射频前端模组，看这一篇就够了

射频前端（rffe， Radio FrequencyFront-End）芯片是实现手机与各种移动终端通信功能的核心组件，全球市场超过数百亿美元。过去十年本地手机的总体崛起为本地射频前端产业的发展奠定了扎实的工业基础。2G在中国的首次商业化和全球贸易环境的变化为当地的射频行业增加了两捆柴火。我国的rf前端芯片产业已有15年以上的历史。创新和企业家活动非常活跃。有数十家各种类型的公司，这也是市场和资产亲密关切的领域。本文的著者很幸运进入rf芯片行业已有11年。从5G时代到今天的5g，他还曾在外国公司，私营公司和国有公司工作，并直接开发并批量生产了每种类型的rf产品。本文总结了近年来著者与一些行业朋友之间的讨论，试图梳理射频模组产品的技术市场和业务逻辑。同时，本地射频已经发展了十多年，竞争是行业的主线，合作与情谊是非常稀缺的资源。本文将着重讨论共享有关“模块化”的学问，并希望更多的本地制造商通过“合作”来共享模块化的巨大机遇。

介绍

根据魏少军教授在“2020年全球ceo峰会”上刊载的“人间正道是沧桑-关于大变局下的战略性定力”主题演讲，统计数据说明，中国公司高度倚赖美国市场（根据收益计算）份额）如下图所示。我们可以见到SKYWORKS，Qualcomm，Qorvo，Broadcom这四家美国rfgiant（其中SKYWORKS和Qorvo主要是Broadcom；Qualcomm和射频业务包括射频业务）刚好占据前4名。

射频前端的国际形势

射频前端技术主要集中在滤波器（Filter），功率放大器（PA，Power Amplifier），低噪声放大器（LowNoise Amplifier），开关（RFSwitch）。目前，引言中提到的四大主要rf巨头美国射频公司Skyworks，qualcomm，Qorvo，Broadcom和日本Murata占领了全球rf市场。

五个rf巨头在PA和LNA上保有超过90％的市场份额。就滤波器而言，主要有两种技术：表面声波（SAW，Surface AcousticWave）和体积表面波（BAW，Bulk AcousticWave）过滤。目前，SAW滤波器市场被Murata占据一半，Skyworks约占10％，Qorvo约占4％，其余被孙玉典占据。，TDK等。大厂瓜分。BAW滤波器市场被美国企业90％市场占据。

可以看出，射频前端是一个巨大的市场，可以容纳五家国际巨头的不停发展。国际巨头技术范围广，模块化能力强；模块化产品是国际竞争的主要途径。每个巨头都使用BAWtechnology或其替代产品。

射频前端的国内情况

关于rf前端的国内情况的文章很多。我在这里不做详尽介绍，仅给出一些共识性结论：

1.本土公司通常以分立器件为主要方向；分立器件是当前本地竞争的主要轨迹。

2.本土公司缺失先进的过滤器技术和产品，并且模块化能力通常较弱。

5g模块化挑战和机遇的来源

PCB入门级手机已经遭遇布线空间和rf调试时间的挑战，这为家用模块芯片的迭代升级道路开启了大门。

射频模组chip不是新产品系列。其实，rf模块芯片的使用几乎与LTE商业化相吻合。在过去的十年中，各种复杂的射频模块已普遍用以各种品牌的旗舰手机中。同时，在大量入门级手机中，分立设备解决方案可以全然满足所有要求。因此，在过去的十年中，出现了两个不同的市场：旗舰机型的模块化解决方案和入门级机型的离散解决方案。该模块解决方案要求“高度集成和高性能”，因此价格很高。尽管分立解决方案需要“中低集成度和中等性能”，但价格相对较低。两种解决方案之间存在巨大的技术和市场差别。我们可以将其称之为4g时代的“模块差距”。

4G时代的“模块鸿沟”

5g的到来彻底改变了这种情况。

与4g入门级手机的2〜4个天线相比之下，5G入门级手机的天线数量增加到8〜12个；在4g的基础上，需要支持的频段和频段组合也大大增加。众所周知，射频元器件的数量与天线和频段的数量亲密相关，这意味着同时，由于构造设计要求，5G手机留下rf前端的PCB面积无法增加，因此分立解决方案的面积大大大于了可用范围PCB区域。这是空间带来的约束。

另一个挑战来自调试时间，使用分立器件解决方案的4g射频调试时间通常在一周之内，随着5Grf复杂度的显着增加，假设使用分立解决方案，则调试时间可能会增加3〜5次；从成本的角度来看，它还需要耗费更高昂的5G测试设备，熟知5Gtest工程师资源。如果使用模块，则大多数调试是在模块设计过程中在内部实现的，调试工作量将更多地转移到软件方面，因此调试效率大大提高，这是时间的限制。

时间和空间的约束是强大而广泛的。因此，在入门级5g手机中，对“中，低性能和高集成度”模块的需要自然而然，该模块已与旗舰手机的“中，高性能和高集成度”模块形成了管脚统一。由于需要高集成度模块，但指标要求不同，因此家用模块芯片可以从“中低性能”（5g入门级手机）发展到“中高性能”（5g旗舰手机）。因此，“模块空隙”已被扫除。

一切都有两个方面。填补“模块鸿沟”后，离散市场的空间也将遭遇高风险。对于本地分立芯片公司来说，要在模块产品中找到自己的位置，还需要巨大的资源和实力。否则，突破将在不久的将来进入瓶颈阶段。

在5g的早期阶段，混合解决方案也已出现在市场上，即使用离散组件和模块开展混合和匹配的解决方案。该蓝图的出现有许多合理缘故，包括历史上形成的“模块差距”。该方案是妥协的产物，自我牺牲了一些关键指标和面积上的让步。如果并未专注于国产模块的芯片公司，就不会有优秀的国产模块芯片。如果从未优秀的国产模块芯片，模块解决方案的价格将永远很高。

滤波器技术简介分类

BAW滤波器：即体声波滤波器，具有插入损耗小，带外衰减大，对温度变化不敏感的优点。BAW滤波器的尺寸会随着频率的增加而缩小，因此特别适用于1.7ghz以上的中高频通信。在5g和@中，nz@的应用具有显著的优势。

SAWfilter：即声表面波滤波器。由石英晶体，铌酸锂，压电陶瓷等压电材料制成的特别过滤器及其压电效应和表面波传播的物理特性。SAW滤波器性能安定，易于使用，带宽等优势，是1.6ghz以下频率应用的主流。但是，在处置高频信号时，存在插入损耗大，发热疑问严重等弱点，因此在处置高频信号时适用性较差。1.6ghz以上的频率信号。

LC型滤波器：即电感电容型滤波器。LC滤波器通常由滤波电容器，电抗和电阻的合适组合形成。电感和电容器一同形成lc滤波电路。

射频模块的简短分类

rf前端模块将两个或多个分立器件（例如射频开关，低噪音放大器，滤波器，双工器和功率放大器）集成到一个模块中，从而提高了集成度和性能，并使尺寸变小了。根据不同的集成方式，主天线rf链路可以分成：FEMiD（集成了射频开关，滤波器和双工器），PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD），LPAMiD（LNA，集成多模式多频带PA和FEMiD）等；分集天线的射频链路可以分成：DiFEM（集成了LFEM和滤波器），射频开关（集成了rf开关，低噪音放大器和滤波器）。

主天线射频链接

分集天线射频链路

射频前端的“值密度”

由于5G手机PCB区域是受限制的资源，我们需要将更多的rf功能设备“压缩”到5g手机中，因此，当我们评估每种类型的rf设备时，我们需要成立一个参数以统一描述，作为体现其价值和PCB所占面积的综合指标。

ValueDensity=（平均售价ASP）/（芯片封装尺寸）

接下来，我们使用工具VD值分析三种类型的产品：滤波器，功率放大器和rf模块。

1.滤波器@@@的值

首先，由于滤波器通常需要一个外部匹配电路，因此具体的VD值低于设备的VD值，让我们忽视这个因素，基于以上数据，我们可以得出一些结论：LTCC到quadrature，vd值继续增加，从1.2到10.0，增加速度相对较快。

2.功率放大器的VD值

根据以上数据，您还可以见到：

a）从2G到4g，vd值从0.6增加到1.5。

b）对于4g微型产品发展到CAT1，高功率HPUE发展到Phase5N或PA，vd值增加到大概2。

3.rf模块的VD值

根据以上数据，我们可以观察到：

a）接收模块的一般vd值约为5；

b）接收模块H/M/L LFEM中的小包装VD值非常突出，大于10；

c）发送模块（FEMiD除外），vd值在4〜6之间；

d）FEMiD具有较高的启动模块FEMiD值，因此，当VD与vd值较低的MMMBPA混合时，可以实现合理的PCB布图效率。

在汇总表的同时，我们还添加了技术本地化率和市场本地化率的参考数据。一般来说，对于市场本地化率较低或技术本地化率远远超过本地化数量的子类型价格，VD值将会更高。在相应产品的本地市场份额增加之后，将来会有更多的降价空间。

吴中山射频发射模块

传输1：PA和LC型滤波器的集成，主要应用于新添加的3g至6ghz的5g频段。典型产品为n77，n79PAMiF或LPAMiF。这些新频段的5GPA设计非常具有挑战性，但是由于新频段的频带相对“清洁”，因此滤波器的要求不高，因此lc型滤波器（IPD，LTCC）可以胜任。整体而言，此类产品是具有挑战性但不复杂的产品，其技术和成本均由PA操纵。

披露2：PA和BAW（或高性能SAW）集成，典型产品是n41PAMiF或Wi-Fiifem产品，频带在2.4ghz左右。的产品是通用频段，PA的技术基准有些挑战但不高，因为它在2.4ghz附近工作并且频段非常拥挤，典型产品需要集成高性能BAW滤波器才能实现共存。由于此类产品的过滤器功能并不复杂，因此PA仍具有技术控制权；但就成本而言，过滤器可能会超过PA。通常，此类产品是具有挑战性但并不复杂的产品，PA具有一定程度的控制力。

启动3：LowBand启动模块。LB（l）PAMiD通常集成1ghz以下的4G/5G频段（例如B5，B8，B26，B20，B28，等），包括高性能功率放大器和几个低频双工器；在不同的方案中，也可以将GSM850/900和DCS/PCS中的2gTC-SAW集成在一起以更进一步提高集成度。低频双工器通常需要使用LB技术来实现不错的系统指标。解决方案中，如果在PAMiDLNA的基础上集成低噪音放大器（LB），则这种类型的产品叫作LPAMiDPA。可以看出这种产品的复杂性已经很高：2GPA，它需要集成高性能4g/5gpa，有时还需要集成大功率CoreWLP；对于过滤器，通常使用晶圆级封装（TC-SAW）3〜5PA/LNA双工器。从总成本（假设需要集成2gpa）的角度来看，占比基本相当。LB部分和过滤器部分PAMiD（l）PA需要具有相对抵消的技术能力，因此第三步出现在pa和Filter的连接处。

披露4：双工器/多工器。此类产品通常包括从低频到高频的各种滤波器/PA，以及主信道的天线开关；FEMiD未集成。LTCC产品通常需要集成I.H.PSAW，SOI开关。村田公司，tc-saw，baw（或等效的PAMiD）和三星来概念此类产品，并且在过去8年中，他们占领了市场的主导地位。华为，日本村田和其他手机制造商已经在高端手机中使用或正在使用大量此类产品。如上所述，有竞争力的MMMB供应商主要是集中在北美区域；由于供应链的多样化，某些出货量很大的手机型号可能会考虑使用Multi-Mode（PA）MMMB加PA的体系结构。FEMiDLTCC的及格供应商是在北美，中国，韩国和SAW中普遍分布的femid容量非常大（主要在FEMiD和saw中）。如上所述，femid的VD值非常高，整个解决方案的空间利用率也在合理范围内。

发射5：m/h（l）巅 峰mid。这种类型的产品是rf前端具有较高市场价值且也很难集成的领域。它是rf前端市场的FDDLTE。m/h通常遮盖的频率范围是1.5ghz〜3.0ghz。该频段是移动通信的金子频段。前4个TDD频段band1/2/3/4在此范围内，前4个LTETDS频段b34/39/40/41在此范围内，并且所有商贸频段在此范围内，早期的商贸运营商聚合解决方案（Carrier Aggregation）也出现在此范围内（由B1+B3四工器实现），GPS，Wi-Fi2.4g，Bluetooth等最主要的非蜂窝网communications也可以在此范围内工作。可以想象，这个大频率范围的特性是“拥挤”和“干扰”，这也是高性能BAW滤波器发挥其技巧的辽阔舞台。由于该频率范围的商用时间较长，因此该频率范围内的pa技术相对早熟，核心挑战来自滤波器组件。

先说明了为什么这个频率是移动通信的金子频率。在长达的发展过程中，移动通信的驱动力来自于移动终端的普及率，而移动终端普及化的核心挑战在于性能。频率过高（例如高于3ghz和高于10ghz）会导致半导体晶体管的特性很快下滑，从而难以实现高性能。而太低的频率（例如低于800mhz和低于300mhz）则需要非常大的天线尺寸。用以rf匹配的电感值和电容值也将非常大。在终端尺寸的限制下，超低频段的射频性能很难达到系统指标。简而言之，从有源器件（晶体管）的性能启程，希望频率更低；从无源器件（电容器，电感器和天线）的性能角度来看，我希望频率更高。从有源器件和无源器件之间的本质冲突到应用程序方面的妥协以及模块内部的集成就像两个强大的冷，暖洋流集聚在全人类移动通信雄伟的主通道上，在1.5〜3ghz。终端的频带已经形成了一个金色的渔场，具有复杂而有价值的终端射频：m/hb（l）pamid。多么美丽！

目前这类高端产品的市场主要由Broadcom，Qorvo和RF360等美国制造商占领。下图是Qorvo公司在其官方大众账户上提供的芯片开盘分析。可以看出这类产品包括10个以上的BAW，2〜3GaAsHBT，3〜5SOI和1CMOS控制器，它们具有很高的rf产品技术复杂度。产品通常需要集成vd值超高的设备，例如四工器或五/六工器。