射频集成电路设计(射频集成电路设计难吗)

 

本报实习记者 李玉洋 记者 李立 上海报道

5G在全球尤其是中国的加速落地，正在打开射频行业天花板，射频前端芯片产业将迎来量价齐升。

根据知名市场研究机构Yole Development的预测，在5G的推动下，整个射频前端市场规模将从2019年的152亿美元发展到2025年的254亿美元，年均复合增长率将达到11％。

因为5G的射频要向下兼容4G/3G/2G的频段，滤波器、PA（功率放大器）、开关等器件的使用数量急剧增多，所以就会走向射频集成的道路。电子创新网CEO张国斌告诉《中国经营报》记者，去年发布的iPhone 12里的射频系统便采用了模组形式。

市场规模的快速增长，也在推动射频前端产业朝着新的方向发展。随着5G的到来，整个射频前端产业获得了飞速的发展，产品形态也从离散的器件发展到模组化阶段。 Qorvo高级销售经理赵玉龙在2021中国集成电路设计创新大会上对记者表示。

另外，由于华为、中兴在国内5G设备招标中的份额不断攀升、以及国内手机品牌在全球的市占率持续增长，有业内分析人士表示，国内射频前端芯片厂商有望迎来重大发展机遇，今年下半年或将迎来起飞时刻。

模拟芯片皇冠上的明珠

2G、3G、4G、5G等无线通信，主要是利用电磁波实现在基站以及手机终端等多个设备之间的信息传输。而所谓的射频芯片，就是用于发射和接收设备之间无线电信号的主要设备，主要包括RF收发机、功率放大器、低噪声放大器、滤波器、射频开关、天线调谐开关等器件，除了RF收发机之外，其他器件距离天线比较近，所以也被称为射频前端器件。

射频芯片是无线通信设备实现信号收发的核心模块，无论是手机终端，还是基站，甚至WiFi路由器都离不开射频芯片。

进入5G时代后，移动通信设备需要支持的频段越来越多。以用户最多的中国移动为例，其全网通设备需要支持900MHz、1800MHz、2GHz、1.9GHz、2.3GHz、2.6GHz、4.9GHz多达7个频段。其他两家运营商也不遑多让。只有支持所有这些频段的设备，才能让人们在5G没有信号的时候用4G，4G也没有信号的时候用3G、2G。当人们看到自己的5G手机在某些时候连接的是3G网络，这里面就有射频芯片的功劳。

不过，有业内人士向记者科普，智能手机每多支持一个频段，大约需要增加2个滤波器、1个功率放大器和1个天线开关。

从半导体的角度来说，射频芯片属于模拟芯片。国内数字芯片的设计能力较强，但是模拟芯片更加依赖研发人员的经验，所以差距较大。其中，最核心、最缺的就是射频芯片，射频芯片是模拟芯片皇冠上的明珠。信达证券电子行业首席分析师方竞表示。

互联网小常识：OSI管理模型由ISO发布，管理站和代理之间通过CMIP相互交换管理信息，通过GDMO标准定义被管对象提供的服务，在这个模型中每一层中都定义有相应的管理功能，它们由层管理实体（LME）来完成。

集邦咨询分析师王尊民认同这一观点，并指出研发难度在于，射频前端芯片以PA为关键，必须通过反复模拟及验证的实践经验累积，才能制作出高质量的PA产品。

国海证券的一份研报指出，射频芯片设计是集成电路领域中相对难度较高的技术方向，其面临的难题包括设计者理论及经验方面的主观因素以及工艺及封装的客观限制因素。由于设计及制造工艺复杂、门槛极高，现阶段全球射频前端芯片市场主要被Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo等国外企业占据。Yole Development数据显示，2019 年，前五大射频器件提供商占据了射频前端市场份额的79%。

模组化趋势渐显

互联网小常识：路由器一般根据背板的交换能力来划分，背板交换能力大于40Gbps的路由器称作高端路由器，小于40Gbps的称为中低端路由器。

射频前端模组（RF FEM，Front End Module）是射频前端芯片另一种叫法。只要集成功率放大器、低噪声放大器、滤波器、射频开关、双工器等两种及以上的器件，我们都叫射频FEM。Qorvo亚太区资深市场部高级经理林健富告诉记者。

根据应用路径不同，目前可分为应用于主集天线射频链路模组、用于分集天线射频链路模组和用于WiFi端射频模组，具体包括DiFEM、LFEM（集成射频开关、低噪声放大器和滤波器）、FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）等多种组合。

因为，5G需要向下兼容多个频段，各种器件使用量增多，射频集成已是大势所趋。来自CSSInsight的拆解数据显示，iPhone 12的射频系统占板面积相比iPhone 11增加了一倍还多，并且采用了时下最复杂的蜂窝网络射频前端系统，能支持包括毫米波在内的20个频段。

赵玉龙认为，对于手机厂商来说，他们不但希望射频前端尺寸更小，还需要更小的AiP（天线芯片一体化封装）等。

诸如发热、方向性、手机ID设计和前端插损等因素也会给5G手机设计带来挑战。赵玉龙表示，要解决这些问题，则需要寻找优化的半导体制造工艺来实现。

张国斌则认为，等到5G实现毫米波覆盖以后，天线可能也会集成在射频模组里，因为毫米波的波长非常短，天线体积也非常小。射频前端芯片的模组化趋势很考验封装技术，封装对半导体未来发展很重要。

国内厂商迎来重大机遇

在射频前端芯片这个隐秘角落，尽管大部分市场份额被美日厂商把控，但局势正在改变，国产厂商在一步步发力。

日前，业界人士手机晶片达人发微博称：今年下半年是国内射频前端芯片大幅度起飞的开始，Vanchip、国民飞骧、smartmicro、汉天下……有几家的5G分离式方案在OPPO、Honor、小米等手机厂商的立项数越来越多。对此，记者向OPPO和小米方面求证，但截至发稿尚未获得答复。

但手机晶片达人告诉记者，国内射频前端芯片行业的起飞趋势将从今年第四季开始反映在相关企业的业绩上。

除了PA器件，国产射频前端器件的发展多数已逐渐站稳脚跟，在滤波器、低噪声放大器、开关等方面，由于现在大多采用传统Si器件制程方式，因而中国厂商现在已逐渐占有一席之地。王尊民表示。

华西证券研报显示，2018年之前，华为P系列和Mate系列的旗舰机型，射频芯片的主要供应商是Murata、Skyworks、Qorvo和Epcos。2018年后，华为供应链发生变化，开始自研射频PA，自研+国产+日系组成华为的射频核心器件架构。

2019年第四季度出品的华为Mate 30手机中，射频前端芯片供应商已经变成Murata、海思和卓胜微，P40 Pro的射频功率放大器则用了海思Hi6D05。

前述国海证券研报指出，国内射频前端芯片厂商有望迎来重大发展机遇。其中，卓胜微在射频开关领域已经达到国际先进水平，在LNA和接收端射频模组产品上也具备一定实力，唯捷创芯在射频PA领域表现出色，目前已经占据全球4G中低端PA市场的三成以上。

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