手機(jī)的射頻器件，好比部隊(duì)的無(wú)線電兵，通信全靠它。

中國(guó)是世界最大的手機(jī)生產(chǎn)國(guó)，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(jì)經(jīng)驗(yàn)的踏實(shí)積累。

高端射頻芯片缺少國(guó)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(duì)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(huì)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(jì)射頻芯片的Vanchip公司工程師王利明說(shuō)。

“手機(jī)發(fā)展趨勢(shì)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)。”王利明說(shuō)，“射頻芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成電磁波，4G手機(jī)要支持十幾個(gè)頻段，信息帶寬幾十兆。信號(hào)不能受干擾，這很難。”

2018年，射頻芯片市場(chǎng)150億美元;高端市場(chǎng)基本沒(méi)有國(guó)貨，被Skyworks、Qorvo和 博通3家壟斷，高通也占一席之地。

“多年以來(lái)，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(shuō)。

國(guó)貨的買家多為小品牌手機(jī)，且國(guó)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(jì)是玄妙的藝術(shù)

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

比如說(shuō)，有瑕疵的射頻芯片像擴(kuò)音喇叭一樣，會(huì)發(fā)出尖利的無(wú)用信號(hào)。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(lái)的電路，一個(gè)和另一個(gè)的效果天差地別。

而從圖紙變?yōu)閷?shí)際電路，更需要設(shè)計(jì)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(jì)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(huì)增大……

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

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(jì)類似于編程，有成熟的模塊和自動(dòng)化工具;而設(shè)計(jì)模擬電路，要面對(duì)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(guó)斌說(shuō)：“數(shù)字電路領(lǐng)域更多需要市場(chǎng)反應(yīng)速度，國(guó)內(nèi)有不少做得好的公司，但設(shè)計(jì)和生產(chǎn)射頻器件，需要各種基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)積累和制造是關(guān)鍵，‘彎道超車’幾乎不可能。”

小小濾波器，中國(guó)造不好

射頻器件的另一個(gè)關(guān)鍵元件——濾波器，國(guó)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(chǎng)，完全歸屬Q(mào)orvo等國(guó)外射頻器件巨頭。

濾波器可去除目標(biāo)頻段以外的信號(hào)，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(tái)手機(jī)要裝10來(lái)個(gè)。這種高端濾波器基于壓電效應(yīng)原理，引入聲波來(lái)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(hào)干擾。“比如帶通濾波器就像一扇門，高端產(chǎn)品的門框可以很好，將雜亂信號(hào)濾得很干凈。”張國(guó)斌說(shuō)，“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(shí)還趕不上去。”

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

材料是繞不過(guò)去的坎

所有的高端元件，都與高性能材料有關(guān)。

張國(guó)斌說(shuō)，射頻電路需要高電子遷移率，這方面砷化鎵和硅鍺等化合物半導(dǎo)體表現(xiàn)要比硅材料好很多。雖然我們國(guó)家在上世紀(jì)60年代就開(kāi)始了化合物半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料研發(fā)，但商業(yè)化上材料的一致性、電性能均勻性還不理想，這方面有很多核心知識(shí)需要自己去摸索，是我們的短板。

“比如半導(dǎo)體材料的摻雜比例不同，性能差別很大。就好像做蛋糕放雞蛋，雞蛋的比例決定蛋糕松軟程度。該放多少?別人不告訴你。你也不可能憑著撞大運(yùn)就成功。”

張國(guó)斌說(shuō)，半導(dǎo)體材料的實(shí)驗(yàn)，周期很長(zhǎng)，不是一兩年就能做出成績(jī)。“我國(guó)在這方面有不少學(xué)校在研究，做得也不錯(cuò)，但有些材料量產(chǎn)化還不行。”

另外，高端射頻器件使用新材料，也需要設(shè)計(jì)者熟悉相應(yīng)的特殊工藝和封裝。沒(méi)有創(chuàng)新的工藝，即使采用新材料，良品率也會(huì)差得多。

因此，國(guó)內(nèi)的射頻芯片設(shè)計(jì)公司都是找代工廠。而國(guó)外幾家巨頭都有自己的晶圓廠，不會(huì)把看家的秘密拿到別人的工廠。

(新媒體責(zé)編：wb001)