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慧智微5G射频前端整体方案,助力5G手机批量生产

来源:慧智微电子

#慧智微电子#

2020-03-14

慧智微Agi5G™射频前端解决方案于2019年Q4量产并交付Alpha客户验证,首批搭载该方案的手机终端于近期批量生产。

图:搭载慧智微Agi5G™ 1T4R方案示意图

图:搭载慧智微Agi5G™的客户PCBA射频部分照片

慧智微Agi5G™射频前端整体解决方案

Agi5G™是慧智微推出的可重构5G射频前端方案。为了推动5G射频前端兼容性,Agi5G™基于通用方案Phase2(LTE)和Phase7(5G NR)的管脚进行设计,为客户提供了一套简洁高效的5G射频前端整体解决方案:

  • 3GHz以下频段采用成熟的MMMB + TxM方案(Phase2兼容);

  • 5G新频段(Sub-6GHz)采用高集成度的双频n77/n79 L-PAMiF + L-FEM方案(Phase7兼容) ,集成LNA/PA/滤波器/SRS切换开关。

Agi5G™射频前端方案具有的优势:

  • 根据频段分成两个独立的子方案,易于在手机终端PCBA上进行独立布板;

  • EN-DC双连接通过将LTE/NR频段分配到不同的芯片和天线,有效避免干扰,减少调试工作量。并支持国内所有必选及可选EN-DC组合(n41与B3/39/40;n79与B3/39/40;n78与B1/3/5/8);

  • 3GHz以下频段复用LTE Phase2方案,减轻客户备货压力;

  • 3GHz以下频段TxM可以升级双天线版本,以支持更多海外市场CA组合;

  • 5G新频段(Sub-6GHz)采用高度集成的双频n77/n79 L-PAMiF方案减少尺寸,减轻客户调试压力,提升客户推出新产品的速度;

  • 5G新频段(Sub-6GHz)集成SRS开关减少方案对高功率开关的额外需求,减小方案尺寸,降低BoM成本;

  • 5G新频段(Sub-6GHz)发射通路和接收通路集成了不同工艺的滤波器,优化性能和成本;

  • 5G新频段(Sub-6GHz)支持天线切换功能,增强可扩展性;

  • 支持SA/NSA以及1T4R或者2T4R的不同配置需求。

发力新频段,解决新挑战

图:5G引入n77/n79新频段,给射频前端设计带来挑战

为了满足更高传输速率的需求,5G开始向更高的频率拓展。n77/n79频段作为5G全球部署的主力频段,载波频率范围从3.3GHz至5GHz。n77/n79两个频段的总带宽达到1500MHz, 是中低频全部可用带宽总和的2倍以上,同时也是另一个5G频段n41带宽的8倍。更大的带宽带来了速度的提升,但同时也对芯片设计带来了挑战。

  • 更高的功率

在相同天线增益和传输距离的情况下,信号的衰减与信号的频率成正比。对于n77/n79 频段,更高的频率意味着更大的损耗。为了保证信号覆盖问题,5G 终端的发射功率等级从PC3提升至PC2,即提升了3dB。对于射频PA设计来说,每提升1dB线性功率都是极大的挑战。

  • 更大的带宽

n77的带宽/载波频率比达到24%,远高于n41的7.5%。对于高集成度的L-PAMiF方案,各个功能子模块都需要在宽带下,保证良好性能。

  • 更高的散热要求

采用相同的制造工艺, 通常PA的效率会随着频率的升高而下降。特别是在n79频段,PAE的提升受到很多限制。5G NR定义了终端需支持上行占空比30%甚至更高,在PC2的发射功率要求下,PA的散热问题变得非常重要。

  • 更高的集成度要求

下表列出了常见收发模组对比,4G LTE方案中常用的是PAM和PAMiD,分别对应高性价比方案和高性能方案。而n77/n79双频L-PAMiF是目前5G集成度最高的商用芯片之一。

表:不同类型的模组集成度对比

Agi5G™射频前端解决方案的推出,使慧智微与另一家美国公司,成为仅有的两家能够提供n77/n79双频L-PAMiF的射频前端供应商,共同为手机终端厂商赋能。

慧智微在2017年即投入5G射频前端模组的技术预研,开展大带宽、高频率、高效率PA、快速切换开关的技术研究,并在两年之后,正式实现Agi5G™套片的量产,满足了行业内对关键芯片的需求。

慧智微Agi5G™方案产品主要时间点:

  • 2017年10月,开始5G PA技术预研;

  • 2019年2月,联合中移动,国内首家于MWC展示5G 新频段(Sub-6GHz)PA模组;

  • 2019年6月,国内首家于GTI(国际TDD联盟)大会进行功能和性能演示;

  • 2019年10月,样片交付平台和头部客户验证;

  • 2019年12月,正式量产,打通上下游供应链保障产能;

  • 2020年3月,搭载慧智微Agi5G™首批手机终端批量生产。

S55255:Agi5G™ n77/n79双频L-PAMiF芯片

S55255系列产品是慧智微基于Agi5G™可重构射频前端平台开发的n77/n79射频前端模组:

  • 支持n77/n79频段;

  • 集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和射频收发开关;

  • 集成滤波器,满足苛刻的带外抑制需求,以应对复杂的EN-DC场景和WiFi共存;

  • 集成SRS输出开关,支持SRS快速切换;

  • 集成天线切换开关,提高扩展能力;

  • 全倒装设计,提升器件散热能力和射频性能;

  • PA输出线性功率32dBm(MPR0),模组输出功率达28.5dBm,支持整机天线口26dBm PC2发射功率需求;

  • 满足不同调制波形在协议规定回退条件下的线性和EVM指标;

  • 支持LNA七级增益挡位,匹配平台接收需求;

  • 支持1T4R/2T4R方案;

  • 支持双MIPI v2.1(52MHz),兼容MIPI v3.0主要功能;

  • 4.5x5.5x0.75mm小型化尺寸。

图:S55255产品框图

表:S55255发射性能

*Waveform: DFT-s-OFDM_QPSK_100M_270RB

S15728:Agi5G™ n77/n79双频L-FEM芯片

S15728系列产品是慧智微基于Agi5G™可重构射频前端平台开发的n77/79射频前端接收模组:

  • 支持n77/n79频段;

  • 集成低噪声放大器、射频开关、滤波器;

  • 全倒装设计,实现射频器件高性能;

  • 支持LNA七级增益挡位,匹配平台接收需求;

  • 支持1T4R/2T4R方案;

  • 支持MIPI v2.1(52MHz),兼容MIPI v3.0主要功能;

  • 2.8x2.6x0.75mm小型化尺寸。

图:S15728产品框图

表:S15728产品性能

十年积累,宝剑锋从磨砺出

慧智微成立于2011年,是全球领先的射频前端芯片提供商,致力于通过软件定义的射频芯片使能万物互联的智能世界。

慧智微通过自主创新,研发出有基础专利的射频前端可重构技术,在全球率先实现技术突破及规模商用,使射频前端器件可以通过软件配置实现不同频段、模式、制式和场景下的复用,取得性能、成本、尺寸多方面优化。基于慧智微可重构射频前端平台AgiPAM®设计实现的4G多频多模产品,已经累计实现过亿片出货。

通过技术创新,在可重构射频前端产品中,慧智微实现了多项技术突破:

  • 实现功率放大器的宽带覆盖设计

将原有单路功放<400MHz的频率覆盖范围,拓宽至1GHz频宽,实现1.7GHz~2.7GHz宽带覆盖,相比传统方案频宽拓展2倍以上。在5G新频段到来时,功率放大器宽带覆盖技术成为5G功率放大器设计的有效支撑。

  • 低噪声放大器可重构多频段设计

慧智微实现软件定义低噪声放大器的设计,实现多频段、可配置低噪声放大器。5G射频前端方案中,需要低噪声放大器有多级增益的精准配置,慧智微在可重构多频段低噪声放大器的技术积累,将助力集成模组低噪声放大器的实现。

  • 实现开关高速、快启动设计

在大规模量产的可重构射频前端产品中,慧智微使用<1us的切换开关进行电路设计。快速切换开关的设计,使慧智微更好的应对5G时代更高的时序要求。

  • 实现开关低插损设计

慧智微拥有多项高性能开关设计专利,在天线发射模组的开关设计中,实现所有端口插入损耗(14个端口)与同类产品最低插损口相损耗相当(仅1个低插损口),比其余端口损耗低0.3~0.4dB。高性能开关的技术积累为5G射频前端低插损开关提供了扎实的设计基础。

  • 模组化集成技术优势

慧智微一直致力于提高模组集成度,很早就开始与供应链伙伴研究高密度封装技术,在滤波器集成,全倒扣封装,全3D EM仿真等方向具备扎实的技术积累。集成技术的优势有助于5G模块的开发和可靠量产。

基于慧智微在射频前端的长期技术积累,我们期待在5G时代,能够快速满足客户对高性能射频前端解决方案的需求,与客户合力共赢,共同引领5G产业发展!

爱集微

作者

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邮箱:jiwei@lunion.com.cn

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