射频芯片工作原理分析（下）

**1. 电路结构 **

发射电路由中频内部的发射调制器、发射鉴相器;发射压控振荡器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、发射互感器等电路组成。(如下图)

发射电路方框图

**2. 各元件的功能与作用 **

1)、发射调制器：

结构：发射调制器在中频内部，相当于宽带网络中的 MOD。

作用：发射时把逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)与本振信号调制成发射中频。

2)、发射压控振荡器(TX-VCO)：

结构：发射压控振荡器是由电压控制输出频率的电容三点式振荡电路;在生产制造时集成为一小电路板上，引出五个脚：供电脚、接地脚、输出脚、控制脚、900M/1800M 频段切换脚。当有合适工作电压后便振荡产生相应频率信号。

作用：把中频内调制器调制成的发射中频信号转为基站能接收的 890M-915M(GSM)的频率信号。

原理：众所周知，基站只能接收 890M-915M(GSM)的频率信号，而中频调制器调制的中频信号(如三星发射中频信号 135M)基站不能接收的，因此，要用 TX-VCO 把发射中频信号频率上变为 890M-915M(GSM)的频率信号。

当发射时，电源部分送出 3VTX 电压使 TX-VCO 工作，产生 890M-915M(GSM)的频率信号分两路走：a)、取样送回中频内部，与本振信号混频产生一个与发射中频相等的发射鉴频信号，送入鉴相器中与发射中频进行较;若 TX-VCO 振荡出频率不符合手机的工作信道，则鉴相器会产生 1-4V 跳变电压(带有交流发射信息的直流电压)去控制 TX-VCO 内部变容二极管的电容量，达到调整频率准确性目的。b)、送入功放经放大后由天线转为电磁波辐射出去。

从上看出：由 TX-VCO 产生频率到取样送回中频内部，再产生电压去控制 TX-VCO 工作;刚好形成一个闭合环路，且是控制频率相位的，因此该电路也称发射锁相环电路。

3)、功率放大器(功放)：

结构：目前手机的功放为双频功放(900M 功放和 1800M 功放集成一体)，分黑胶功放和铁壳功放两种;不同型号功放不能互换。

作用：把 TX-VCO 振荡出频率信号放大，获得足够功率电流，经天线转化为电磁波辐射出去。

值得注意：功放放大的是发射频率信号的幅值，不能放大他的频率。

功率放大器的工作条件：

a)、工作电压(VCC)：手机功放供电由电池直接提供(3.6V)；

b)、接地端(GND)：使电流形成回路；

c)、双频功换信号(BANDSEL)：控制功放工作于 900M 或工作于 1800M；

d)、功率控制信号(PAC)：控制功放的放大量(工作电流)；

e)、输入信号(IN);输出信号(OUT)。

4)、发射互感器：

结构：两个线径和匝数相等的线圈相互靠近，利用互感原理组成。

作用：把功放发射功率电流取样送入功控。

原理：当发射时功放发射功率电流经过发射互感器时，在其次级感生与功率电流同样大小的电流，经检波(高频整流)后并送入功控。

5)、功率等级信号：

所谓功率等级就是工程师们在手机编程时把接收信号分为八个等级，每个接收等级对应一级发射功率(如下表)，手机在工作时，CPU 根据接的信号强度来判断手机与基站距离远近，送出适当的发射等级信号，从而来决定功放的放大量(即接收强时，发射就弱)。

附功率等级表：

6)、功率控制器(功控)：

结构：为一个运算比较放大器。

作用：把发射功率电流取样信号和功率等级信号进行比较，得到一个合适电压信号去控制功放的放大量。

原理：当发射时功率电流经过发射互感器时，在其次级感生的电流，经检波(高频整流)后并送入功控;同时编程时预设功率等级信号也送入功控;两个信号在内部比较后产生一个电压信号去控制功放的放大量，使功放工作电流适中，既省电又能长功放使用寿命(功控电压高，功放功率就大)。

3. 发射信号流程

当发射时，逻辑电路处理过的发射基带信息(TXI-P;TXI-N;TXQ-P;TXQ-N)，送入中频内部的发射调制器，与本振信号调制成发射中频。而中频信号基站不能接收的，要用 TX-VCO 把发射中频信号频率上升为 890M-915M(GSM)的频率信号基站才能接收。当 TX-VCO 工作后，产生 890M-915M(GSM)的频率信号分两路走：

a)、一路取样送回中频内部，与本振信号混频产生一个与发射中频相等的发射鉴频信号，送入鉴相器中与发射中频进行较;若 TX-VCO 振荡出频率不符合手机的工作信道，则鉴相器会产生一个 1-4V 跳变电压去控制 TX-VCO 内部变容二极管的电容量，达到调整频率目的。

b)、二路送入功放经放大后由天线转化为电磁波辐射出去。为了控制功放放大量，当发射时功率电流经过发射互感器时，在其次级感生的电流，经检波(高频整流)后并送入功控;同时编程时预设功率等级信号也送入功控;两个信号在内部比较后产生一个电压信号去控制功放的放大量，使功放工作电流适中，既省电又能长功放使用寿命。

国产射频芯片产业链现状

在射频芯片领域，市场主要被海外巨头所垄断，海外的主要公司有 Qrovo，skyworks 和 Broadcom；国内射频芯片方面，没有公司能够独立支撑 IDM 的运营模式，主要为 Fabless 设计类公司；国内企业通过设计、代工、封装环节的协同，形成了“软 IDM“”的运营模式。

射频芯片设计方面，国内公司在 5G 芯片已经有所成绩，具有一定的出货能力。射频芯片设计具有较高的门槛，具备射频开发经验后，可以加速后续高级品类射频芯片的开发。目前，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、雷柏科技、华虹设计、江苏钜芯、爱斯泰克等。

射频芯片代工方面，台湾已经成为全球最大的化合物半导体芯片代工厂，台湾主要的代工厂有稳懋、宏捷科和寰宇，国内仅有三安光电和海威华芯开始涉足化合物半导体代工。三安光电是国内目前国内布局最为完善，具有 GaAs HBT/pHEMT 和 GaNSBD/FET 工艺布局，目前在于国内 200 多家企事业单位进行合作，有 10 多种芯片通过性能验证，即将量产。海威华芯为海特高新控股的子公司，与中国电科 29 所合资，目前具有 GaAs 0.25um PHEMT 工艺制程能力。

射频芯片封装方面，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,一方面减小体积另一方面方便下游终端厂商使用。为了减小射频参数的寄生需要采用 Flip-Chip、Fan-In 和 Fan-Out 封装技术。

Flip-Chip 和 Fan-In、Fan-Out 工艺封装时，不需要通过金丝键合线进行信号连接，减少了由于金丝键合线带来的寄生电效应，提高芯片射频性能；到 5G 时代，高性能的 Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out 结合 Sip 封装技术会是未来封装的趋势。

Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out 和 Sip 封装属于高级封装，其盈利能力远高于传统封装。国内上市公司，长电科技收购星科金朋后，形成了完整的 FlipChip+Sip 技术的封装能力。