轻微有点无线电知识的朋友就知道，手机发射旗子暗记出去，这个发热旗子暗记的便是射频芯片。由于一旦手机没有它，电话、上网都是徒劳。本期推文，就一起科普射频芯片。
一、基本观点
射频芯片指的便是将无线电旗子暗记通信转换成一定的无线电旗子暗记波形， 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。射频芯片架构包括吸收通道和发射通道两大部分。对付现有的GSM和TD-SCDMA模式而言，终端增加支持一个频段，则其射频芯片相应地增加一条吸收通道，但是否须要新增一条发射通道则视新增频段与原有频段间隔关系而定。对付具有吸收分集的移动通信系统而言，其射频吸收通道的数量是射频发射通道数量的两倍。
这意味着终端支持的LTE频段数量越多，则其射频芯片吸收通道数量将会显著增加。例如，若新增 M个GSM或TD-SCDMA模式的频段，则射频芯片吸收通道数量会增加M条；若新增M个TD-LTE或FDD LTE模式的频段，则射频芯片吸收通道数量会增加2M条。LTE频谱相对付2G/3G较为零散，为通过FDD LTE实现国际漫游，终端需支持较多的频段，这将导致射频芯片面临本钱和体积增加的寻衅。
为减小芯片面积、降落芯片本钱，可以在射频芯片的一个吸收通道支持相邻的多个频段和多种模式。当终端须要支持这一个吸收通道包含的多个频段时，须要在射频前端增加开关器件来适配多个频段对应的吸收SAW滤波器或双工器，这将导致射频前真个体积和本钱提升，同时开关的引入还会降落吸收通道的射频性能。因此，如何平衡射频芯片和射频前端在体积、本钱上的抵牾，将关系到全体终真个体积和本钱。
此外，单射频芯片支持TD-LTE和FDD LTE不存在技能门槛，浩瀚厂家已有相应产品问世。与基带芯片略有不同的是，在多模射频芯片增加对TD-SCDMA的支持难度相对较低。
二、无线通信系统
无线通信系统中，一样平常包含有天线、射频前端、射频收发模块以及基带旗子暗记处理器四个部分。随着5G时期的，天线以及射频前真个需求量及代价均快速上升，射频前端是将数字旗子暗记向无线射频旗子暗记转化的根本部件，也是无线通信系统的核心组件。
按照功能，可将射频前端分为发射端Tx以及吸收端Rx。
按照器件不同，射频前端可分为功率放大器PA（发射端射频旗子暗记放大）、滤波器filter（发射、接管端旗子暗记滤波）、低噪声放大器LNA（吸收端旗子暗记放大，降落噪声）、开关switch（不同通道切换）、双工器duplexer（旗子暗记选择，实现滤波匹配）、调谐器tuner（天线旗子暗记通道阻抗匹配）等。
三、各种射频器件科普
滤波器Filter：选通特定频率，过滤滋扰旗子暗记
滤波器（Filter），是射频前端中最主要的分立器件，使旗子暗记中特定频率身分通过而极大衰减其他频率身分，从而提高旗子暗记的抗滋扰性及信噪比。目前在手机射频市场中紧张采取声学滤波技能。
根据制造工艺的不同，市情上的声学滤波器可分为声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和体声波滤波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）两大类。个中SAW滤波器制作工艺大略，性价比高，紧张运用于GHz以下的低频滤波，而BAW滤波器插损低，性能精良，可以适用于高频滤波，但工艺繁芜，价格较高。
由于工艺繁芜度、技能以及本钱的限定，目前通信标准下更多射频前端采取SAW滤波器。但随着5G渗透率的提升，BAW滤波器精良的性能和对高频的支持将使其成为手机射频前真个主流器件。
双工器/多工器：发射/吸收旗子暗记的隔离
双工器（Diplexer），又称天线共用器，由两组不同频率的带阻滤波器组成。利用高通、低通或带通滤波器的分频功能，使得同一天线或传输线可对两条旗子暗记路径进行利用，从而实现同一天线对两种多种不同频率旗子暗记的吸收和发送。
功率放大器PA：放大射频旗子暗记进行发射
功率放大器（PA，Power Amplifier）是射频前真个核心部件，利用三极管的电流掌握浸染或场效应管的电压掌握浸染将电源的功率转换为按照输入旗子暗记变革的电流。
PA紧张用于发射链路，通过把发射通道的微弱射频旗子暗记放大，使旗子暗记成功得到足够高的功率，从而实现更高通信质量、更强电池续航能力、更远通信间隔。PA的性能可以直接决定通信旗子暗记的稳定性和强弱。
随着半导体材料的不断发展，功率放大器也经历了CMOS、GaAs、GaN三大技能路线。第一代半导体材料是CMOS，技能成熟且产能稳定。第二代半导体材料紧张利用GaAs或SiGe，有较高的击穿电压，可用于高功率、高频器件运用。第三代半导体材料GaN在性能上显著强亍GaAs，但本钱较高。目前移动端民用市场紧张采取GaAs 作为功放，而GaN在部分基站端运用率先实现替代。未来GaN将成为高射频、大功耗运用的紧张方案。
三种材料的特性比拟
低噪声放大器LNA：放大吸收旗子暗记，减少噪声引入
低噪声放大器（LNA，Low Noise Amplifier）是噪声系数很小的放大器，功能是把天线吸收到的微弱射频旗子暗记放大，并只管即便减少噪声的引入，LNA能够能有效提高吸收机的吸收灵敏度， 进而提高收发机的传输间隔。因此低噪声放大器的设计是否良好， 关系到全体通信系统的通信质量。
射频开关Switch：掌握电路通断，实现旗子暗记切换
射频开关（Switch）的通过将多路射频旗子暗记中的任一起或几路掌握逻辑连通，实现不同旗子暗记路径的切换，包括吸收与发射的切换、不同频段间的切换等，以达到共用天线、共用通道，节省终端产品本钱的目的。射频开关紧张包括移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等。
调谐器Tuner：天线的阻抗匹配
天线调谐器（Tuner）是位于连接发射系统与天线的一种阻抗匹配网络，用以实现旗子暗记的吸收、滤波、放大、增益掌握等功能，使得天线在所有运用频率上辐射功率最大。
5G/Sub-6通信标准下，手机端中4x4下行链路MIMO哀求每根天线能够高效地支持更宽的频率范围，相应对射频天线tuner的需求数量也会增加，以提高相应频段的辐射效率。
其他射频前端器件
Envelop Tracker (ET)，即包络追踪器，用于提高承载高峰均功率比旗子暗记的功放效率，实现自适应功率放大输出。与均匀功率跟踪技能比较，包络追踪技能能够让功放的供电电压随输入旗子暗记的包络变革，改进射频功率放大器的能效。
RF Reveiver，即射频吸收机。射频吸收机中，射频旗子暗记经天线吸收后，通过滤波器、LNA、模数转换器ADC等对旗子暗记进行变频解调，末了形成进入基带的基带旗子暗记。射频吸收机紧张分超外差吸收机、零中频吸收机和近零中频吸收机三种。
在过去多年的发展中，射频前端材料也经历了多代的发展。
市场规模与竞争格局
过去十年来，射频前端市场规模一贯坚持稳定高速增长，2019年市场规模达到170亿美元，比较2011年的63亿美元增长269%。估量到2025年射频前端市场规模可达250亿美元。
射频前端市场规模及同比增速（亿美元）
而在射频前端市场集中程度较高，基本为头部四大厂商垄断，2019年所占份额分别为博通（美国，29%）、思佳讯（美国， 28%）、村落田（日本， 22%）和科沃（美国， 18%），其他厂商占比仅为约3%。
射频前端竞争格局（头部四厂商）
个中滤波器市场（53%）：SAW滤波器由村落田主导，BAW技能基本为博通和Qorvo所垄断；
功率放大器市场（33%）：美国三大厂商霸占93%的市场份额；
开关及其他组件（10%）：思佳讯、Qorvo主导其他射频器件市场。
2019年，滤波器环球发卖额为95.2亿美元，个中SAW为53.3亿美元，BAW为41.9亿美元，占比从15年的30%提升至19年的41%，未来随着5G渗透率提升有望持续增加。
2019年，滤波器在中国市场的发卖额为26.1亿美元，个中SAW为14.6美元，BAW为11.5亿美元。海内滤波器市场由于自给缺口大，且处于4G-5G切换末期，故市场规模涌现负增长，比较15年减少2.4亿美元。未来随着国产化率的提升以及5G移动+基站端渗透增加，有望快速反弹。
滤波器行业属于技能、成本密集型，对付设计履历以及专利布局哀求极高。手机射频端随着21世纪以来专利竞争以及激烈并购，逐渐形成了以日系、美系厂商分别垄断SAW、BAW市场格局。
SAW、BAW环球市场格局（2019年）
Broadcom、Murata凭借多年技能积累以及专利布局作为第一阵营瓜分高端市场；Skyworks、Qorvo、TDK、TaiyoYuden等凭借综合技能以及配套模组作为第二阵营霸占中端市场；韩台陆厂作为第三阵营目前以低端市场为主，并努力向中高端市场渗透。
滤波器市场基本被日美厂商所垄断
SAW：以村落田、TDK和太阳诱电为首的日系厂商长期深耕SAW市场，个中村落田环球SAW份额占比达到47%，并持续推出TC-SAW和IHP-SAW等产品以适应5G需求；
BAW：博通Avago凭借强劲的技能实力和专利布局垄断87%的BAW滤波市场，思佳讯和Qorvo紧随其后凭借模组化配套生产位居第二梯队。
海内厂商仅有少部分中低端SAW布局，BAW滤波器目前仅有天津诺思等小部分量产。
2019年，环球PA市场规模为56亿美元，估量到2023将将增长至70亿美元。
由于射频器件对设计履历及工艺的哀求较高，且PA为构造最繁芜的前端核心器件，目前环球市场基本上由美国三大射频巨子所垄断。个中Skyworks占43%，Qorvo占25%，Broadcom占25%，别的厂商份额占比不敷10%。
环球PA市场格局（2018年）
由于5G带来的天线以及滤波器组件的增加，终端内部空间减少，为PA多频段设计带来寻衅。模组化趋势为体积减少以及设计流程简化做出贡献，估量2025年PA类模组规模将达到104亿美元，成为射频前端最大细分市场。
在2G-4G频段，由于CMOS工艺成熟且易于集成，在终端中被广泛利用。但在高频频段，GaAs性价比以及功率特性突出，二代材料成为PA、天线等器件的材料首选；在基站端，由于GaN高频特性较好，三代半导体材料被广泛利用在基站侧，未来发展空间广阔。
PA的三代半导体材料功率与频率特性
随着4G技能遍及以及5G标准的推进，智能终端中须要支持频段数量大幅度上升，须要更多开关提升对更多频段旗子暗记的吸收能力。2011年以来，射频开关switch市场快速增长，2019年市场规模达到19亿美元，并随着5G大规模商用将迎来快速增长，估量2023年市场规模将达到35.6亿美元。
射频开关市场龙头厂商为Skyworks（思佳讯）以及村落田，均为综合性射频器件及设计方案供应商，模组化实力强劲。海内射频开关及LNA组件领导者为卓胜微，目前已经开始国产前端模组化布局。
环球射频开关市场规模及预测（美元）
LNA一样平常用于吸收端放大天线旗子暗记，并具有抑制噪声的上风。低噪声放大器目前更多作为模组化组件，与射频开关等大略组件集成在LFEM、WIFI FEM以及LNA Bank等模组当中，2019年市场规模达到14.9亿美元，2023年有望达到17.9亿美元（按分立器件打算）
目前海内厂商以卓胜微、紫光展锐在LNA领域结合自身平台以及模组化集成上风，在LNA出货量方面领先行业，但与国际前辈厂商差距较大。
环球滤波器市场规模（亿美元）
日美四大射频巨子先容
射频前端家当由分立器件厂商、模组厂、整机品牌以及平台设计做事商组成。个中上游分立器件头部厂商综合性生产发卖能力较强，得以更早进行模组化布局，形成先发上风。
射频前端国内外紧张厂商
环球射频前端市场集中度较高，前四大厂商Skyworks、Qorvo、Broadcom和Murata霸占90%以上的市场份额，并不断通过整合并购，业务综合多样化扩展；
在PA及LNA等功率放大器领域，思佳讯霸占靠近一半市场，但正被Qorvo奋起直追；在滤波器方向上，村落田独占SAW滤波器47%的市场份额，而博通则寡占87%的滤波器市场。
四大射频巨子中，思佳讯与Qorvo营收紧张来自前端模组，产品类型中，而博通及村落田业务则涉及各种IC、软件、被动元件和封装等，业务规模弘大，营收均超过百亿美元。
注：市值数据截至2020年10月25日
Skyworks：沾恩中国市场，大力发展5G、物联网
Skyworks：沾恩中国市场，大力发展5G、物联网
Skyworks成立于1962 年，总部位于美国马塞诸塞州，致力于开拓用于射频和移动通信系统的半导体器件。受益于完善的产品构造、在 IoT及 WiFi 领域的拓展和在苹果手机中的广泛运用，同时也是多家海内手机品牌射频器件供应商，中国区收入占比仅次于美国地区（2019年占比22%）。公司2019财年实现营收33.77亿美元，归母净利润8.60亿美元。
Skyworks 在 SAW 滤波器、射频功率放大器、射频开关等产品上都有完善的产品覆盖，并有较强的芯片集成模组能力。2019年霸占环球射频PA 43%的市场份额和射频开关23%的市场份额。
Skyworks的发展进程
为欢迎5G时期带来的寻衅，Skyworks打造Sky5® 平台，通过高度集成的发射/吸收端办理方案和分集吸收模组(DRx)简化了5G架构的开拓难度，未来在IoT以及5G市场布局有望加速。
Sky5® Ultra集成办理方案采取DSBG封装减小尺寸，提升TC-SAW和BAW在目标频段的性能，具备领先的传输和吸收能力，在为终端带来可靠的网络连接传输同时优化手机电池寿命。Sky5® LiTE前端办理方案面向大众市场，支持高达100 MHz的5G新无线电（NR）波形带宽，可适配所有领先芯片供应商接口。
Qorvo：射频通信“新”军，并购推动业务快速扩展
Qorvo由TriQuint Semiconductor 和RF Micro Devices（RFMD）于2015 年合并成立，总部位于美国北卡罗莱纳州，专注于射频通信及国防产品的生产，合并后拥有天线、PA、滤波器和射频开关的全业务布局。2019年公司实现营收32.29亿美元，归母净利润3.34亿美元。
Qorvo成立后，公司不断进行并购扩大产品线，业务布局基本覆盖射频前端百口当链。个中BAW技能发展迅速，霸占环球滤波器8%的市场份额，仅次于Broadcom 。公司在环球射频开关和LNA器市占率高达35%，射频PA市占率也到了达25%。
Qorvo发展进程
Qorvo凭借技能上风和模组化布局长期在射频产品领域供应商中霸占领导地位。公司通过收购得到GaN、GaAs以及SOI技能运用与天线以及射频PA器件中，并连续收购Cavendish等RF MEMS工艺厂商进一步升级其射频前端器件的生产工艺，通过模组化集成形玉成业务前辈布局。
公司在2020Q1完成了对 Custom MMIC 和 Decawave 的收购，进一步布局低功耗IoT以及UWB技能，结合此前物联网干系技能的收购，在物联网、5G领域形成更多影响力。
Broadcom：第五大半导体厂商，射频业务实力强劲
Broadcom Limited，2016年由Avago以370亿美元收购博通公司后更名，目前双总部分别位于美国和新加坡，主营业务为半导体业务以及软件业务。2019年实现营收225.97亿美元，归母净利润34.6亿美元，为环球第五大半导体企业，射频业务占比约30%。
Broadcom 供应无线嵌入式办理方案和射频组件产品，包括全套的射频前端产品。公司在射频前端领域的布局较久，在滤波器（BAW）以及前端模组方面的实力雄厚，独占环球 BAW 滤波器市场87%的市场份额。
博通-安华高通过对多家半导体、通信企业的并购布局，不断扩宽业务范围、加深技能护城河。目前公司计策发展方向逐渐向软件调度，但半导体及射频业务仍旧广受环球用户认可，贡献超过30%以上的公司营收。
Murata：日系老牌电子器件龙头，专利布局多样全面
Murata（村落田）成立于1944年，总部位于日本京都，紧张产品为前辈电子元器件及多功能通讯模组、功率IC的设计和制造。2014 年 8 月收购 Peregrine 半导体公司，拓展射频前端业务。2019年实现营收141.91亿美元，归母净利润16.93亿美元，个中外洋营收占比超过90%，这天本最大的电子元器件制造商。
村落田是环球领先的电子元器件供应商，其被动元件、连接器技能及MEMS工艺实力雄厚。在射频方面，公司供应包括滤波器以及射频开关等器件及模组化产品，霸占环球 SAW 滤波器市场47%的市场份额。
知识产权以及专利布局是村落地主要的发展计策，公司看重新产品和技能的独立开拓，在射频产品领域尤其是SAW技能上具有难以超越的上风。2018年，公司在日本拥有8121项专利申请，在环球拥有12474项专利申请，申请数量环球排名29。
公司依托全面专利布局以及精良的供应链管理能力，向环球各地客户供应各种电子元器件，霸占较高市场份额。个中陶瓷电容市占率达到40%，SAW滤波器环球占比50%，电磁屏蔽件EMI环球占比35%。通信连接器模组份额为55%以上，市场份额均为环球第一。
以上内容便是本次推文的紧张内容，在今后的文章里，同大家一起分享射频芯片与基带的关系，敬请期待。
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