近年來隨著電子技術的高速發展，越來越多的功能集成到手機中。為隨時隨地通過網絡下載各種音視頻內容、接收電視節目等等，手機將集成越來越多的RF技術，例如支持GSM、GPRS、EDGE、HSDPA、CDMA2000、WCMDA、TD-SCDMA等移動通信空中接口標準中的兩個或者多個標準的雙模/多模手機，可分別實現VoIP、定位導航、自動費用支付、電視節目接收的Wi-Fi手機、GPS手機、RFID手機、電視手機。這些采用多種RF技術的手機在提供便利的同時也使得手機的設計變得復雜，如何進一步集成射頻元件也變得至關重要。

手機射頻單元基本構成

手機的射頻部分中的關鍵元件主要包括RF收發器（Transceiver），功率放大器（PA），天線開關模塊（ASM），前端模塊（FEM），雙工器，RF SAW濾波器及合成器等，如圖所示。下面將著重從三個基本部分開始介紹：

手機射頻單元基本構成圖

RF收發器

收發器是手機射頻的核心處理單元，主要包括收信單元和發信單元，前者完成對接收信號的放大，濾波和下變頻最終輸出基帶信號。通常采用零中頻和數字低中頻的方式實現射頻到基帶的變換；后者完成對基帶信號的上變頻、濾波、放大。主要采用二次變頻的方式實現基帶信號到射頻信號的變換。當射頻/中頻(RF/IF)IC接收信號時，收信單元接受自天線的信號(約800Hz～3GHz)經放大、濾波與合成處理后，將射頻信號降頻為基帶，接著是基帶信號處理；而RF/IFIC發射信號時，則是將20KHz以下的基帶，進行升頻處理，轉換為射頻頻帶內的信號再發射出去。

收發器領域廠家分為兩大類，一類是依托基頻平臺，將收發器作為平臺的一部分，如高通和聯發科（之前的德州儀器、NXP、飛思卡爾等已退出手機射頻收發器市場）。這是因為收發器與基頻的關系非常密切，兩者通常需要協同設計。另一類是專業的射頻廠家，不依靠基頻平臺來拓展收發器市場，如英飛凌、意法半導體、RFMD和SKYWORKS。后一類廠家中英飛凌和意法半導體都是為諾基亞定做收發器，英飛凌還為曾摩托羅拉和索尼愛立信定做3G時代的收發器。意法半導體的手機射頻業務則是全部圍繞諾基亞展開，沒有任何對外銷售的產品，只有諾基亞一個客戶。

收發器正朝集成化和多模化前進，集成化是因為手機行家對持續降低成本的要求，絕大多數的廠家的收發器半導體制造工藝已轉換為RF CMOS，單模的收發器完全集成到基頻里。SILICON LAB和英飛凌是最早用CMOS工藝制造收發器的公司。高通在收購Berkana后，也大力采用RF CMOS工藝。一批新進射頻廠家無一例外都采用RF CMOS工藝，甚至是最先進的65納米RF CMOS工藝。老牌的飛利浦、FREESCALE、意法半導體和瑞薩仍然堅持用傳統工藝，主要是SiGe BiCMOS 工藝，諾基亞仍然大量使用意法半導體的射頻收發器。不過意法半導體在合并了NXP和愛立信移動平臺后推出基頻的能力大大增強。多模化是對廠家能力的挑戰，未來的3G、4G手機很有可能多模，支持WCDMA、LTE和WIMAX等多種技術標準，而實力不濟的廠家將會出局。

功率放大器（PA）

PA用于將收發器輸出的射頻信號放大，通常有三種實現方式：分立晶體管電路、單片微波集成電路（MMIC）和功率放大器模塊（PAM），分立電路是最古老也是最便宜的解決方案，至今仍在廣泛應用，一般選用的是成本較低的硅雙極器件。其主要缺點是手機制造商必須擁有豐富的射頻電路設計經驗，能自己完成PA的設計。因此對于超過1Ghz以上的系統的PA的快速開發，分立電路缺乏吸引力。而這正是MMIC的優勢所在，MMIC過去采用GaAs MESFET制造，現在多采用砷化鎵異質結雙極晶體管(GaAs HBT)工藝制造。在MMIC方案中，輸入一般不集成在芯片中，要求手機制造商掌握的射頻電路設計知識比較少。然而MMIC仍不能提供所有的功放功能，價格和效率在實際應用中也經常被必需的外部匹配元件而抵消。PAM則提供的是完全的射頻功能，采用功放模塊，手機制造商僅需要很少的射頻知識，從而最終降低了功放的成本。目前市面上的PAM采用的有雙極硅、LDMOS(橫向擴散金屬氧化硅)或GaAsHBT工藝，PAM的主要優點是可以結合不同的技術，從而容易增加新的功能。

功率放大領域則是一個有門檻的獨立的領域，也是手機里無法集成化的元件，同時這也是手機中最重要的元件，手機的通話質量、信號接收能力、電池續航能力都由功率放大器決定。一般廠家選定功率放大器之后，更換供應商的可能非常非常小。功率放大器領域主要廠家是RFMD、SKYWORKS、RENESAS、NXP、AVAGO、TRIQUINT、ANADIGICS。

前端模塊（FEM）

前端模塊集成了開關和射頻濾波器，完成天線接收和發射的切換、頻段選擇、接收和發射射頻信號的濾波。在2GHz以下的頻段，許多射頻前端模塊以互補金屬氧化物半導體 （CMOS）、雙極結型晶體管 （BJT）、硅鍺 （SiGe）或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設計，逐漸形成主流。由于硅集成電路具有成熟的制程，足以設計龐大復雜的電路，加上可以與中頻與基頻電路一起設計，因而有極大的發展潛力。其它異質結構晶體管亦在特殊用途的電路嶄露頭角；然而在5GHz以上的頻段，它在低噪聲特性、高功率輸出、功率增加效率的表現均遠較砷化鎵場效晶體管遜色，現階段砷化鎵場效晶體管制程仍在電性功能的表現上居優勢。射頻前端模塊電路設計以往均著重功率放大器的設計，追求低電壓操作、高功率輸出、高功率增加效率，以符合使用低電壓電池，藉以縮小體積，同時達到省電的要求。功率增加效率與線性度往往無法兼顧，然而在大量使用數字調變技術下，如何保持良好的線性度，成為必然的研究重點。

手機RF模塊發展趨勢

隨著手機制造商繼續開發支持更多的頻段和精簡射頻架構的手機，將3G手機中使用的GSM、EDGE、WCDMA和HSPA等多種頻段和空中接口模塊整合在一個高度集成、經過優化的RF模塊中，已經成為3G手機設計射頻方案的首選。

據iSuppli預測，手機中的射頻(RF)前端將越來越多地采用集成模塊，因為它可以使子系統簡化、成本下降和尺寸縮小，為手機增加新功能、節省提供空間，并為實現單芯片前端解決方案創造條件。隨著前端模塊(FEMs)到射頻(RF)收發器模塊相繼投入使用，手機RF前端的整合之路一直在持續發展。事實上，早在RF收發器采用直接轉換或零中頻(ZIF)架構(先消除中頻段，隨后消除IF聲表面波濾波器)的時候，前端集成就已經開始了。隨著收發器架構的演進，外部合成元件(即電壓控制振蕩器和鎖相環)已經被直接集成在收發器的芯片中。高集成度實現了成本的降低以及電路板尺寸的減小。向高集成度發展的趨勢沒有任何停止的跡象。不過，由于集成的途徑非常多，因此在設計時必須仔細加以考慮。

幾年前，TriQuint公司意識到高集成模塊為客戶帶來的好處并且開始構建和調整產品以滿足此需要，通過自身發展和并購增強了自身專業技術能力，進而掌握了業界最全面的室內技術組合并實現了最高水平的集成。 TriQuint亞太區銷售總裁RichardLin說道，“我們是市場上唯一的能夠提供集成放大器(PA)、開關、低通濾波器、功率放大器和開關控制器產品的廠商，TriQuint公司的戰略就是模塊化，模塊化的產品尤其受中國客戶的歡迎。這也是我們公司近年來高速成長的主要原因，去年TriQuint在中國的業務成長超過了30％。”他認為高度集成的模塊化RF符合了客戶需求的變化，代表了未來的發展方向。另外從市場需求來看，Richard Lin認為RF領域呈現兩極化方向發展，即先進國家對需要集成多個開關和PA的高端智能手機需求強勁，而中國、印度、巴西等發展中國家則是拉動低端市場需求的力量。

此外，在手機的開發設計過程中，須時刻考慮終端用戶的需求和利益。在手機的設計和開發過程中，往往要面對成本和性能以及性能和風格上的取舍，如今手機正朝著多頻多模的趨勢發展，在此種情況下，手機風格往往只能妥協。而現今，我們很高興看到，美國無線電頻率公司Paratek已開發出一種薄膜材料用于生產改善手機性能的集成電路和其他組件，同時能夠減少天線等手機組件的數量和尺寸，Paratek的ParaScan材料技術能夠在一定范圍內進行電子調頻，并且掃描天線電波，這樣內置天線更小更薄，更重要的是，手機內的RF調諧意味著手機通話時間、通話質量、電池壽命都將增加和提高，這也意味著在面臨風格和性能的取舍時，手機設計人員不再需要妥協，可以使手機在性能保持不變或更佳時得到更輕薄時尚的產品。

作者：廣東省對外科技交流中心 特約通訊員 羅玉