกเขาไม่สามารถฝ่าฟันอุปสรรคไปได้ พวกเขาจะเข้าสู่ภาวะคอขวดในอนาคตอันใกล้

 

ในระยะเริ่มต้นของ 5G ปัจจุบันมีโซลูชันแบบไฮบริดวางจำหน่ายในตลาด ซึ่งใช้ชิ้นส่วนและโมดูลแยกกัน มีเหตุผลหลายประการที่ทำให้โซลูชันนี้เกิดขึ้น รวมถึง "ช่องว่างของโมดูล" ที่เกิดขึ้นในอดีต โซลูชันนี้เป็นผลมาจากการประนีประนอม การเสียสละตัวชี้วัดสำคัญบางประการ และการยอมลดหย่อนในด้านพื้นที่ หากไม่มีบริษัทผลิตชิปที่เน้นการผลิตโมดูลภายในประเทศ ก็จะไม่มีชิปโมดูลคุณภาพสูงในประเทศ และหากไม่มีชิปโมดูลคุณภาพสูงในประเทศ ราคาของโซลูชันโมดูลก็จะสูงอยู่เสมอ

             

การจำแนกประเภทโดยสังเขปของเทคโนโลยีตัวกรอง

ตัวกรอง BAW: ตัวกรองคลื่นเสียงแบบปริมาตร (Bulk acoustic wave filter) มีข้อดีคือ การสูญเสียการแทรกต่ำ การลดทอนนอกย่านความถี่สูง และไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ขนาดของตัวกรอง BAW จะเล็ลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารความถี่กลางและสูงที่สูงกว่า 1.7GHz และมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในแอปพลิเคชัน 5G และ sub-6G

 

 

SAW filter: Surface acoustic wave filter. It is a special filtering device made of piezoelectric materials such as quartz crystal, lithium niobate, and piezoelectric ceramics, taking advantage of its piezoelectric effect and the physical properties of surface wave propagation. SAW filters have the advantages of stable performance, easy use, wide frequency, etc., and are the mainstream applications with frequencies below 1.6GHz. However, it has shortcomings such as large insertion loss and serious heating problems when processing high-frequency signals. Therefore, it has poor applicability when processing high-frequency signals above 1.6GHz.

 

 

ตัวกรองแบบ LC: คือตัวกรองแบบตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ โดยทั่วไปแล้วตัวกรอง LC ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ ค่ารีแอกแทนซ์ และตัวต้านทานในสัดส่วนที่เหมาะสม ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุรวมกันเป็นวงจรตัวกรอง LC

 

             

การจำแนกประเภทโมดูล RF โดยสังเขป

โมดูล RF front-end รวมอุปกรณ์แยกชิ้นตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไป เช่น สวิตช์ RF, เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ, ตัวกรอง, ตัวแยกสัญญาณ และเครื่องขยายกำลัง เข้าไว้ในโมดูลเดียว ซึ่งช่วยปรับปรุงการรวมระบบและประสิทธิภาพ และลดขนาดให้เล็กลง ตามวิธีการรวมระบบที่แตกต่างกัน ลิงก์ RF ของเสาอากาศหลักสามารถแบ่งออกเป็น: FEMiD (รวมสวิตช์ RF, ตัวกรอง และดูเพล็กเซอร์), PAMiD (รวมเครื่องขยายกำลังแบบหลายโหมดหลายย่านความถี่และ FEMiD), LPAMiD (LNA, รวมเครื่องขยายกำลังแบบหลายโหมดหลายย่านความถี่และ FEMiD) เป็นต้น; ลิงก์ RF ของเสาอากาศแบบไดเวอร์ซิตี้สามารถแบ่งออกเป็น: DiFEM (รวมสวิตช์ RF และตัวกรอง), LFEM (รวมสวิตช์ RF, เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ และตัวกรอง) เป็นต้น

 

เสาอากาศหลัก RF Link

 

Diversity Antenna RF Link

             

“ความหนาแน่นของค่า” ของ RF front-end

เนื่องจากพื้นที่ PCB ของโทรศัพท์มือถือ 5G เป็นทรัพยากรที่มีจำกัด และเราจำเป็นต้อง "บีบ" อุปกรณ์ฟังก์ชันคลื่นความถี่วิทยุให้มากขึ้นในโทรศัพท์มือถือ 5G ดังนั้นเมื่อเราประเมินอุปกรณ์คลื่นความถี่วิทยุแต่ละประเภท เราจึงจำเป็นต้องกำหนดพารามิเตอร์เพื่ออธิบายอุปกรณ์นั้นอย่างสม่ำเสมอในฐานะตัวบ่งชี้ที่ครอบคลุมซึ่งสะท้อนถึงคุณค่าและพื้นที่ PCB ที่ใช้ไป

 

ความหนาแน่นของมูลค่า = (ราคาขายเฉลี่ย ASP) / (ขนาดบรรจุภัณฑ์ชิป)

 

ต่อไป เราจะใช้เครื่องมือค่า VD เพื่อวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์ทั้งสามประเภท ได้แก่ ตัวกรอง เครื่องขยายกำลัง และโมดูลความถี่วิทยุ

 

1. ค่า VD ของตัวกรอง

 

 

ก่อนอื่น ขออธิบายว่า เนื่องจากตัวกรองมักต้องการวงจรจับคู่ภายนอก ค่า VD จริงจึงต่ำกว่าค่า VD ของอุปกรณ์ แต่เราจะละเว้นปัจจัยนี้ไปก่อน จากข้อมูลข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่า จาก LTCC ไปจนถึงควอดเพล็กเซอร์ ค่า VD จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จาก 1.2 เป็น 10.0 และเพิ่มขึ้นค่อนข้างเร็ว

 

2. ค่า VD ของเพาเวอร์แอมป์

 

 

จากข้อมูลข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่า:

ก) จาก 2G ไป 4G ค่า VD เพิ่มขึ้นจาก 0.6 เป็น 1.5

b) สำหรับผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กที่พัฒนามาจาก 4G เป็น CAT1 และ PA กำลังสูงที่พัฒนามาจาก HPUE หรือ Phase5N ค่า VD เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 2

 

3. ค่า VD ของโมดูล RF

 

 

จากข้อมูลข้างต้น สามารถสังเกตได้ว่า:

ก) ค่า VD ทั่วไปของโมดูลรับสัญญาณอยู่ที่ประมาณ 5;

b) แพ็คเกจขนาดเล็ก H/M/L LFEM ในโมดูลรับสัญญาณมีค่า VD ที่โดดเด่นมาก ซึ่งมากกว่า 10

ค) โมดูลส่งสัญญาณ (ยกเว้น FEMiD) ค่า VD อยู่ระหว่าง 4 ถึง 6;

d) FEMiD มีค่า VD สูงที่สุดในบรรดาโมดูลส่งสัญญาณ ดังนั้น เมื่อนำ FEMiD มาผสมกับ MMMB PA ที่มีค่า VD ต่ำกว่า จะสามารถออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

ในการสรุปตาราง เราได้เพิ่มข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับอัตราการปรับเทคโนโลยีให้เข้ากับท้องถิ่นและอัตราการปรับตลาดให้เข้ากับท้องถิ่นด้วย โดยทั่วไปแล้ว ค่า VD จะสูงเกินจริงสำหรับหมวดหมู่ย่อยที่มีอัตราการปรับตลาดให้เข้ากับท้องถิ่นต่ำ หรือในกรณีที่อัตราการปรับเทคโนโลยีให้เข้ากับท้องถิ่นสูงกว่าอัตราการปรับตลาดให้เข้ากับท้องถิ่นมาก เมื่อส่วนแบ่งการตลาดของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในท้องถิ่นเพิ่มขึ้น จะมีช่องว่างที่ชัดเจนมากขึ้นสำหรับการลดราคาในอนาคต

             

ห้าภูเขาแห่งโมดูลส่งสัญญาณ RF

   

การเปิดตัวครั้งที่ 1: การรวมเอาตัวกรองแบบ PA และ LC เข้าไว้ด้วยกันนั้น ส่วนใหญ่ใช้ในย่านความถี่ 5G ใหม่ 3GHz~6GHz ผลิตภัณฑ์ทั่วไปคือ PAMiF หรือ LPAMiF ของ n77 และ n79 การออกแบบ 5GPA ในย่านความถี่ใหม่เหล่านี้มีความท้าทายมาก แต่เนื่องจากสเปกตรัมของย่านความถี่ใหม่ค่อนข้าง "สะอาด" ความต้องการของตัวกรองจึงไม่สูงมากนัก ดังนั้นตัวกรองแบบ LC (IPD, LTCC) จึงสามารถทำงานได้ โดยรวมแล้ว ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้มีความท้าทายแต่ไม่ซับซ้อน และเทคโนโลยีและต้นทุนถูกควบคุมโดย PA อย่างสมบูรณ์

 

การเปิดตัวครั้งที่ 2: การบูรณาการ PA และ BAW (หรือ SAW ประสิทธิภาพสูง) ผลิตภัณฑ์ทั่วไปได้แก่ PAMiF ของ n41 หรือผลิตภัณฑ์ iFEM ของ Wi-Fi ซึ่งมีแถบความถี่ใกล้ 2.4GHz แถบความถี่ของผลิตภัณฑ์ประเภทนี้เป็นแถบความถี่ทั่วไป และข้อกำหนดทางเทคนิคของส่วน PA นั้นท้าทายแต่ไม่สูงมากนัก เนื่องจากทำงานใกล้ 2.4GHz แถบความถี่จึงแออัดมาก และผลิตภัณฑ์ทั่วไปจำเป็นต้องบูรณาการตัวกรอง BAW ประสิทธิภาพสูงเพื่อให้สามารถใช้งานร่วมกันได้ เนื่องจากฟังก์ชันตัวกรองของผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ไม่ซับซ้อน PA จึงยังคงควบคุมทางเทคนิคได้ แต่ในแง่ของต้นทุน ตัวกรองอาจมีต้นทุนสูงกว่า PA โดยทั่วไปแล้ว ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ท้าทายแต่ไม่ซับซ้อน และ PA สามารถควบคุมได้ในระดับหนึ่ง

 

โมดูลส่งสัญญาณย่านความถี่ต่ำ (LB(L)PAMiD) มักจะรวมเอาแถบความถี่ 4G/5G ที่ต่ำกว่า 1GHz (เช่น B5, B8, B26, B20, B28 เป็นต้น) รวมถึงเครื่องขยายสัญญาณกำลังสูงและตัวแยกสัญญาณความถี่ต่ำหลายตัว ในโซลูชันที่แตกต่างกัน อาจรวม GSM850/900 และ DCS/PCS 2GPA เพื่อเพิ่มระดับการรวมระบบให้ดียิ่งขึ้น ตัวแยกสัญญาณความถี่ต่ำมักจะต้องใช้เทคโนโลยี TC-SAW เพื่อให้ได้คุณสมบัติของระบบที่ดีที่สุด ตามความต้องการของโซลูชันระบบ หากมีการรวมเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) ไว้บนพื้นฐานของ LB PAMiD ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้เรียกว่า LB LPAMiD จะเห็นได้ว่าความซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ดังกล่าวค่อนข้างสูงแล้ว ในแง่ของ PA จำเป็นต้องรวม 4G/5GPA ประสิทธิภาพสูง และบางครั้งก็จำเป็นต้องรวม 2GPA Core กำลังสูงด้วย ในแง่ของตัวกรอง โดยทั่วไปแล้วจะต้องใช้ดูเพล็กซ์ TC-SAW 3 ถึง 5 ตัวที่ใช้บรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์ (WLP) จากมุมมองของต้นทุนโดยรวม (โดยสมมติว่าต้องรวม 2GPA เข้าไปด้วย) ส่วนของ PA/LNA และส่วนของตัวกรองมีสัดส่วนที่ใกล้เคียงกัน LB (L)PAMiD ต้องการความสามารถทางเทคนิคที่ค่อนข้างสมดุล ดังนั้นระดับที่สามจึงปรากฏอยู่ที่จุดเชื่อมต่อระหว่าง PA และตัวกรอง

 

Launch 4: FEMiD. Such products usually include various filters/duplexers/multiplexers from low frequency to high frequency, as well as antenna switches in the main path; they do not integrate a PA. FEMiD products usually require integrated LTCC, SAW, TC-SAW, BAW (or I.H.PSAW with equivalent performance) and SOI switches. Murata has defined this type of product and has dominated the market for nearly eight years. Major mobile phone manufacturers such as Samsung and Huawei have used or are using a large number of such products in their mid-to-high-end mobile phones. As mentioned above, competitive PAMiD suppliers are mainly concentrated in North America; due to supply chain diversification considerations, some mobile phone models with very large shipments may consider using the MMMB (Multi-Mode Multi-Band) PA plus FEMiD architecture. Qualified suppliers of MMMB PA are widely distributed in North America, China, and South Korea, and Japan's Murata's FEMiD production capacity is very huge (mainly in LTCC and SAW). As mentioned before, the VD value of FEMiD is very high, and the space utilization of the overall solution is also within a reasonable range.

 

ผลิตภัณฑ์ลำดับที่ 5: M/H (L)PAMiD ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้มีมูลค่าทางการตลาดสูงสุดในกลุ่ม RF front-end และเป็นสาขาที่ยากที่สุดในการบูรณาการอย่างครอบคลุม ถือเป็นจุดสูงสุดของกลุ่มตลาด RF front-end ช่วงความถี่ที่ M/H ครอบคลุมโดยทั่วไปคือ 1.5GHz~3.0GHz ช่วงความถี่นี้เป็นช่วงความถี่ทองคำสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่ แถบความถี่ FDD LTE สี่แถบแรก Band1/2/3/4 อยู่ในช่วงนี้ แถบความถี่ TDD LTE สี่แถบแรก B34/39/40/41 ก็อยู่ในช่วงนี้เช่นกัน แถบความถี่เชิงพาณิชย์ทั้งหมดของ TDS-CDMA ก็อยู่ในช่วงนี้ และโซลูชันการรวมคลื่นความถี่เชิงพาณิชย์ (Carrier Aggregation) รุ่นแรกสุดก็ปรากฏอยู่ในช่วงนี้เช่นกัน (ใช้งานโดย quadplexer B1+B3) GPS, Wi-Fi และการสื่อสารเครือข่ายที่ไม่ใช่เซลลูลาร์ที่สำคัญ เช่น 2.4G และ Bluetooth ก็ทำงานในช่วงนี้เช่นกัน อย่างที่คุณคงนึกออก คุณลักษณะเด่นที่สุดของช่วงความถี่นี้คือ "ความแออัด" และ "การรบกวน" และยังเป็นเวทีที่กว้างขวางสำหรับตัวกรอง BAW ประสิทธิภาพสูงในการแสดงศักยภาพ เนื่องจากช่วงความถี่นี้มีวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มานานแล้ว เทคโนโลยี PA ในช่วงความถี่นี้จึงค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ และความท้าทายหลักจึงมาจากอุปกรณ์กรองสัญญาณ

 

ก่อนอื่นขออธิบายว่าทำไมความถี่นี้จึงเป็นความถี่ทองคำของการสื่อสารเคลื่อนที่ ในกระบวนการพัฒนาอันยาวนาน แรงผลักดันของการสื่อสารเคลื่อนที่มาจากอัตราการใช้งานของอุปกรณ์เคลื่อนที่ และความท้าทายหลักของความนิยมของอุปกรณ์เคลื่อนที่อยู่ที่ประสิทธิภาพและต้นทุนของอุปกรณ์ ที่ความถี่สูงเกินไป เช่น สูงกว่า 3GHz และสูงกว่า 10GHz คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ยากที่จะได้ประสิทธิภาพสูง และที่ความถี่ต่ำเกินไป เช่น ต่ำกว่า 800MHz และต่ำกว่า 300MHz ขนาดของเสาอากาศที่ต้องการจะใหญ่มาก และค่าความเหนี่ยวนำและความจุที่ใช้สำหรับการจับคู่ RF ก็จะสูงมากเช่นกัน ภายใต้ข้อจำกัดของขนาดอุปกรณ์ จึงยากที่จะได้ระบบที่มีประสิทธิภาพ RF ตามข้อกำหนดในย่านความถี่ต่ำมาก กล่าวโดยสรุป จากมุมมองด้านประสิทธิภาพของอุปกรณ์แอคทีฟ (ทรานซิสเตอร์) คาดว่าความถี่จะต่ำลง จากมุมมองด้านประสิทธิภาพของอุปกรณ์แบบพาสซีฟ (ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และเสาอากาศ) คาดหวังว่าความถี่จะสูงขึ้น จากความขัดแย้งที่สำคัญระหว่างอุปกรณ์แบบแอคทีฟและอุปกรณ์แบบพาสซีฟ ไปจนถึงการประนีประนอมในด้านการใช้งาน และการบูรณาการภายในโมดูล พวกมันเปรียบเสมือนกระแสน้ำอุ่นและกระแสน้ำเย็นสองกระแสที่ทรงพลังมาบรรจบกันในย่านความถี่ 1.5~3 GHz บนช่องสัญญาณหลักที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของการสื่อสารเคลื่อนที่ในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ก่อให้เกิดแหล่งหาปลาทองคำที่ซับซ้อนและมีค่าที่สุดสำหรับความถี่วิทยุของอุปกรณ์ปลายทาง: M/HB (L)PAMiD ช่างน่าอัศจรรย์!

 

ปัจจุบัน ตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ดังกล่าวส่วนใหญ่ถูกครอบครองโดยผู้ผลิตจากสหรัฐอเมริกา เช่น Broadcom, Qorvo และ RF360 ภาพด้านล่างเป็นการวิเคราะห์การเปิดชิปที่ Qorvo เผยแพร่ในบัญชีสาธารณะอย่างเป็นทางการ จะเห็นได้ว่าผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ประกอบด้วย BAW มากกว่า 10 ตัว, GaAs HBT 2-3 ตัว, SOI 3-5 ตัว และตัวควบคุม CMOS 1 ตัว และมีความซับซ้อนทางเทคนิคสูงสุดในบรรดาผลิตภัณฑ์คลื่นความถี่วิทยุ ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้มักต้องการการรวมอุปกรณ์ที่มีค่า VD สูงมาก เช่น ควอดเพล็กเซอร์ หรือไฟว์/ซิกซ์เพล็กเซอร์

 

ภาพเปิดกล่อง M/H LPAMiD

ที่มา: บัญชีทางการของ Qorvo

             

ห้าภูเขาแห่งโมดูลรับสัญญาณ RF

   

แบบจำลองอู่จงซานที่รองรับโมดูลนี้มีลักษณะดังภาพด้านบน

 

ตัวรับสัญญาณ 1: สวิตช์ RF และ LNA ถูกสร้างขึ้นบนชิปตัวเดียวโดยใช้เทคโนโลยี RF-SOI แม้จะเป็นเพียงชิปตัวเดียว แต่ก็เป็นชิปโมดูล RF ที่มีฟังก์ชันการทำงานหลายอย่าง เทคโนโลยีหลักสำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทนี้คือ RF-SOI ซึ่งมีการใช้งานบางส่วนในระบบ 4G และ 5G

 

ตัวรับสัญญาณ 2: ใช้เทคโนโลยี RF-SOI ในการใช้งานฟังก์ชัน LNA และสวิตช์ จากนั้นจึงรวมเข้ากับชิปกรองสัญญาณแบบ LC (IPD หรือ LTCC) ชิปกรองสัญญาณแบบ LC เหมาะสำหรับความต้องการแบนด์วิดท์กว้างและการลดทอนต่ำในช่วง 3~6GHz และเหมาะสำหรับย่านความถี่ n77/n79 ของส่วน 5G NR ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี SOI และใช้ใน 5G เป็นหลัก

 

การรับสัญญาณระดับ 3: เมื่อพิจารณาจากระดับการรับสัญญาณที่ 3 ขึ้นไป โมดูลรับสัญญาณจะเริ่มต้องรวมตัวกรอง SAW หลายตัว และระดับการรวมระบบก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องรวมสวิตช์ SOI แบบขั้วเดียวหลายทาง (SPnT) หรือแบบสองขั้วหลายทาง (DPnT) และตัวกรอง SAW หลายตัวที่รองรับการรวมคลื่นความถี่ (CA) ในแง่ของวิธีการบรรจุภัณฑ์ เนื่องจากระดับการรวมระบบของ "ตัวรับสัญญาณระดับ 3" ยังไม่มีข้อจำกัด จึงมีแนวทางที่เป็นไปได้มากมาย ในบรรดาแนวทางเหล่านั้น ผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตระดับนานาชาติส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี WLP นอกจากข้อดีในด้านความน่าเชื่อถือและความหนาของผลิตภัณฑ์แล้ว ยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่มีระดับการรวมระบบสูงกว่าได้อีกด้วย

 

ข้อที่ 4: ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้เรียกว่า MIMO M/H LFEM โดยหลักแล้วจะใช้เทคโนโลยี MIMO กับย่านความถี่ M/H (เช่น B1/3/39/40/41/7) เพื่อเพิ่มอัตราการสื่อสาร นับเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับการเข้าถึงเครือข่ายสำหรับโทรศัพท์มือถือระดับกลางถึงระดับสูงบางรุ่น ดูเหมือนว่าอุตสาหกรรมการสื่อสารจะชื่นชอบย่านความถี่ M/H เป็นอย่างมาก จากมุมมองทางเทคนิค ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ใช้ LNA บวกกับสวิตช์ที่ทำงานบนเทคโนโลยี RF-SOI จากนั้นจึงรวมตัวกรอง SAW ประสิทธิภาพสูง M/H จำนวน 4 ถึง 6 ช่องสัญญาณ ผู้ผลิตในระดับนานาชาติเริ่มใช้เทคโนโลยี TC-SAW ในย่านความถี่เหล่านี้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีที่สุด

 

การรับสัญญาณแบบที่ 5: ชิปรับสัญญาณที่มีความซับซ้อนสูงสุดคือ LFEM แบบ H/M/L ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ใช้การกรอง (SAW Filter), การสลับช่องสัญญาณ (RF-Switch) และการเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณ (LNA) สำหรับย่านความถี่ 10 ถึง 15 ย่านความถี่ในขนาดที่เล็กมาก มีค่าความหนาแน่นของค่าสูงมาก (ประมาณ 10) ในโครงการ 5G ผลิตภัณฑ์นี้สามารถช่วยให้ลูกค้าลดพื้นที่ PCB ที่ส่วนรับสัญญาณใช้ลงได้อย่างมาก และใช้พื้นที่ที่มีค่าในส่วนส่งสัญญาณ/เสาอากาศและส่วนอื่นๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ต้องการทักษะที่ครอบคลุมสูงสุด และโดยพื้นฐานแล้วต้องใช้วิธีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงในรูปแบบ WLP เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านขนาด ความน่าเชื่อถือ และผลผลิต

         

สรุป

1. ข้อกำหนดหลักของโมดูล RF คือการย่อขนาดส่วนประกอบต่างๆ และการรวมโมดูลเข้าด้วยกัน

2. ไม่ว่าจะเป็นโมดูลส่งสัญญาณหรือโมดูลรับสัญญาณ โมดูล 5G แท้ๆ นั้นยากแต่ไม่ซับซ้อน โมดูลที่ท้าทายและมีคุณค่ามากที่สุดคือโมดูลที่มีความซับซ้อนสูงซึ่งรองรับทั้ง 4G และ 5G ในเวลาเดียวกัน

 

การทดแทนชิ้นส่วนภายในประเทศเป็นโอกาสทองและไม่จำเป็นต้องมีการคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆ หัวใจสำคัญคือ นวัตกรรมทางเทคโนโลยีเพื่อทำให้ชิปคลื่นความถี่วิทยุ 4G/5G สามารถผลิตเป็นสินค้า ย่อขนาด และแบ่งเป็นโมดูลได้ บริษัท Kaiyuan Communications มุ่งเน้นการพัฒนาชิปโมดูลคลื่นความถี่วิทยุ และได้จัดตั้งศูนย์วิจัยและพัฒนาในเมืองเซี่ยเหมิน เซี่ยงไฮ้ และไทเป โดยมุ่งเน้น "โมดูลแบบครบวงจร" จัดสรรทรัพยากรหลักโดยมีเป้าหมายคือโมดูลคลื่นความถี่วิทยุ และส่งเสริมชิปโมดูลที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าที่สุดอย่างแน่วแน่ เพื่อเร่งการผลิตสินค้าโมดูลภายในประเทศในปริมาณมากและช่วยส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมการสื่อสารของจีน

   
   

The industrialization of RF modules first started in Western companies, 5 to 10 years earlier than in China. As shown in the picture at the beginning of this article, a large number of foreign RF modules are sold in the Chinese market, and China is still in the stage of discrete device industry. Of course, Chinese industries should catch up, and the first step to catch up is to conduct an in-depth analysis of the relevant knowledge of 5G modules, combine their own competitive advantages, find a suitable entry point, and finally fully embrace the modular industry trend. As long as we embrace the trend wholeheartedly, we are fully confident that we will complete the leap in local RF modules in about five or ten years.

 

รูปปั้นพระเจ้าปีเตอร์มหาราชในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

   

ยกตัวอย่างความสำเร็จที่คล้ายคลึงกัน การปฏิวัติอุตสาหกรรมสมัยใหม่เริ่มต้นขึ้นในยุโรปตะวันตก ยุโรปตะวันตกเริ่มเข้าสู่ยุคอุตสาหกรรมแล้ว แต่รัสเซียยังคงเป็นประเทศเกษตรกรรมแบบศักดินาที่ล้าหลัง ในปี ค.ศ. 1703 พระเจ้าปีเตอร์แห่งราชวงศ์โรมานอฟทรงออกพระราชโองการให้สร้างเมืองหลวงใหม่ในท่าเรือริมทะเลบอลติก แม้จะมีการต่อต้านจากทุกฝ่ายและข้อโต้แย้งมากมาย พระมหากษัตริย์พระองค์นี้ ซึ่งเป็นหนึ่งในพระมหากษัตริย์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์รัสเซีย ทรงเดินทางและศึกษาในยุโรปตะวันตกโดยปลอมตัวเป็นช่างฝีมือ ทรงต่อสู้กับอุปสรรคต่างๆ เพื่อสร้างเมืองหลวงใหม่ของรัสเซีย (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) ที่จะนำพาประเทศไปสู่ยุโรปและโลก โอบรับยุโรป โอบรับมหาสมุทร และโอบรับการปฏิวัติอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ ยุโรป มหาสมุทร และการปฏิวัติอุตสาหกรรมเป็นกระแสในประเทศในศตวรรษที่ 18 ส่วนการผลิตชิ้นส่วนภายในประเทศ 5G และโมดูล RF เป็นกระแสในอุตสาหกรรม RF front-end ในปัจจุบัน

 

เมื่อพระเจ้าปีเตอร์มหาราชประสูติ รัสเซียก็เปรียบเสมือนชิ้นปลาบนเขียง แต่เมื่อพระองค์สิ้นพระชนม์ รัสเซียก็เปรียบเสมือนมีดหั่นเนื้อแล้ว บนพื้นฐานของการเติบโตอย่างรอบด้านของอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือในประเทศ เราหวังว่าอุตสาหกรรมคลื่นความถี่วิทยุของจีนจะก้าวไปข้างหน้าอย่างกล้าหาญและโอบรับกระแสประวัติศาสตร์ของการทดแทนภายในประเทศ การสื่อสาร 5G และการสร้างโมดูลาร์ของคลื่นความถี่วิทยุ หากเมื่อเราเข้ามาในอุตสาหกรรมนี้ อุตสาหกรรมคลื่นความถี่วิทยุของจีนยังคงเปรียบเสมือนปลาบนเขียง เราหวังว่าเมื่อถึงเวลาที่เราทุกคนวางแผนที่จะ "เกษียณ" อุตสาหกรรมคลื่นความถี่วิทยุของจีนจะกลายเป็นใบมีดหั่นเนื้อแล้ว ขอให้ทุกคนมีกำลังใจ!

หมายเหตุ: บทความนี้คัดลอกมาจากอินเทอร์เน็ตและสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น