卓胜微PAMid解读

科技   2024-10-27 10:32   湖北  
前几天我们发文说星曜半导体实现了L-PAMid全自研,有读者朋友留言问我们卓胜微的PAMid怎么样?
在回答这个问题前,我们首先看看什么是PAMid?根据村田网站的解释,PAMiD是集成PA、滤波器、开关的模组化程度较高的PA模块。PAMiD(PA Module integrated with Duplexer)是集成双工器的功放模块,它在多层基板上安装并集成了PA、SAW DPX(Surface Acoustic Wave Duplexer,声表面波双工器)、开关IC、发送器低通滤波器(LPF)和接收器SAW滤波器。

随着从4G到5G的发展,在需要向下兼容以往的通信制式的同时,5G技术使得射频前端需要支持的频段数量大幅增加,需要的组件数量也增加。


在这种情况下,为满足手机小型化要求,射频前端逐渐从分立器件走向模组化。射频前模组方案中,最具代表性的就是发射通路的PAMiD模组。PAMiD是PAModule integrated with Duplexer的缩写,早期也被称为PAD,是集成了PA、开关与滤波器的模组。 

最早的PAMiD可追溯到2000年初,两家先驱型射频前端公司Triquint及Agilent看到集成模组化带来高集成、高性能及低成本优势,开始做集成模组化的尝试,两家公司均实现了开创性的工作。 

Triquint是当时领先的CDMA射频前端供应商,在并购了滤波器厂商Sawtek后,Li, P., Souchuns, C.,和Henderson, G.于2001年左右开始模组化产品TQM71312的研发。2003年,Microwave Journal  报道了该产品的工作,指出模组化设计将带来高性能、高集成度、小尺寸及高易用性,取得了40%的平均电流降低 。这是行业内第一个公开发布和报道的集成模组产品,在后续行业综述中,这项工作被引用为集成模组产品的开端。

图:(a)Triquint于2003推出的模组产品TQM71312
(b)Triquint对其模组产品的说明
 
在报道中,Triquint的集成模组产品系列命名是TritiumTM。功不唐捐,先驱者的付出并没有白费。苹果公司在2008年推出的首款支持3G的iPhone手机iPhone 3G中,首次采用了模组方案。而iPhone 3G中用于支持3G信号的射频前端就是Triquint TritiumTM III系列模组芯片。Triquint2014年与RFMD公司合并成立Qorvo公司,Triquint在集成模组的优势,在Qorvo时代依然延续。

图:iPhone 3G所采用的Triquint PAMiD模组

关注到PAMiD的另外一家公司是Agilent。Agilent是有悠久历史和传承的射频前端厂商,源于HP。Agilent于2001年开始实现FBAR滤波器的量产,到了2002年,实现了千万级出货 ,将自己的射频PA产品与滤波器产品做整合变成了顺理成章的选择。AFEM-7731 是Agilent于2005年推出的CDMA PAD产品。与Triquint公司的TQM71312类似,AFEM-7731内部集成一路CDMA PA及一个双工器。得益于FBAR的低插损,Agilent表示AFEM-7731可以取得优秀的线性和效率性能 。


图:Agilent于2005年推出的

CDMA集成模组产品AFEM-7731

或许是看到射频前端巨大的发展前景,2005年12月12日,Agilent的射频前端部分从Agilent独立出来,成立新公司Avago,成为当时最大的非上市独立半导体公司,并于2009年上市。2016年,Avago与Broadcom合并,新公司更名为Broadcom。

尽管Avago具有FBAR技术带来的滤波器性能优势,但在2000年初,它的射频功率放大器处于弱势,集成模组产品的进展并不尽如人意。直到2010年左右,基于新工艺和新功率合成架构的射频功率放大器获得性能优势,进而带动了集成模组产品的成功。2012年起,Avago在PAMiD的产品及之后的Broadcom公司的射频前端模组产品,被大量应用于iPhone系列手机中。

为了实现模组化中模块的优势整合,一系列射频前端公司也进行了合并:2014年,RFMD宣布与Triquint合并,成为Qorvo公司。2014年,Skyworks与松下成立合资公司,2016年Skyworks将合资公司全资收入旗下。2017年,高通宣布与TDK成立合资公司RF360,2019年高通将合资公司合资收入放下。


图:射频前端公司的整合
5G到来之后,Phase6系列方案演进至Phase7/7L,依然维持PAMiD模组化定义。由于5G智能手机需要兼容2G/3G/4G,射频前端占用面积较大,为了节省空间,中低频段5G射频前端通常以PAMiD/LPAMiD(PA+滤波器+Switch+LNA)形式存在。

PAMiD模组难度非常高。当前模组化产品是国际竞争的主赛道,但国内射频公司竞争主赛道仍是分立器件,这主要是由于PAMiD集成度较高且制造难度较大,国内射频公司缺乏一些关键产品能力,例如高性能滤波器,难以制造高端PAMiD模组。
单机PAMiD价值量可达11美金,是射频前端成本占比最高的组成部分。我们选取13部主流5G手机为样本(样本截止2022年6月),其单机射频前端价值量在20~49美元不等,平均射频前端价值量约30美元。进一步拆解射频前端价值量看,每部手机中PAMiD模组价值量在3~11美元不等,平均PAMiD价值量7美元,PAMiD价值量占射频前端的比例约13%~39%,平均占比高达23%。

2022年全球PA模组市场主要玩家为Broadcom、Skyworks、Qorvo、Qualcomm,市占率分别为36%、22%、15%、9%,CR4高达82%,海外射频龙头企业瓜分PAMiD市场。从前文选取的13部5G手机采用PAMiD的厂商及其对应价值量看,苹果和安卓均采用Broadcom、Skyworks、Qorvo三家的PAMiD产品,其中Broadcom的PAMiD产品单价近10美元/颗,Skyworks和Qorvo的PAMiD产品单价则在0.5~2.0美元/颗。
射频五重山,高端PAMiD模组中滤波器是性能优劣关键要素。M.H(L)PAMiD产品覆盖的频段范围通常是1.5GHz~30GHz,该频段是移动黄金频段,最早的4个FDDLTE频段Band 1/2/3/4、TDD LTE频段B34/39/40/41、TDS-CDMA全部商用频段,以及GPS、Wi-Fi 2.4G、Bluetooth等重要的非蜂窝通信均工作在该范围内。由于该频段范围商用时间较长,该频段范围内的PA技术相对比较成熟,面对“拥挤”的频段范围,高性能滤波器成为关键挑战。
昨天和前天我们讲述了卓胜微的滤波器之路,以及自产的MAX-saw滤波器,也有读者留言说MAX-saw还是碰到了一些绕不开的专利问题,以及在高端客户处POI-saw也不入法眼,说明了高端滤波器的国产化前景依然有,但是也同时说明卓胜微的PAMid之路并不顺利。

卓胜微已经全面覆盖包括分立滤波器在内的所有射频分立器件,射频模组方面,接收端模组(DiFEM/LDiFEM/LFEM/LNA Bank)是公司的拳头产品,发射端模组LPAMiF已于2022年在品牌客户实现大批量出货,2023H1公司还推出了MMMB PA模组,并成功研发L-FEMiD主集收发模组。截至2023Q3末,公司已经覆盖除PAMiD模组以外的全部射频前端产品,覆盖度为国内最全。

除了接收端模组外,值得一提的是,在国内射频前端最具挑战的发射端L-PAMiD模组产品上,公司已经实现从“0”到“1”的突破,目前处于工程样品阶段。

L-PAMiD集成射频功率放大器、射频开关、低噪声放大器、发射及接收滤波器/双工器等器件,是所有射频模组类别中技术难度最大、集成度最高的模组。

(来源:调研公告20240429)

回到我们最开始问题的答案,卓胜微通过补齐PA与滤波器能力后,最终肯定是要攻克PAMid这座大山,由于卓胜微客户群体涵盖三星,小米,OPPO,VIVO等全球主流厂商,那么在前期技术储备完成后,应该是采取外购高端滤波器+自研其它器件的方式来实现PAMid的出货,如果MAX-SAW的专利问题可以回避,性能确实可以达到BAW或者FBAR的水平的话,那时就可以实现全自产PAMid了。

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1.公众号翼哥看科技,卓然创新无止境,胜绝射频赢未来,拓千亿PAMID市场

2.公众号市值风云,卓胜微:射频前端芯片国内“一哥”,士别三日敢和思佳讯掰手腕?

3.公众号慧智微电子,5G射频前端模组的前世与今生

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