射频前端介绍_庞杂_射频

RF前真个定义如下：

常日将RF前端定义为天线与数字基带系统之间的所有部分。
对付吸收器而言，“中间”区域包括所有滤波器，低噪声放大器（LNA）和下变频混频器，这些混频器用于将天线吸收的调制旗子暗记处理为适宜输入到基带数模转换器（ADC）中的旗子暗记。
因此，RF前端常日被称为吸收器的模数或RF到基带部分。

根据此定义，大致将下图中灰色区域中的区域定义为RF前端。

射频前真个示意图

根据参考文献，RF前真个其余一种陈述如下。

UE中的RFFE由许多关键组件组成：

天线和天线调谐器

频段选择，双工器：用于频率掌握的滤波器，双工器，多工器和开关

发射机和RF功率放大器（Tx / PA's）

吸收机和低噪声放大器（Rx / LNA）

基带和RF（混频器，下变频器等）部分是全体UE的关键组成部分，不属于RFFE的一部分

根据此定义，RF前端可以用灰色突出显示，如下图所示：

图2、RF前真个框图

那么精确的定义是哪一个？ 两者都可以是精确的，详细取决于高下文。
当我在此页面中引用RFFE（RF前端）时，我个人利用第一个定义。
但是，大多数详细描述将环绕第二个定义的部分。

射频前端（RFEE）采取集成芯片的缘故原由是什么？

在最新的无线电技能中，至少就蜂窝电话而言，移动电话中PCB（印刷板）的区域并不那么宽，如下图赤色突出显示。
纵然在有限的区域内，可分配给RF前真个空间也只是PCB的一小部分。
将所有分立的RF组件放置在该区域中非常困难（险些不可能）。

蜂窝电话中的射频前端

您可能会说：“最近我们看得手机尺寸越来越大的趋势。
而且我们会为RF组件留出更大的空间。
但是，这只是一方面。
一方面，我们看到更大的设备，另一方面，由于更高的能源花费哀求，我们会看到更大的电池尺寸，并且手机哀求支持更多频段（不同频率）以及更多的模式（GSM，WCDMA，LTE都在单个手机中）的哀求也越来越高。
因此，射频前真个空间仍旧很小。

纵然假设您有足够的空间以离散办法放置所有这些组件，您仍须要花费大量韶光和精力来调度和匹配每个离散组件。
（当然，这种实现办法将为射频工程师创造最佳的事情市场：）

最好的办理方案之一是将所有这些组件放入一个或几个小封装中，然后像IC（集成电路）一样利用它们。
据我所知，目前险些所有的蜂窝手机设备都利用这种集成的RF IC（模块），而不是分立的器件。

一旦所有（或大多数）RF组件进入芯片（或封装），将RF集成到设备（例如移动手机）中就好比数字嵌入式系统，而不是RF /仿照系统。
我承认这么说可能过于大略化，可以用无线电堆栈硬件来解释当代移动手机的构造，如下所示。
如您所见，纵然大多数分立的RF组件都是仿照器件，前端芯片组（或封装）也变得像数字芯片组。
它供应了与微掌握器芯片组（在这种情形下为基带芯片）通信的各种掌握和数据线。

射频前端架构

上面显示的插图是最大程度集成RF前真个情形，个中所有RF组件（例如，PA，LNA，滤波器）和上/下频率转换器都集成在单个芯片中。
对付必须设计和实现电路板的硬件工程师来说，这可能是最好的办理方案。
但是，在某些情形下，我们将RF前端实现为两个芯片，如下所示。
在这种类型中，纯RF组件（放大器，开关/双工器/双工器）集成在与上/下频率转换器芯片组集成在不同的芯片组中。
与以前的体系构造比较，这种类型的体系构造会增加一些繁芜性，但是这种类型的体系构造有一定的灵巧性。
一家公司很难在每个领域都做到最好。
可能有一家公司更专注于上/下变频器和DAC / ADC部件，而另一家公司更适宜纯RF模块。
通过采取这种架构，我们可以更好地优化硬件性能。
或者在某些情形下，如果您足够善于与两个不同的组件供应商榷价还价，则此体系构造还可以节省硬件本钱：)。

由两个芯片组组成的射频前端

通过进一步扩展上述逻辑，我们可以考虑在单独的芯片集中利用Tx RF模块（PA模块）和Rx RF模块（LAN），如下图所示：

不同的收发模块的射频前端架构

您可能会轻易猜到，就射频无线电堆栈而言，当代手机的功能已变得极为繁芜。
这些繁芜性的驱动力可以列举如下：

多模式：单个UE在不久的将来须要支持多种无线电技能，例如GSM / GPRS，UMTS（WCDMA，TDSCDMA），LTE和5G / NR

更多（更高）劫的MIMO：2x2、4x4乃至8x2下行MIMO，并可能在5G / NR中供应更多MIMO。

更多CA（载波聚合）：LTE中的2CC，3CC，4CC，5CC CA，5G / NR规范中的16CC CA。

更多频段：WCDMA中约有10个不同的频段，LTE中数十个/不断增加的频段，以及GSM / GPRS中的其他频段。

无线电堆栈的这些繁芜性如何影响RF前端构造的繁芜性？说到繁芜性，我们可能会想到上/下频率转换器和ADC以及纯RF部分（PA，LNA，滤波器开关）的繁芜性。
纵然无线电堆栈的繁芜性会导致两个部分的繁芜性，对纯射频部分的影响也会更大。
因此，让我们在这里考虑对纯射频部分繁芜性的影响。

首先，让我们考虑添加更多MIMO / Diversity（分集）功能并预测RF部分如何变得繁芜的情形。
您可以直不雅观地想到如下所示的进步。

射频前真个繁芜性在逐渐增加

现在考虑添加更多无线电技能或频段的情形，看看这对射频部分繁芜度的影响。
这种进展可以解释如下。

射频前真个繁芜性在不断增加

现在您脑海中浮现出一个问题？ 如果我们同时添加更多的MIMO和更多的频段怎么办？ 您可以很随意马虎地猜到，个中的一个办理方案如下所示。

射频前真个繁芜性在不断增加

总结上面提到的所有内容，就RF前真个繁芜性和导致繁芜性的成分而言，我们可以得出一个大略/解释性的结论，如下图所示：

导致射频前真个繁芜性在不断增加的成分

那么您会想到另一个问题吗？这种繁芜性会达到某个最高点而使我们不能添加更多功能了吗？

如果您只是想按上述办法线性放置组件，则可能无法在小型前端芯片组中添加更多零件。
但是，我们始终见过非常伟大的思想，险些战胜了工程学中的所有障碍。
它也适用于这个领域。
RF前端制造商付出了很多努力来优化和简化前端设计，乃至具有更多功能。
下面是一个示例。
该示例显示了将PA，开关和滤波器集成到三个覆盖低（a）中（b）和高（c）频段的前端模块的示例。
考虑到它支持的频段数量，您会创造它比您想象的要大略。

PAMid射频组件

如上所述，随着我们在前端模块中增加了更多功能，人们为降落繁芜性付出了很多努力。
有什么想法可以实现这个目标？几个想法如下。
个中一些方法已在利用中，而某些方法还处于研究阶段。

天线的可调匹配电路：通过利用可调匹配电路，可以减少天线和开关的数量。

多模放大器和放大器共享：通过利用那些可以支持多模的放大器（例如，多种无线电技能，例如GSM，WCDMA，LTE），并通过共享多个频段/模式的放大器，我们可以降落射频前真个繁芜性。

可调滤波器：截至目前，这仍旧是一个``欲望清单''，而不是已实现的目标。
关于可调滤波器，已经有一些想法，但尚未达到SAW / BAW / FBAR滤波器的性能标准。

前辈的封装：随着每个RF组件技能的发展，每个分立组件的尺寸会越来越小，但是随着我们在芯片中放置越来越多的部件，就须要更多的空间将它们连接在一起。
结果，布线/接合空间成为问题。
我们期望涌现更多有关射频封装的想法，以最大程度地减少这些问题。