為什么說濾波器技術(shù)永遠(yuǎn)差一點(diǎn)?

手機(jī)的射頻器件，好比部隊(duì)的無線電兵，通信全靠它。中國是世界最大的手機(jī)生產(chǎn)國，但造不了高端的手機(jī)射頻器件。這需要材料、工藝和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的踏實(shí)積累。高端射頻芯片缺少國貨，一塊手機(jī)的主板上，1/3的空間是射頻電路。

聲音要傳到千里之外，得先轉(zhuǎn)化成高頻的射電波。信息編碼成一秒鐘幾十億波峰的正弦電波，對方手機(jī)接收和還原，紋絲不亂。這就是射頻器件的本事。射頻器件的核心部件是功率放大器芯片，也叫射頻芯片，4G手機(jī)一般會用4到5顆。

“我們好比是修高速公路的，路修得越寬、越平直，車跑得越多、越快。”專業(yè)設(shè)計射頻芯片的Vanchip公司工程師王利明說。

“手機(jī)發(fā)展趨勢是更輕薄，功耗更小，頻段更多，帶寬更大，這就向射頻芯片提出了挑戰(zhàn)?！蓖趵髡f，“射頻芯片將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成電磁波，4G手機(jī)要支持十幾個頻段，信息帶寬幾十兆。信號不能受干擾，這很難?！?/span>

2018年，射頻芯片市場150億美元;高端市場基本沒有國貨，被Skyworks、Qorvo和 博通3家壟斷，高通也占一席之地。

“多年以來，這幾家的產(chǎn)品已經(jīng)很有口碑，性能很穩(wěn)定。所以大手機(jī)公司比如蘋果、華為和三星等等，基本都用它們的。”王利明說。

國貨的買家多為小品牌手機(jī)，且國貨多為2G、3G芯片;4G射頻芯片基本都是洋貨。

射頻芯片的電路設(shè)計是玄妙的藝術(shù)

高頻電波的信號很脆弱，在復(fù)雜的電磁環(huán)境里，保持信號的清晰穩(wěn)定，有賴于各環(huán)節(jié)的抗干擾性。設(shè)計這種電路，是一門尚未完全找到規(guī)律的藝術(shù)。

比如說，有瑕疵的射頻芯片像擴(kuò)音喇叭一樣，會發(fā)出尖利的無用信號。排查故障是非常麻煩的。

射頻電路怕噪聲干擾，但引入噪聲的可能性太多了——電源、鄰近電路、耦合、發(fā)熱、自身元件……

不合理的建模，生產(chǎn)出來的電路，一個和另一個的效果天差地別。

而從圖紙變?yōu)閷?shí)際電路，更需要設(shè)計師的豐富經(jīng)驗(yàn)。何種布局，如何抵消各元件的不良影響，兼容不理想的元件，設(shè)計師都要有辦法。引入新元件，小了不起作用，大了又產(chǎn)生新的干擾。元件用多了，功耗又會增大……

設(shè)計師在考慮“要不要給反饋環(huán)串聯(lián)一個小電阻來緩沖?”“是否改一下地線引腳以屏蔽噪聲?”這類問題時，往往沒有現(xiàn)成答案，靠經(jīng)驗(yàn)和試錯。試探著穩(wěn)定電路，好像把雞蛋立在鴨蛋上，常憑感覺。

射頻芯片屬于模擬電路，跟處理“1”和“0”的數(shù)字電路不同。數(shù)字電路設(shè)計類似于編程，有成熟的模塊和自動化工具;而設(shè)計模擬電路，要面對的是復(fù)雜未知的自然世界。

電子創(chuàng)新網(wǎng)創(chuàng)始人張國斌說：“數(shù)字電路領(lǐng)域更多需要市場反應(yīng)速度，國內(nèi)有不少做得好的公司，但設(shè)計和生產(chǎn)射頻器件，需要各種基礎(chǔ)科學(xué)知識，經(jīng)驗(yàn)積累和制造是關(guān)鍵，‘彎道超車’幾乎不可能?！?/span>

小小濾波器，中國造不好

射頻器件的另一個關(guān)鍵元件——濾波器，國內(nèi)外差距更大。手機(jī)使用的高端濾波器，幾十億美元的市場，完全歸屬Q(mào)orvo等國外射頻器件巨頭。

濾波器可去除目標(biāo)頻段以外的信號，是很基礎(chǔ)的電路器件。4G手機(jī)用的是更精準(zhǔn)和昂貴的濾波器，一臺手機(jī)要裝10來個。這種高端濾波器基于壓電效應(yīng)原理，引入聲波來工作;它的基底和涂層采用一些新材料(其中一些用在最好的軍用雷達(dá)上)，加工精度要很高，涉及到薄膜沉積和微機(jī)械工藝。

濾波器頻段邊緣越“陡峭”，越能避免鄰近頻段的信號干擾?！氨热鐜V波器就像一扇門，高端產(chǎn)品的門框可以很好，將雜亂信號濾得很干凈?！睆垏笳f，“在性能指標(biāo)上如中心頻率、截止頻率、線性度、靈敏度等方面我們比別人落后，一時還趕不上去?！?/span>

基礎(chǔ)元器件的差距不止這一個。張國斌舉了個例子：射頻電路都有振蕩器，它需要一個高精度晶體振蕩器，高頻信號需要倍頻信號，若晶體振蕩器的頻率精度不夠，則多次倍增后信號就會差到不能用。而最精準(zhǔn)的晶體振蕩器，多數(shù)產(chǎn)自海外。