|
|---|
|
|
|
|
|
|
t*******o
发帖数: 1 | 1 是什么卡了我们的脖子？射频器件：仰给于人的手机尴尬 | 亟待攻克的核心技术
当前位置：主页 > 百家争鸣 > 高博 · 2018-05-07 · 来源： 科技日报 · 浏览数
：1257次
字体： 大 / 中 / 小
科技日报记者 高博
手机的射频器件，好比部队的无线电兵，通信全靠它。
中国是世界最大的手机生产国，但造不了高端的手机射频器件。这需要材料、工艺和设
计经验的踏实积累。
高端射频芯片缺少国货
一块手机的主板上，1/3的空间是射频电路。
声音要传到千里之外，得先转化成高频的射电波。信息编码成一秒钟几十亿波峰的正弦
电波，对方手机接收和还原，纹丝不乱。这就是射频器件的本事。射频器件的核心部件
是功率放大器芯片，也叫射频芯片，4G手机一般会用4到5颗。
“我们好比是修高速公路的，路修得越宽、越平直，车跑得越多、越快。”专业设计射
频芯片的Vanchip公司工程师王利明说。
“手机发展趋势是更轻薄，功耗更小，频段更多，带宽更大，这就向射频芯片提出了挑
战。”王利明说，“射频芯片将数字信号转化成电磁波，4G手机要支持十几个频段，信
息带宽几十兆。信号不能受干扰，这很难。”
2018年，射频芯片市场150亿美元；高端市场基本没有国货，被Skyworks、Qorvo和 博
通3家垄断，高通也占一席之地。
“多年以来，这几家的产品已经很有口碑，性能很稳定。所以大手机公司比如苹果、华
为和三星等等，基本都用它们的。”王利明说。
国货的买家多为小品牌手机，且国货多为2G、3G芯片；4G射频芯片基本都是洋货。
射频芯片的电路设计是玄妙的艺术
高频电波的信号很脆弱，在复杂的电磁环境里，保持信号的清晰稳定，有赖于各环节的
抗干扰性。设计这种电路，是一门尚未完全找到规律的艺术。
比如说，有瑕疵的射频芯片像扩音喇叭一样，会发出尖利的无用信号。排查故障是非常
麻烦的。
射频电路怕噪声干扰，但引入噪声的可能性太多了——电源、邻近电路、耦合、发热、
自身元件……
不合理的建模，生产出来的电路，一个和另一个的效果天差地别。
而从图纸变为实际电路，更需要设计师的丰富经验。何种布局，如何抵消各元件的不良
影响，兼容不理想的元件，设计师都要有办法。引入新元件，小了不起作用，大了又产
生新的干扰。元件用多了，功耗又会增大……
设计师在考虑“要不要给反馈环串联一个小电阻来缓冲？”“是否改一下地线引脚以屏
蔽噪声？”这类问题时，往往没有现成答案，靠经验和试错。试探着稳定电路，好像把
鸡蛋立在鸭蛋上，常凭感觉。
射频芯片属于模拟电路，跟处理“1”和“0”的数字电路不同。数字电路设计类似于编
程，有成熟的模块和自动化工具；而设计模拟电路，要面对的是复杂未知的自然世界。
电子创新网创始人张国斌说：“数字电路领域更多需要市场反应速度，国内有不少做得
好的公司，但设计和生产射频器件，需要各种基础科学知识，经验积累和制造是关键，
‘弯道超车’几乎不可能。”
小小滤波器，中国造不好
射频器件的另一个关键元件——滤波器，国内外差距更大。手机使用的高端滤波器，几
十亿美元的市场，完全归属Qorvo等国外射频器件巨头。
滤波器可去除目标频段以外的信号，是很基础的电路器件。4G手机用的是更精准和昂贵
的滤波器，一台手机要装10来个。这种高端滤波器基于压电效应原理，引入声波来工作
；它的基底和涂层采用一些新材料（其中一些用在最好的军用雷达上），加工精度要很
高，涉及到薄膜沉积和微机械工艺。
滤波器频段边缘越“陡峭”，越能避免邻近频段的信号干扰。“比如带通滤波器就像一
扇门，高端产品的门框可以很好，将杂乱信号滤得很干净。”张国斌说，“在性能指标
上如中心频率、截止频率、线性度、灵敏度等方面我们比别人落后，一时还赶不上去。”
基础元器件的差距不止这一个。张国斌举了个例子：射频电路都有振荡器，它需要一个
高精度晶体振荡器，高频信号需要倍频信号，若晶体振荡器的频率精度不够，则多次倍
增后信号就会差到不能用。而最精准的晶体振荡器，多数产自海外。
材料是绕不过去的坎
所有的高端元件，都与高性能材料有关。
张国斌说，射频电路需要高电子迁移率，这方面砷化镓和硅锗等化合物半导体表现要比
硅材料好很多。虽然我们国家在上世纪60年代就开始了化合物半导体基础材料研发，但
商业化上材料的一致性、电性能均匀性还不理想，这方面有很多核心知识需要自己去摸
索，是我们的短板。
“比如半导体材料的掺杂比例不同，性能差别很大。就好像做蛋糕放鸡蛋，鸡蛋的比例
决定蛋糕松软程度。该放多少？别人不告诉你。你也不可能凭着撞大运就成功。”
张国斌说，半导体材料的实验，周期很长，不是一两年就能做出成绩。“我国在这方面
有不少学校在研究，做得也不错，但有些材料量产化还不行。”
另外，高端射频器件使用新材料，也需要设计者熟悉相应的特殊工艺和封装。没有创新
的工艺，即使采用新材料，良品率也会差得多。
因此，国内的射频芯片设计公司都是找代工厂。而国外几家巨头都有自己的晶圆厂，不
会把看家的秘密拿到别人的工厂。 |
|
|
|
|
|
|
