5G射频、时钟、电源的趋势及瑞萨的解决方案

赵林新

1 5G元器件的技术趋势

瑞萨提供应用于5G领域的射频、时钟、电源等完整的解决方案。就射频芯片而言主要用于基站设备，也可以用于高性能的通信设备以及相关测试测量设备。就技术层面或者趋势而言，以下三点自始至终存在并在持续。集成度的提升。

1）主要从以下两个方面来理解：

在早期的通信设备中，由于多方面因素的影响，在射频系统的收发链路中，可以看到非常多的分立器件或者单一功能的器件，譬如DSA，VVA，Mixer，IFVGA，但是随着半导体工艺的演进，设计水平提升，高性能数模转换器（ DAC）以及辅助数字技术引入，对于整个射频链路架构产生了深远的影响，先前的一些射频功能可以在数字域中完成，这极大地简化了纯射频链路设计。

由于SiGe，SOI以及GaAs工艺本身的特点以及多种工艺的混合应用，导致射频器件集成度提高。

2）射频器件设计复杂化

不同的射频器件，根据其在链路中的位置，譬如是接收还是发射，是前级还是后级都有着不同的技术指标要求，这些都会映射到工艺的选择和电路架构的优化设计。同时需要注意的是，即使功能类似的器件，不同的厂商实现方式可能截然不同。另一种情况是，同样的器件在不同的客户应用中，由于客户链路实现能力上的差异，也会有差别。为了给客户提供高集成度的解决方案，并综合成本、性能以及可靠性等因素，射频器件在定义以及设计中并不简单，需要做很多相关工作。

3）整体方案能力不断增强

由于以前射频链路的离散化和集成度低，所以很多专注于某一领域的公司有很多机会，但是随着集成度的提供以及射频器件的复杂化，这些公司很难通过单一的器件或者工艺来满足客户的要求。如果观察现有的射频类公司，会发现这些公司设计能力更综合，器件在信号链的分布更加完整，很多公司可以提供从天线口到ADC/DAC之間的信号链芯片。

2 工程师在产品开发时的难点

通过与客户的探讨，不同的应用有着不同的需求，这些需求可能存在细节上的差异，或者当客户决策时，权重不同，但是随着5G通信的发展，如果我们把5G的应用场景归为Sub-6 GHz以及mmWave（毫米波）两个部分，我们可以发现如下挑战。

1、Sub-6 GHz

性能与成本等因素的折中。就5G通信发展而言，Sub-6 GHz的应用整体提前与mmWave应用而且随着中国、韩国等国家的5G启动，目前已经进入了大规模布网时期，运营商出于成本的考虑，对于基站侧的性能要求越来越高，尤其涉及空口功率以及整体功耗等指标，这些指标的提高会深刻涉及射频器件的定义，譬如某个开关的功率容量从3W，不断提升到5W、10 W以及最近的20 W。这些指标的提升会牵动其他指标以及工艺、电路架构的选择，最终交付给客户时延伸为成本、交期以及可靠性问题。从目前来看，性能与成本等因素会是客户比较关心的因素。

2、mmWave

性能与功耗是短期的痛点，长期看会是成本。相比于Sub-6 GHz应用，mmWave无论是规模还是成熟度要滞后一些，但是从mmWave的高频特性以及EIRP等指标来看，目前射频器件[beamformer（波束成形）]无论是从性能、功耗还是成本的角度来考虑，还没有达到合适的位置。

3 瑞萨的解决方案

瑞萨做为射频芯片方案的供应商，无论是Sub-6GHz还是mmWave都拥有出色的产品设计能力和交付能力，并与客户建立了长期的战略合作关系。

1、Sub-6 GHz

在和客户深入合作以及交流的基础上，瑞萨做了很多技术创新，Smart Silicon汇聚了瑞萨在射频芯片领域的长期技术积累和创新。譬如瑞萨用SiGe工艺实现了高性能、高集成度以及低成本的射频器件，成功替代了先前主要使用GaAs工艺的器件，在4G时代得到了客户的认可。在5G时代， 瑞萨根据客户的需求和成本控制，发挥SiGe、GaAs以及SOI等工艺优势，系统地提供了解决方案，实现了性能、成本以及可靠性的统一，在5G应用中占据了领导地位。

2、mmWave

mmWave方面，瑞萨一致坚持和客户进行技术交流，在定义之初就将性能、功耗以及成本做为整体考虑。第一代beamformer芯片具备的低功耗获得了客户的认可。目前已经进入了第二代beamformer的研发，创新地提出了dual-polarization beamformer，极大地降低了设计的复杂度，产品的尺寸以及芯片的数量，从而降低了成本。同时瑞萨提供了整套系统解决方案，该方案包含beamformer，Up/Down Converter以及RF PLL，这些产品计划在2021年进入量产。