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2.1 基带处理器
2.1.1 基带芯片
基带芯片是移动互联网设备通信的中枢,它控制射频芯片,共同实现通信功能,技术核心在于对通信协议算法及信号的处理。基带芯片与移动通信制式的升级紧密相关,特别是在5G时代,其与传统移动互联网最大的区别在于网络能力,5G的主要特点在于数据传输速率更快、传输带宽更大、连接数量更多。而网络能力主要是由移动互联网终端的基带芯片决定的。基带芯片具有高投入、回报周期长等特点,目前只有5家厂家能够制造5G基带芯片,分别是高通、华为、联发科、三星、紫光展锐,而TI、英飞凌、博通、瑞萨、STE等芯片巨头相继退出,基带芯片的研制能力基本上决定了主要芯片厂商的市场地位和竞争能力。
市场上主要5G基带芯片参数表如表2.1所示。
表2.1 市场上主要5G基带芯片参数表
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多模移动终端基带芯片成为必然,即最终在一颗基带芯片上支持所有的移动网络和无线网络制式,包括3G、4G、5G和Wi-Fi等,多模移动终端可实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游。多种通信模式汇集在一颗芯片内会大大增加芯片的实现难度,不仅要设计通用的移动通信模式实现平台,还要在有限的尺寸范围内为每种通信模式增设特有的加速单元,MCU上和不同模式子系统之间还要考虑模式切换所必需的通信管理。MCU上的软件复杂程度变高,不同模式子系统间因为要共享一些数据(如基站信号强度)也需要进行一些数据的直接交换。多模终端的一大技术要点是通信模式的切换,这就需要基带芯片的支持。因此,多模终端必须能够智能探测不同模式的信号强度,自动完成模式切换,这一切最好都在用户感觉不到的情况下进行。多模基带的模式自动切换带来了额外的设计难度,需要将多种模式的协议栈紧密糅合、各自的物理层之间还有必要的数据通信。各种通信模式相互切换的规范和算法使得MCU上多种模式协议栈的糅合成为可能,物理层信息共享则可通过在不同DSP子系统间建立简单直连(如寄存器或SPI等)进行。若所有的通信模式都封装在一颗芯片上,则由一个主控处理器控制时模式切换相对简单。目前能做到单芯片支持全模的只有高通一家。大部分终端基带方案都采用两颗甚至多颗基带芯片的组合,如CDMA/GSMg基带+LTE基带,两颗基带芯片间通过SPI、SDIO、USB等通信。
基带芯片的技术门槛高、研发周期长、资金投入大(从开始研发到一次流片动辄以百万美元为单位)、竞争激烈,因此如果“站错队”或者成品稍晚一步则容易陷入步步皆输的结局。很多厂商相继放弃基带业务,如飞思卡尔、德州仪器、博通、英伟达。
2.1.2 射频芯片
射频芯片指的是将不同频率的无线通信电信号,通过射频信号收发、频率合成、功率放大,转换和处理成一定的无线通信电信号波形,并通过天线谐振发送出去的电子元器件,包括射频开关(Switch)、射频低噪声放大器(LNA)、射频功率放大器(PA)、双工器(Duplexers)、射频滤波器(Filter)等部分。射频芯片主要应用于智能手机等移动互联网终端,是移动终端通信的核心组件,其技术创新推动了移动通信技术的不断发展,是现代通信技术的基础,被称为“模拟芯片皇冠上的明珠”。
5G对射频前端芯片也提出了很高的要求,并对传统射频厂商产生了深远的影响。新的射频将以超高频频段发布,前端模块的密度要更大,以进行新的频段集成,天线调谐器和多路复用器的规格也需更为复杂。从国际竞争力来看,射频芯片领域的市场主要被Qrovo、Skyworks和Broadcom等海外巨头所垄断,我国射频芯片还处在中低端水平。与处理器等芯片不同,射频芯片的突破点主要在新设计、新工艺和新材料三个方面。目前,国内具备射频芯片设计的公司有紫光展锐、唯捷创芯、中普微、中兴通讯等。在射频芯片封装方面,为了减小5G射频的寄生参数,需要采用倒装芯片封装(Flip-Chip)、扇入封装(Fan-In)和扇出封装(Fan-Out)等封装技术。这是由于5G射频信号有较高的频率,导致电路中连线对电路性能的影响更大,封装时需要减小信号线的长度;另外也需要减小封装体积,以方便下游终端厂商使用。