中国5G射频芯片的突围

最近应朋友之请求，通过正规渠道咨询了几款射频芯片的货期，虽然大家都说从今年下半年开始，芯片荒会逐渐减除，货期也会缩短，但是当下正规渠道了解到的射频芯片货期依然为50周以上，基本上就意味着没货可拿，也意味着如果是紧急需求的项目，那就无需考虑了。

一、射频的千亿市场
射频芯片有“模拟芯片皇冠上的明珠”之称，因为其技术难度高、研发时间长，尤其是射频PA技术，长时间被国外所垄断。

据Yole Development数据，2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元，预计2025年有望达到258亿美元，7年CAGR达到8%。

据Yole Development的统计与预测，分立器件与射频模组共享整个射频前端市场。2018年射频模组市场规模达到105亿美元，约占射频前端市场总容量的70%。到2025年，射频模组市场将达到177亿美元，年均复合增长率为8%。

二、射频是5G的咽喉？
射频前端是移动通信设备的的重要部件。射频前端电路需要适应更高的载波频率、更宽的通信带宽，更高更有效率和高线性度的信号功率输出，自身需要升级以适应5G的变化，在整体结构、材质以及器件数量方面都需要巨大的革新。

射频对于5G的重要性距我们最近的一次，体现在华为事件上。

美国对华为的制裁让华为消费者业务大受影响，造成有市无货的局面。国内外有许多射频芯片厂商，在频芯片产业链中占据重要的市场地位。但是并非所有的技术都能自如供应，或是不符合华为合作要求，或是使用了来自美国的技术。

三、射频芯片的设计难点
射频芯片的设计面临诸多难点，其中较为突出的是：器件射频精确建模、版图寄生参数提取准确性、电磁仿真的建模精度以及封装。

射频电路随着频率的升高，对寄生参数会越来越敏感。较大的寄生电阻、电容会使电路性能降低，因为如何准确的评估寄生参数的量就变得尤为重要。因此需要对器件进行精确射频建模和对寄生参数的精确提取。

器件的射频精确模型是业内的一大难题，频率越高偏差会越大，还有一些器件特性难以建模，例如亚阈值区域特性，大信号条件下的高阶非线性特性，各类噪声特性的准确建模，这些模型的问题都会带来仿真结果与实际产品之间的差异。

另外一个难题就是版图寄生参数提取的准确性和电磁仿真的建模精度问题，版图寄生参数通常只是提取寄生的电阻和耦合电容，精度也非常有限，这些寄生参数对电路有着非常大的影响，可能会使高频增益严重降低，噪声急剧恶化，匹配完全偏离设计，甚至带来稳定性问题；而且工作频率升高以后分布寄生参数对电路影响的评估变得极不准确，电磁耦合干扰的问题会很严重，这时就需要电磁仿真工具来进行评估。

电磁仿真严重依赖于晶圆上各层材料的建模，这个模型非常难建的准确，特别是衬底的模型，通常都会简化很多因素来建立一个相对简单实用的模型，其次电磁仿真本身就存在精度问题，这都导致了版图对电路性能影响的评估存在偏差。

5G射频芯片一方面频率升高导致电路中连接线的对电路性能影响更大，封装时需要减小信号连接线的长度；另一方面需要把功率放大器、低噪声放大器、开关和滤波器封装成为一个模块,才能减小体积并且方便下游终端厂商使用。

四、5G射频芯片的发展趋势
集成化需求推动全产品线布局

从3G时代开始，出于节省PCB面积、降低手机厂商研发难度的考虑，射频前端逐渐由分立器件走向模组。

从2G到5G，射频前端经历了从分立器件到FEMiD，再到PAMiD的演变，整个射频前端的集成化趋势愈加明显。

高频趋势势不可挡，新技术应运而生

高频资源的不断解锁，需要射频前端不断推出新技术以保证性能。其中，值得重点关注射频前端的两大“兵家必争之地”，有源器件PA和无源器件滤波器：

PA的性能提升主要通过新材料于新工艺的结合，而非微缩制程。

SiGe对应的CMOS工艺兼顾Si工艺集成度、良率和成本优势和第三代半导体速度优势，目前已经较为成熟，适用于在6GHz以下低频带。但是CMOS功放版图面积较大，设计复杂因此面临的研发成本也并不低，在线性度、输出功率、击穿电压等性能上仍不及GaAs。

而射频材料低频段以GaAs主导，高频段GaN占优。比较GaAs与GaN，低频领域GaAs可以承受较高工作电压，且GaN目前制造成本依然较高，5GSub-6GHz频段最适用的工艺方案是GaAs。

高频段下，滤波器由SAW技术迁移至BAW技术

与PA面临的挑战类似，滤波器也同样需要在高更频段、更大带宽下保持高性能。在2G时代，SAW滤波器为主流技术，以Murata为业界标准；而从3G时代开始，Qorvo和Broadcom为代表的欧美厂商则通过高频段仍能保持高性能的BAW滤波器一举登上舞台。

SAW的频率与速率成正比，与IDT电极间间距成反比。当间距越小是，电流密度大会产生电迁移和发热等问题，因此SAW滤波器不太适合2.5GHz以上的频率。

BAW滤波器适用于高频（1.5GHz以上有优势），且尺寸会随频率升高而缩小，对温度变化不敏感，拥有极低损耗与陡峭的滤波器裙边。其工艺与成本比SAW/TC-SAW复杂，价格也更高昂。

五、国产芯片突出重围
与数字/逻辑电路不同，射频前端器件通常具有较高的技术、经验、资金等各种壁垒，国产射频前端整体起步较晚，与国际先进水平仍存在一定的差距。但随着国内市场需求不断增长、国家对集成电路产业日益重视，来自中国公司的射频芯片公司也涌现出了一批佼佼者如：卓胜微、唯捷创芯、富满微、飞骧科技等企业为实现5G射频自主供应贡献力量。

5G射频芯片的突围，只是一个时间问题
微软公司的创始人比尔盖茨则都说：“老美的做法只会加速中国芯片产业的自给自足。”所以我们的国产芯片定能够突破当时市场技术壁垒，芯片国产化只是一个时间问题了。

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