Wi-Fi無(wú)線設(shè)備通道數(shù)量的增加, Wi-Fi 6E/7的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化

業(yè)界領(lǐng)先的射頻前端模組(FEM)供應(yīng)商Qorvo的觀點(diǎn)認(rèn)為，用于Wi-Fi接入點(diǎn)的非線性FEM技術(shù)是正確實(shí)現(xiàn)三頻段Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7設(shè)計(jì)的關(guān)鍵;原因在于，新的非線性方法提高了功率放大器(PA)的效率，降低了功耗。Qorvo表示，這將帶來(lái)一系列優(yōu)勢(shì);其新型非線性FEM元件也已準(zhǔn)備就緒，將于2024年批量投放市場(chǎng)。

迄今為止，線性放大一直是包括Wi-Fi前端模組(FEM)在內(nèi)射頻(RF)設(shè)計(jì)所追求的“圣杯”，即在RF信號(hào)到達(dá)Wi-Fi天線之前用于放大發(fā)射和接收RF信號(hào)(且失真最小)的集成電路。領(lǐng)先的FEM和RF元件供應(yīng)商Qorvo指出，目前，F(xiàn)EM的設(shè)計(jì)和應(yīng)用范式(方法)正在整個(gè)行業(yè)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

這一切都是為了降低Wi-Fi設(shè)備的功耗和熱影響?！半S著Wi-Fi無(wú)線設(shè)備通道數(shù)量的增加，降低功耗變得越來(lái)越重要——例如在三頻段或四頻段Wi-Fi 6E或Wi-Fi 7設(shè)計(jì)中;同時(shí)，越來(lái)越小的外形尺寸也是大勢(shì)所趨。這意味著容納散熱器和風(fēng)扇等大型熱管理組件的空間更小，有時(shí)甚至沒(méi)有空間。”Qorvo高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理Jeremy Foland強(qiáng)調(diào)。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的解決方案是使用非線性FEM;因?yàn)榕c線性放大器相比，非線性FEM所需的電流更小，功耗可降低20-25%。為避免固有失真造成的信號(hào)衰減，該方案采用了DPD(數(shù)字預(yù)失真)技術(shù)。Jeremy Foland對(duì)此表示，加在客戶(hù)駐地設(shè)備(客戶(hù)端設(shè)備) (CPE) 中確實(shí)是一種全新的方法，Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7的時(shí)代即將開(kāi)啟，全新的RF設(shè)計(jì)將廣泛采用這種方案。

“最先進(jìn)的Wi-Fi芯片組采用查表方法為非線性FEM提供預(yù)失真參數(shù)。通過(guò)這種方式，F(xiàn)EM可獲得快速校準(zhǔn)，而且該方案也幾乎不需要消耗任何處理器功耗——我們知道，處理器會(huì)進(jìn)一步增加功耗?！彼f(shuō)，最終結(jié)果是，非線性FEM的性能幾乎與線性FEM相當(dāng)，但效率更高。大多數(shù)Wi-Fi芯片組供應(yīng)商都支持DPD的查表方法。

另一個(gè)非常理想的最終結(jié)果可能是降低成本，緣于Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7網(wǎng)關(guān)及接入點(diǎn)(AP)的機(jī)械要求和冷卻需求降低。此外，新方法還允許高性能多射頻企業(yè)級(jí)AP符合PoE(以太網(wǎng)供電)預(yù)算的嚴(yán)格限制。Qorvo指出，從環(huán)境可持續(xù)性和能源成本的角度來(lái)看，降低功耗也很關(guān)鍵。Jeremy Foland 說(shuō)：“我們的愿景是實(shí)現(xiàn)零排放。”

自成立以來(lái)，芯百特已自主研發(fā)了近50款芯片，實(shí)現(xiàn)近20款芯片的量產(chǎn)，WiFi FEM、Small Cell、UWB定位等產(chǎn)品市場(chǎng)占有率處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，部分產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。在WiFi6 FEM領(lǐng)域，芯百特研發(fā)了包括CB5755、CB5746、CB5310、CB5326、CB5331、CB5743、CB5747、CB5337等型號(hào)在內(nèi)的產(chǎn)品，布局日臻完善。其中，CB5755和CB5746兩款產(chǎn)品都是一個(gè)高度集成的5 GHz前端模塊(FEM)，包括一個(gè)5 GHZ單刀雙擲(SPDT)發(fā)射/接收(T/R)開(kāi)關(guān)，一個(gè)帶有旁路的5 GHz低噪聲放大器(LNA)和一個(gè)5 GHz功率放大器(PA)。

從產(chǎn)品性能看，CB5755采用緊湊的16引腳3 x 3 mm基板(LGA)封裝，傳輸增益32dB，接收增益13dB，適用于高功率802.11ax應(yīng)用和系統(tǒng);CB5746采用緊湊的16引腳2.5 x 2.5 mm基板(LGA)封裝，傳輸增益28dB，接收增益13dB，適用于移動(dòng)/便攜802.11ax 1024 QAM應(yīng)用和系統(tǒng)。

從應(yīng)用領(lǐng)域看，CB5755和CB5746可應(yīng)用于802.11ax機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng);PC卡、PCMCIA卡、迷你卡、半迷你卡;支持WLAN的無(wú)線視頻系統(tǒng)。

目前，CB5755和CB5746已經(jīng)在阿爾法客戶(hù)進(jìn)行小批量導(dǎo)入，產(chǎn)品性能、產(chǎn)品一致性與國(guó)外競(jìng)品相當(dāng)，而且功率高于國(guó)外競(jìng)品。CB5755和CB5746優(yōu)異的性能指標(biāo)，為市場(chǎng)提供了更多選擇，進(jìn)一步提升了芯百特在WiFi6 FEM領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)用“芯”為用戶(hù)創(chuàng)造了更大的價(jià)值。

乘風(fēng)起，后發(fā)優(yōu)勢(shì)搶跑WiFi 6賽道

乘風(fēng)起勢(shì)隨波逐浪，芯百特在WiFi 6賽道搶跑。

在芯片行業(yè)，技術(shù)迭代和產(chǎn)品升級(jí)是永恒的話題。技術(shù)每一次迭代就意味著新的機(jī)遇降臨，而機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，但機(jī)會(huì)總是屬于有準(zhǔn)備的人。沒(méi)有前期的技術(shù)積累，很難抓住技術(shù)和產(chǎn)品升級(jí)的機(jī)會(huì)來(lái)賽道搶跑。

嚴(yán)愛(ài)民進(jìn)一步表示，盡管WiFi 6 FEM 產(chǎn)品立項(xiàng)滯后于市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品，芯百特充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品立項(xiàng)時(shí)指標(biāo)便高于市場(chǎng)產(chǎn)品;同時(shí)在其他競(jìng)品沒(méi)有較大迭代的當(dāng)下，芯百特WiFi 6 FEM在性能上也有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)內(nèi)部幾次迭代，芯百特WiFi6 FEM基本已經(jīng)做到了全國(guó)產(chǎn)化，搭配國(guó)內(nèi)WiFi6的 SoC芯片，實(shí)現(xiàn)了WiFi6模組的大批量量產(chǎn)，為后續(xù)新產(chǎn)品指標(biāo)立項(xiàng)更貼近市場(chǎng)的需求以及做出更具性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品提供更好的助力。

在WiFi 6 FEM 時(shí)代，芯百特主要以中高功率的FEM為主，目前2.4G 頻段已經(jīng)量產(chǎn)出貨，5.8G頻段的也進(jìn)入小批量產(chǎn)階段。嚴(yán)愛(ài)民表示，未來(lái)WiFi6 FEM會(huì)往兩個(gè)方向，一是技術(shù)升級(jí)往WiFi7 FEM 方向升級(jí)，二是對(duì)于WiFi6 FEM的存量或增量市場(chǎng)，降成本仍然是主流的方向，在大部分玩家出局前，性?xún)r(jià)比仍然主導(dǎo)著未來(lái)市場(chǎng)的方向。

針對(duì)未來(lái)WiFi產(chǎn)品線路規(guī)劃，嚴(yán)愛(ài)民介紹，后續(xù)芯百特將持續(xù)在WiFi產(chǎn)品線投入，產(chǎn)品囊括WiFi 6和WiFi 7兩大類(lèi)。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，補(bǔ)充高功率，高效率，低成本，高可靠性等不同產(chǎn)品特性，以滿(mǎn)足特定場(chǎng)合需求。同時(shí)，芯百特也將針對(duì)模塊市場(chǎng)做定制化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)以及高性能手機(jī)WiFi產(chǎn)品，來(lái)填補(bǔ)后續(xù)手機(jī)VR類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景下的硬件需求。

匠心造，WiFi 6 FEM提質(zhì)突圍

WiFi6 FEM賽道擁擠，競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本敏感，已成為行業(yè)的共識(shí)。

WiFi FEM市場(chǎng)可以分為路由器市場(chǎng)和手機(jī)市場(chǎng)。嚴(yán)愛(ài)民指出，與國(guó)外WiFi 6 FEM相比，國(guó)內(nèi)WiFi 6 FEM在產(chǎn)品的形態(tài)種類(lèi)方面還沒(méi)有國(guó)外的全，在產(chǎn)品的小型化方面也還有差距，比如：移動(dòng)設(shè)備用的小尺寸WiFi 6 FEM基本來(lái)自國(guó)外廠商。而在路由器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)FEM 的性能已直追國(guó)外的同類(lèi)產(chǎn)品。

“隨著WiFi 6在移動(dòng)設(shè)備的普及，手機(jī)端的WiFi 6 FEM也進(jìn)入了快速增長(zhǎng)階段。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，到2025年，中國(guó)WiFi FEM市場(chǎng)會(huì)到30億美元，未來(lái)市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代的上漲空間廣闊?！?

具體來(lái)看，當(dāng)前WiFi 6 FEM的設(shè)計(jì)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)愛(ài)民認(rèn)為，核心挑戰(zhàn)主要來(lái)自成本壓力、EVM指標(biāo)、工藝三個(gè)方面：

1、成本壓力。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)架構(gòu)都需要重新考量，設(shè)計(jì)端簡(jiǎn)單的改版和改進(jìn)不足以讓產(chǎn)品成本上產(chǎn)生明顯的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)不難，難的是如何在窗口期時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)一個(gè)有成本競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。嚴(yán)愛(ài)民感嘆：“現(xiàn)在太卷了，大家都是背著氧氣瓶在水下，比拼氧氣瓶容量和氧氣消耗量?！?

2、WiFi FEM芯片發(fā)展對(duì)于EVM指標(biāo)愈發(fā)嚴(yán)格。設(shè)計(jì)過(guò)程中的偏差、封裝過(guò)程中的合理公差、晶圓工藝的合理偏差都會(huì)對(duì)批量產(chǎn)品生產(chǎn)測(cè)試的EVM指標(biāo)的一致性產(chǎn)生非常大的影響。

3、WiFi 6和WiFi 7對(duì)于線性功率的需求越來(lái)越高，現(xiàn)有的成熟的GaAs工藝越發(fā)吃力，滿(mǎn)足不了已有的設(shè)計(jì)需求，需要更高更新的EVM指標(biāo)，如此帶來(lái)的設(shè)計(jì)難度也提高了成本。這是一個(gè)“蹺蹺板”的問(wèn)題，需要做trade off處理。

迎接挑戰(zhàn)，芯百特依托強(qiáng)大的研發(fā)隊(duì)伍、全國(guó)產(chǎn)化的供應(yīng)鏈、專(zhuān)業(yè)的市場(chǎng)服務(wù)隊(duì)伍三大“基石”匠心造WiFi 6 FEM提質(zhì)突圍。

1、強(qiáng)大的研發(fā)隊(duì)伍。目前，芯百特的研發(fā)隊(duì)伍基本都來(lái)自國(guó)際大廠，包括skyworks、Qorvo、 高通等，擁有豐富的射頻前端器件的研發(fā)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，這為芯百特在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、品質(zhì)控制和大規(guī)模量化方面，提供了強(qiáng)有力的支持。

2、全國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈。在WiFi 5時(shí)代，芯百特先后研發(fā)出數(shù)代 WiFi 5 FEM 產(chǎn)品導(dǎo)入國(guó)內(nèi)頭部大廠。在客戶(hù)的要求下，芯百特的供應(yīng)鏈已經(jīng)完成全國(guó)產(chǎn)化，包括硅基的芯片，化合物的芯片，芯片的載板，封測(cè)等;從設(shè)計(jì)伊始，就充分考慮ESD、魯棒性、穩(wěn)定性，以及芯片量產(chǎn)前的一系列列可靠性測(cè)試，產(chǎn)品品控接軌國(guó)際大廠的要求。

3、專(zhuān)業(yè)的市場(chǎng)服務(wù)隊(duì)伍。芯百特市場(chǎng)服務(wù)隊(duì)伍能協(xié)助客戶(hù)進(jìn)行產(chǎn)品導(dǎo)入前期的設(shè)計(jì)、調(diào)試、安規(guī)測(cè)試等，在客戶(hù)量產(chǎn)期間，提供品質(zhì)管控、齊全的失效分析手段及流程，幫助客戶(hù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝及流程，甚至有時(shí)候協(xié)助客戶(hù)整合資源，給客戶(hù)帶來(lái)更多的附加價(jià)值。

總體來(lái)看，芯百特具備多工藝(CMOS/SOI/GaAs/濾波器/MEMS)設(shè)計(jì)和整合能力，先進(jìn)封裝經(jīng)驗(yàn)，射頻交鑰匙方案。在高性能(高線性、高效率、高功率、高帶寬)射頻功率放大器、低噪聲射頻放大器、超寬帶高精度定位芯片等方面技術(shù)領(lǐng)先。