深入了解射頻芯片：原理、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

一、射頻芯片概述

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，無(wú)線通信無(wú)處不在，而射頻芯片在其中扮演著至關(guān)重要的角色。在手機(jī)終端中，射頻芯片和基帶芯片是最重要的核心部件。射頻芯片是一種專(zhuān)門(mén)用于處理射頻信號(hào)的集成電路芯片，它能夠?qū)o(wú)線電信號(hào)通信轉(zhuǎn)換成一定的無(wú)線電信號(hào)波形，并通過(guò)天線諧振發(fā)送出去。

射頻簡(jiǎn)稱(chēng)RF，即射頻電流，是一種高頻交流變化電磁波，頻率范圍在300KHz～300GHz之間。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于10000次的稱(chēng)為高頻電流，射頻屬于高頻電流的較高頻段。高頻（大于10K）、射頻（300K - 300G）以及微波頻段（300M - 300G）有著明確的頻率范圍劃分，其中微波頻段又是射頻的較高頻段。射頻技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域被廣泛使用，例如有線電視系統(tǒng)就采用了射頻傳輸方式。

二、射頻芯片的構(gòu)成與架構(gòu)

射頻芯片主要包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開(kāi)關(guān)等部分。功率放大器用于增強(qiáng)射頻信號(hào)的功率，使信號(hào)能夠傳播到更遠(yuǎn)的距離；低噪聲放大器則在接收信號(hào)時(shí)，盡可能減少噪聲的干擾，提高信號(hào)的質(zhì)量；天線開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)切換天線的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和發(fā)射。

其架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。接收通道的作用是將天線接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行處理，提取出有用的信息。當(dāng)接收時(shí)，天線把基站發(fā)送來(lái)的電磁波轉(zhuǎn)換為微弱交流電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波和高頻放大后，送入中頻內(nèi)進(jìn)行解調(diào)，得到接收基帶信息（RXI - P、RXI - N、RXQ - P、RXQ - N），然后送到邏輯音頻電路進(jìn)一步處理。發(fā)射通道則是將需要發(fā)送的信息調(diào)制到射頻信號(hào)上，并通過(guò)天線發(fā)射出去。

三、射頻芯片與基帶芯片的關(guān)系

要理解射頻芯片，就不得不提到與之密切相關(guān)的基帶芯片。從歷史角度來(lái)看，射頻（Radio Frequency）和基帶（Base Band）皆來(lái)自英文直譯。射頻最早的應(yīng)用是無(wú)線廣播（FM/AM），至今仍是射頻技術(shù)乃至無(wú)線電領(lǐng)域最經(jīng)典的應(yīng)用。基帶是band中心點(diǎn)在0Hz的信號(hào)，是最基礎(chǔ)的信號(hào)，有人也把基帶叫做“未調(diào)制信號(hào)”，不過(guò)在現(xiàn)代通信領(lǐng)域，基帶信號(hào)通常是指經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制的，頻譜中心點(diǎn)在0Hz的信號(hào)，并且基帶不一定是模擬或者數(shù)字的，這取決于具體的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

基帶芯片可以認(rèn)為是包括調(diào)制解調(diào)器，但不止于此，還涵蓋信道編解碼、信源編解碼以及一些信令處理等功能。而射頻芯片可看做是最簡(jiǎn)單的基帶調(diào)制信號(hào)的上變頻和下變頻。調(diào)制是把需要傳輸?shù)男盘?hào)，通過(guò)一定的規(guī)則調(diào)制到載波上面，然后通過(guò)無(wú)線收發(fā)器（RF Transceiver）發(fā)送出去的過(guò)程，解調(diào)則是相反的過(guò)程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，基帶芯片負(fù)責(zé)信號(hào)處理和協(xié)議處理，而射頻芯片負(fù)責(zé)射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大。

四、射頻芯片的主要類(lèi)型及應(yīng)用案例

（一）GPS接收機(jī)射頻芯片

目前存在許多用于GPS應(yīng)用的商用中頻 - 基帶芯片解決方案，但缺少將發(fā)射的GPS頻率下變頻到低中頻頻率的射頻 - 中頻前端芯片。Maxim生產(chǎn)的多款射頻芯片為完成這些任務(wù)提供了優(yōu)異的選擇。例如MAX2741/MAX2742/MAX2745為高性能CMOS單芯片GPS前端下變頻器，這些器件消耗非常低的功耗，不需要昂貴的IF SAW濾波器或大尺寸的分離IF帶通濾波器。所有器件均包含了低噪聲放大器、混頻器、BPF、自動(dòng)增益控制放大器、本振合成器、時(shí)鐘緩沖器及數(shù)字取樣器。此外，MAX2654/MAX2655是1575MHz SiGe低噪聲放大器，具有高增益、低噪聲和高線性，集成了50Ω輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，減少了外部元件數(shù)目。

（二）其他類(lèi)型射頻芯片

還有像LLCC68遠(yuǎn)程、低功耗射頻發(fā)送接收芯片，適用于對(duì)功耗要求較高的遠(yuǎn)程通信場(chǎng)景。高效高功率同步整流升壓DC - DC芯片AMT6802，具有2.8V至15V的寬輸入電壓范圍，芯片本身具備10A的開(kāi)關(guān)電流能力。隨著SOC無(wú)線通訊芯片的發(fā)展，全集成的低壓差線性穩(wěn)壓器成為研究熱點(diǎn)，這種應(yīng)用于射頻SOC芯片的低噪聲高PSRR的LDO，能夠?yàn)檎麄€(gè)射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)提供低噪聲電源，且相較于傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器有較少的片外元器件。

五、射頻芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

以泉州為例，當(dāng)?shù)氐纳漕l芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出良好的態(tài)勢(shì)。泉州以三安為龍頭，集聚了科山芯創(chuàng)、三伍微、芯通電子等射頻企業(yè)，初步構(gòu)建了“材料 - 設(shè)計(jì) - 制造 - 封裝”的射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈。其產(chǎn)品豐富多樣，包含射頻收發(fā)器SoC芯片、Wi - Fi射頻前端、微波射頻模擬集成芯片等。這表明在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，企業(yè)之間可以實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同推動(dòng)射頻芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

然而，射頻芯片產(chǎn)業(yè)也面臨著一些挑戰(zhàn)。一方面，技術(shù)研發(fā)難度較大，需要不斷投入大量的資金和人力進(jìn)行創(chuàng)新，以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。另一方面，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在射頻芯片技術(shù)方面占據(jù)領(lǐng)先地位，我國(guó)企業(yè)需要不斷提升自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，突破技術(shù)瓶頸。

六、射頻芯片的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

（一）更高的集成度

未來(lái)射頻芯片將朝著更高的集成度方向發(fā)展。將更多的功能模塊集成到一個(gè)芯片中，可以減小芯片的尺寸，降低功耗，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。例如，將功率放大器、低噪聲放大器、天線開(kāi)關(guān)等更多的部件集成在一起，實(shí)現(xiàn)單芯片解決方案。

（二）更低的功耗

隨著移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對(duì)射頻芯片的功耗要求越來(lái)越高。降低功耗可以延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，提高用戶(hù)體驗(yàn)。通過(guò)采用新的材料、工藝和電路設(shè)計(jì)技術(shù)，不斷優(yōu)化射頻芯片的功耗性能。

（三）支持更廣泛的頻段

為了滿足不同的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求，射頻芯片需要支持更廣泛的頻段。例如，5G通信需要支持多個(gè)頻段，射頻芯片需要能夠在不同的頻段之間靈活切換，以實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定的通信。

（四）與其他技術(shù)的融合

射頻芯片將與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行深度融合。通過(guò)人工智能算法對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行處理和分析，可以提高信號(hào)的質(zhì)量和通信的效率。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻芯片的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。

總之，射頻芯片在無(wú)線通信領(lǐng)域中具有不可替代的作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，射頻芯片產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展前景。我們有理由相信，未來(lái)的射頻芯片將在性能、功能和應(yīng)用方面取得更大的突破，為人們的生活和社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新。