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国产全新一代5G高集成射频前端模组量产

来源:慧智微电子

#慧智微#

09-23 09:54

5G继续领先,慧智微AgiFEM5G® 第三代5G UHB单频方案量产。

慧智微AgiFEM5G®第三代5G UHB单频方案芯片S55217-11、S15722-11在多家国际品牌厂商系统验证完成,慧智微领先实现全新一代5G UHB高集成射频前端方案量产。搭载S55217-11及S15722-11芯片的多款终端将于2021年底前上市量产。

图:慧智微S55217-11、S15722-11产品及终端PCBA(隐去其他器件)

从2018年5G方案开始定义起,5G UHB方案先后经历了需求提出、需求明确和需求固化三个阶段。

射频前端方案也从分立方案走向集成方案,再走向高集成度方案。S55217-11和S15722-11芯片是慧智微基于AgiFEM5G®可重构5G射频前端平台推出的全新一代5G UHB单频射频前端集成模组芯片。在上一代的基础上实现了性能优化、可靠性增强以及集成度提升,更好的匹配了5G UHB方案演进需求。

S55217-11是应用于5G UHB单频方案的n77/78 1T2R L-PAMiF收发模组芯片。

S15722-11是配合S55217-11完成完整5G 1T4R功能的n77/78 2R L-FEM接收模组芯片。

两颗芯片主要规格如下:

图:S55217-11产品框图

S55217-11:

支持n77/78频段;

集成一路功率放大器PA、两路低噪声放大器;

集成射频收发开关及SRS输出开关,可同时支持Refarming band MIMO及SRS需求;

Vcc低压4.5V下满足PC2功率输出需求,提升芯片可靠性,降低烧PA风险;

n77/78全频段输出功率满足29dBm,支持整机天线口26dBm PC2发射功率需求;

多档位LNA增益,匹配不同平台需求;

全倒装设计,提升器件散热能力与射频性能;

3x5m㎡小型化尺寸。

图:S15722-11产品框图

S15722-11:

支持n77/78频段;

集成两通道低噪声放大器、射频开关、自研高性能IPD滤波器;

2.6dB低噪声系数,实现更优接收性能;

支持LNA多档增益,匹配不同平台需求;

全倒装设计,实现射频器件高性能;

2.8x2.6m㎡小型化尺寸。

慧智微在2020年6月开始投入进行AgiFEM5G®第三代5G UHB方案开发,经过15个月紧张高效开发,于2021年9月实现量产。产品开发主要时间点为:

2020年6月,5G UHB单频1T2R、2R项目立项;

2020年7月,技术方案确定:选定慧智微低压PA技术内核作为主要技术路径;

2020年9月,产品方案确定:与国际头部厂商及平台收敛产品pin脚、方案及规格;

2020年10月,产品第一次流片;

2021年1月,产品ES0,单体功能验证成功。

2021年4月,产品ES1,客户送样,先导客户功能验证成功;

2021年6月,产品CS,客户系统验证;

2021年8月,多个客户项目系统验证成功;

2021年9月,产品正式量产。

得益于慧智微扎实的技术内核、充分的客户及平台沟通,以及高效的产品开发策略,慧智微再次实现5G新方案的领先推出。

解决方案介绍

AgiFEM5G®第三代5G UHB单频方案由S55217-11及S15722-11两颗芯片构成,方案芯片完全兼容于MTK及头部手机厂商重点推进的高集成Phase7LE方案。

采用本方案,2颗芯片即可完成5G UHB完整单频1T4R收发功能。相较于之前7~8颗模组构成的方案,本方案的推出有助于提升5G终端方案集成度,减少5G射频前端调试时间,助力5G终端产品快速上市。

图:慧智微AgiFEM5G®第三代高集成5G UHB单频方案

采用本方案的优势如下:

优势一:高集成度

2颗芯片完成原有方案8颗芯片功能,集成度提升使布板面积减小为原来的1/3左右,并减轻客户物料选择的复杂度。帮助客户实现5G方案的 “化繁为简”。

优势二:高性能及高可靠性

方案基于慧智微第三代AgiFEM5G®可重构5G射频前端平台,慧智微在实现数千万片产品量产的成熟稳定5G技术平台上,继续提升线性功率,降低功耗。

上一代竞品方案中模组输出功率为28.5dBm,高集成度方案需要将SRS开关集成在L-PAMiF模组内,这将引入额外0.5dB以上的插入损耗。S55217-11通过改进设计将线性功率提升,使高集成模组线性功率在n77 全频段达到29dBm,满足n77全频段PC2功率需求。

对于高集成度模组提高集成度后,频宽变宽,外围电路无法灵活覆盖全频段性能的问题,慧智微第三代AgiFEM5G®通过可重构技术对边缘频段性能进行优化。使高集成模组在边缘频点,尤其是n77 4GHz频段以上部分得到优化。

对S55217-11系统测试结果如下图:

图:S55217-11系统测试结果

5G由于高功率及高峰均比特性,PA可靠性成为设计中的重要问题,“烧PA” 成为应用痛点。在文章《怎么才能不烧射频PA?》中提到,研究显示 ,低压应用可降低射频电压摆幅,提升PA可靠性。S55217-11在优化线性的同时,将供电电压由友商产品的5V降低至4.5V,同时保证5V以上的Ruggedness测试通过,提升PA Ruggedness可靠性。

优势三:可扩展性强

集成多端口高功率SRS开关,可完成n41等频段与UHB频段共天线需求,减少外部元器件使用。

产品均可独立使用,两颗L-PAMiF产品S55217-11即可实现2T4R功能(目前2T4R在高端旗舰手机及物联网模块中有应用)。

优势四:兼容MTK Phase7LE

方案Pin脚定义与系统应用兼容MTK最新Phase7LE方案,方便兼容设计。

优势五:高集成度,降低晶圆供应链压力

方案内部采用高集成度可重构技术方案实现,S55217-11/S15722-11两个模组只用到SOI/HBT两种工艺,一共三颗die,不含产能紧缺的CMOS工艺。该方案经上一代5G产品量产验证,能显著减轻晶圆供应链压力,为保证客户稳定供货提供有力支撑。

优势六:经过国际厂商检验的大批可靠性一致

慧智微5G产品自2019年产品推出已来,在过去两年里持续更新迭代,与国际厂商保持同时同质推出产品。慧智微5G高集成度模组产品目前已经出货数千万片,支持20个以上5G终端量产。

慧智微射频前端模组采用可重构技术平台进行设计,拥有更高集成度,晶圆数目更少,与其他厂商相比带来更高的产品一致性。在慧智微专业的品质与交付团队的管理下,在客户端实现良好的品质交付。

通过对5G UHB n77/78/79高集成模组S55255-12在客户端千万量级的出货统计跟踪,S55255-12实现平均产线不良率低于50 DPPM优异数据,远低于行业对普通项目的200 DPPM以下产线不良率标准,以及高端项目100 DPPM以下产线不良率标准。

图:慧智微5G UHB产品产线DPPM数据

低于行业高端项目100 DPPM以下的产线不良率标准。

支持5G未来演进

据Mobile Expert统计,自2019年5G正式商用 以来,目前5G的连接数已经超过4亿,并且还将以每年近2亿部的速率增长。预计在2023年,5G终端年出货量达到年出货9亿部,届时5G会超过4G,成为全球出货量最大的终端通信制式。

图:全球移动终端年出货量(来源Mobile Expert)

截止2021年第一季度,已经有159个运营商发布了商用5G网络,共计272个运营频率在全球运行。在已报导的运营频率发布中,位于n77/78频段的3.5GHz和3.7GHz 5G频段占比最高,被104个运营频率所使用,占已报导196个频率使用的53%。由于n77/78频段被全球运营商的广泛使用,n77/78也成为全球5G手机必选支持的频段。

图:运营商5G频率使用统计(来源GSMA)

4.8GHz及4.9GHz的n79频段也是5G Sub-6GHz所定义的重点新频段,根据中国移动2021版白皮书规定,4,000元人民币手机以上手机,需要支持n79频段。根据IDC统计数据显示,2020年4,000元以上手机出货占总手机出货量的19.1%。

根据是否支持n79,5G UHB可分为单频(n77/78)及双频(n77/78及n79)两种方案,根据4,000元价位带为分界估计,二者比例约为80%:20%。本次慧智微量产的5G UHB单频方案(S55217-11及S15722-11),可满足占总终端比例约80%的5G UHB单频手机需求。

在2022年,全球5G UHB单频手机预计在5~6亿部。随着5G手机对集成度要求越来越高,高集成度1T2R方案成为未来演进方向已成为平台厂商及终端厂商的共识。预计2022年将有2~4亿部5G终端采用单频1T2R方案进行5G UHB的方案设计,2023年这一比例将继续提高。慧智微高集成度单频1T2R芯片的领先量产,将助力5G终端方案向更高集成度的方案演进。

慧智微电子:5G领先

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5G可重构射频前端平台AgiFEM5G®设计实现的5G模组产品,自2019年推出以来,已实现包括OPPO、三星等国际头部厂商在内的数千万片规模出货。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,已经累计实现数亿片出货。

2020年,慧智微5G射频前端产品获得工信部“中国芯” 年度重大创新突破产品奖,成为首个获得此奖项的射频前端公司;2021年,慧智微因为在2020年全球5G终端快速部署中的突出贡献,被全球运营商发起的GTI联盟被授予2021 Honorary Award大奖,慧智微作为首个获得此奖项的中国射频前端公司,与高通、华为及土耳其电信共同分享此年度大奖。

图:慧智微获得2020年“中国芯”年度重大创新突破产品奖

及GTI 2021 Honorary Award奖

慧智微电子由数位技术专家所创立,技术管理团队有20年以上行业经验。目前,慧智微已有200人以上的专业队伍,覆盖研发、质量、供应链及市场销售等各个方向。

在过去近10年的产品开发中,慧智微团队形成以下积累及经验:

提出并实现业界首款基于SOI和GaAs混合可重构架构的射频前端产品,实现数亿片产品大规模量产,客户覆盖国际头部手机厂商。

深入理解并掌握射频前端材料器件及电路设计原理,从机理上掌握射频前端设计方法。

加入3GPP协议组织,与各行业组织一起,推进5G射频行业发展。

拥有国内最早完成5G产品交付的应用团队,团队成员均具备5G项目支持能力。

近10年里,经历并成功应对多次供应链波动,对供应链管控有着丰富经验。

保证高品质的前提下,完成国际头部厂商的突发性大批量交付。

未来5G射频前端芯片将越来越复杂,5G方案也需要考虑越来越多的系统指标。慧智微以“引领射频创新,为客户提供满意的解决方案”为使命,将各个方向的专家汇聚在一起,开发出具有竞争力的差异化的射频前端完整解决方案,期待满足客户在5G复杂系统下性能、品质及交付的需求。

名词解释:

UHB:Ultra-High Band,超高频,一般指5G Sub-6GHz部分中3GHz - 6GHz频率范围。

UHB单频方案:一般指支持n77/78频段方案。由于n78频段包含于n77频段中,所以称为单频方案。

UHB双频方案:一般指支持n77/78/79频段的方案。

1T4R:1Tx 4Rx,一路发射,四路接收(当前协议规定,5G终端需要支持四通路接收)。

2T4R:2Tx 4Rx,两路发射,四路接收。

1T2R:1 Tx 2Rx,一路发射,两路接收。

2R:2Rx,两路接收。

SRS:Sounding Reference Signal,信道探测参考信号。

PC3:Power Class 3,3GPP规定的第3功率等级,天线口功率为23dBm(容差+2/-3dB或+2/-2dB,不同频段不同)。

PC2:Power Class 2,3GPP规定的第2功率等级,天线口功率为26dBm(容差+2/-3dB)。

L-PAMiF:LNA and PA Module integrated with Filter,集成了LNA、PA、滤波器及开关的模组。

L-FEM:LNA Front-end Module,集成LNA、滤波器及开关的接收模组。

DiFEM:Diversity Front-end Module,分集接收模组,集成滤波器及开关。

Phase7:MTK定义的第7代射频前端方案,已形成5G生态,2019年主流5G射频前端方案。

Phase7L:Phase7 Lite,Phase7方案的演进,2020年主流5G射频前端方案。

Phase7LE:Phase7 Lite Enhancement,Phase7L增强版本,2021年开始推向市场。

DPPM:Defective part per million,每百万片失效率。

3GPP:3rd Generation Partnership Project,3G WCDMA、4G LTE及5G NR协议制定组织。

责编: 爱集微

爱集微

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