麦姆斯咨询 | 2020-12-11至2020-12-13 | 中国物联网国际创新园(点此查看)

4G改变生活,5G改变社会。5G对射频前端形态产生重要影响,并推动着射频前端技术不断革新。本课程深入剖析射频前端核心技术,包括SAW和BAW滤波器、天线调谐器和MIMO、PA和LNA、IPD、MEMS谐振器和振荡器等。

主办单位:麦姆斯咨询

协办单位:上海传感信息科技有限公司、华强电子网


一、课程简介

“4G改变生活,5G改变社会。”随着2019年我国5G商用正式启动,5G网络基建已如火如荼地全面铺开,所有领先的智能手机厂商都争先恐后推出新款5G智能手机。据Strategy Analytics的报告指出,2020年全球5G智能手机的销量预计将达到2.5亿部,而2019年为1820万部,同比增长1282%。预计2021年5G智能手机的出货量将达到4.5亿至5.5亿部。不仅是5G智能手机的爆发增长,业界也普遍认为,具有高速度、低时延、高可靠等特点的5G,将让万物互联得以实现。而5G与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合,将驱动着生产力的发展革新。


第30期“见微知著”培训课程:射频前端核心技术

5G改变社会


每一次通信升级都会对现有产业格局带来颠覆性变革,5G智能手机面临更多频段的支持、不同的调制方向、信号路由的选择、开关速度的变化等挑战,以及需要大规模输入输出(Massive MIMO)、波束成形(Beam Forming)、载波聚合(Carrier Aggregation)、毫米波(mmWave)等关键技术的引入。5G要求智能手机将额外的射频复杂性压缩到基本相同的空间中,这需要创新的方法来支持多个同时上行链路和下行链路连接的需求。射频前端技术必须能支持这种巨大的带宽,同时提供非常高的线性度和功耗管理能力。5G必将对射频前端形态产生影响,并推动着射频前端技术不断革新。


5G智能手机射频前端的复杂性(不包括毫米波频段)

5G智能手机射频前端的复杂性(不包括毫米波频段)


射频前端介于天线和射频收发器之间,作为手机通信功能的核心组件,直接影响着手机信号的收发质量和终端用户的通信效果,其技术创新推动了移动通信技术的发展,是现代通信技术的基础。典型的智能手机射频前端模组主要由功率放大器(Power Amplifier,PA)、低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)、天线开关(Antenna Switch)、双工器(Duplexer)、滤波器(Filter)、天线调谐器(Antenna Tuner)以及集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)等组成。


智能手机射频前端的基本构成(来源:高通)

智能手机射频前端的基本构成(来源:高通)


随着智能手机全面屏和轻薄化发展,以及更多射频元件的需求,内部硬件空间被进一步挤压,对射频前端器件设计和高度集成化提出了更高的要求。全面屏设计缩小了天线可用的边框区域,而5G对天线数量的需求又在增加,因此需要在更小的空间容纳更多的天线。集成模块是实现满足的关键,同时还可以在分配给射频前端模组有限空间内添加新的射频功能,将各个器件集成到模块中可减少由板上匹配引起的信号损失。与此对应的是,材料、工艺、封装技术也在不断跟随。射频前端器件的工艺“兵分两路”,PA、LNA和开关主要基于IC工艺,如GaAs、GaN、CMOS等;而SAW和BAW滤波器则广泛采用MEMS工艺,如压电薄膜沉积。模组化趋势亦让SiP(系统级封装)大有可为,目前集成度不同的射频前端模组种类较多,例如ASM(天线开关模组)、FEMiD(双工器集成的前端模组)、PAMiD(双工器集成的功率放大器模组)等,其中模组化程度最高的是PAMiD。


从4G到5G,射频前端元件数量增加导致PCB面积增加而带来的挑战

从4G到5G,射频前端元件数量增加导致PCB面积增加而带来的挑战(来源:Qorvo)


当前射频前端市场主要掌控在博通(Broadcom)、Qorvo、Skyworks、村田(Murata)、高通(Qualcomm)等美日厂商手中,这几家厂商基本完成了射频前端全产品线布局,拥有从设计到制造、封测的全产业链能力,以IDM模式巩固其在设计能力、产品性能及产能掌控的巨大优势。虽然近两年国内射频前端厂商逐步崭露头角,产业链走向成熟,但从国际竞争力来讲,国内射频前端设计水平的提升空间仍较大,市场话语权有限,距离进口替代仍有较大缺口。中国通信行业在经历2G落后、3G追赶、4G持平的阶段后,正在谋求5G时代对欧美的超越。特别是中美贸易战硝烟四起,美国持续对我国进行芯片贸易禁运,剑指中国5G技术发展。如何突破国外大厂专利封锁和芯片断供风险,中国“芯”任重道远。


为了满足广大射频前端从业人员对知识的渴望,麦姆斯咨询精心设计了《“见微知著”培训课程:射频前端核心技术》,邀请了射频前端核心技术领域的知名专家和学者,以及产业界的资深从业人士,为大家深入剖析5G时代对射频前端的要求。本课程内容包括:(1)射频前端综述及体声波(BAW)滤波器;(2)声表面波(SAW)滤波器;(3)天线调谐器和多输入多输出(MIMO);(4)射频功率放大器(PA);(5)射频低噪声放大器(LNA);(6)MEMS谐振器和振荡器;(7)射频集成无源器件(IPD);(8)射频前端元器件设计与仿真。


二、培训对象

本课程主要面向射频前端产业链相关企业(包括设计公司、晶圆代工厂、封装和测试厂、模组厂商、智能手机厂商、半导体设备及原材料供应商)的技术人员和管理人员、高校师生,同时也欢迎其他希望了解射频前端产业和应用的非技术背景人员参加,如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。


三、培训时间

2020年12月11日~13日,总计3天。

授课结束后,为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。


四、培训地点

无锡市(具体地点以培训前一周的邮件通知为准)


五、课程内容

课程一:射频前端综述及体声波(BAW)滤波器

讲师:美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学 终身教授 龚颂斌

5G时代已来,即将为我们开启全移动、万物互联、充满想象的智慧社会。在2.5GHz以上的中高频段,BAW滤波器因具有低插入损耗和高Q值成为高性能射频前端系统的首选。5G新增的Sub 6G和毫米波等超高频频段,对BAW等中高频滤波器的需求量将持续增加,BAW滤波器有望接替SAW滤波器成为主流。选择滤波器时应考虑的技术参数包括频率、功率容量、带宽、插入损耗、衰减和温度稳定性等。本课程将主要介绍5G和射频前端架构,并深入讲解BAW滤波器设计、制造、封测、技术发展、专利布局以及应用案例。

课程大纲:
(1)5G给射频前端带来的机遇与挑战;
(2)射频前端架构、模组及核心元器件;
(3)SAW滤波器 vs. BAW滤波器;
(4)BAW-SMR滤波器 vs. FBAR滤波器;
(5)FBAR滤波器工作原理及技术发展;
(6)FBAR滤波器结构设计、制造工艺、封装和测试;
(7)FBAR滤波器专利布局分析;
(8)FBAR滤波器应用案例介绍:载波聚合(CA)、多输入多输出(MIMO)等。


课程二:声表面波(SAW)滤波器

讲师:华中科技大学 副教授 罗为

SAW滤波器的基本结构是在以压电晶体(如石英、铌酸锂、钽酸锂)为基片的抛光面上制作两个叉指换能器(IDT)——由交叉排列的金属电极组成,分别用作发射换能器和接收换能器。以村田制作所为代表的领先SAW滤波器厂商不断推陈出新,发展出温度补偿型SAW(TC-SAW)、超级高性能SAW(IHP-SAW),以克服普通SAW滤波器的缺点,并接近BAW滤波器的性能。那么,在5G中高频应用领域,SAW滤波器是否能与BAW滤波器抗衡?本课程将教授SAW滤波器工作原理、设计、制造工艺、技术发展以及产业情况。

课程大纲:
(1)SAW滤波器概念及工作原理;
(2)SAW滤波器性能参数和评价指标;
(3)SAW滤波器材料体系;
(4)SAW滤波器结构设计、制造工艺、封装和测试;
(5)SAW滤波器技术发展:普通SAW、TC-SAW、IHP-SAW、ultraSAW;
(6)高频应用:薄膜声表面波(TF-SAW)滤波器 vs. FBAR滤波器
(7)SAW滤波器产业现状及主要厂商。


课程三:天线调谐器和多输入多输出(MIMO)

讲师:西安电子科技大学 副教授 赵鲁豫

随着智能手机运行所需的频段、功能和模式的数量不断增加,射频前端设计也日益复杂,例如5G通信需要采用更多的天线,使用载波聚合(CA)、4x4 MIMO、Wi-Fi MIMO来提供更高的数据传输速率。MIMO是一种使用多根天线发送信号和多根天线接收信号的传输技术,实现在相同频带内的同一载波上传输不同的信息。随着5G通信频率提升,信号传播衰减加剧对天线发射功率和全向灵敏度提出更高要求,因此天线调谐器作为改善天线功率的关键器件,其需求量迅速提升,预计孔径和阻抗调谐组合方法将逐渐成为主流。本课程将深入讲解天线调谐器和MIMO基础知识、关键技术及实际应用。

课程大纲:
(1)天线调谐器概念及工作原理;
(2)天线调谐器技术发展及应用;
(3)手机天线调谐方法:阻抗匹配调谐 vs. 天线孔径调谐;
(4)天线调谐器性能参数及评价参数;
(5)天线调谐器设计、制造工艺、封装和测试;
(7)多输入多输出(MIMO)概念及工作原理;
(8)大规模MIMO vs. 传统MIMO;
(9)MIMO技术给射频前端带来的设计挑战和解决方案;
(10)MIMO技术发展趋势及挑战。


课程四:射频功率放大器(PA)

讲师:芯朴科技(上海)有限公司 创始人 顾建忠

射频功率放大器(PA)主要负责将发射通道的低功率信号放大到足够大,经匹配网络由天线发射出去,它直接决定了手机无线通信的距离、信号质量,甚至待机时间,是射频前端的重要器件。5G时代,数据传输率越来越高,同时无线调制方式也越来越复杂,手机频段持续增加,功率放大器也随之量价齐升。本课程主要介绍功率放大器基础知识、设计、制造工艺、封测、评价参数、技术发展以及产业情况。

课程大纲:
(1)射频功率放大器(PA)产业现状及主要厂商;
(2)射频功率放大器(PA)技术发展趋势;
(3)射频功率放大器(PA)概念及工作原理;
(4)射频功率放大器(PA)性能参数及评价参数;
(5)射频功率放大器(PA)设计、制造工艺、封装和测试。


课程五:射频低噪声放大器(LNA)

讲师:芯朴科技(上海)有限公司 创始人 顾建忠

射频低噪声放大器(LNA)是一类特殊的电子放大器,主要用于射频前端中将接收自天线的信号放大,以便于后级电路处理。由于来自天线的信号一般都比较微弱,放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望尽量减小这种噪声,以提高输出的信噪比。低噪声放大器通常均位于靠近天线的部位,以减小信号通过传输线的损耗。本课程主要介绍低噪声放大器基础知识、设计、制造工艺、封测、评价参数、技术发展以及产业情况。

课程大纲:
(1)射频低噪声放大器(LNA)产业现状及主要厂商;
(2)射频低噪声放大器(LNA)技术发展趋势;
(3)射频低噪声放大器(LNA)概念及工作原理;
(4)射频低噪声放大器(LNA)性能参数及评价参数;
(5)射频低噪声放大器(LNA)设计、制造工艺、封装和测试。


课程六:MEMS谐振器和振荡器

讲师:武汉大学 教授 吴国强

时钟振荡器作为频率合成锁相环的参考信号源,广泛应用于各种射频系统的本地振荡器、时钟发生电路和通信同步电路。结合MEMS和高分辨率锁相环电路的数字控制振荡器(DCXO),能支持最小量化噪声设计的高速数字锁相环路和不受频率牵引范围影响的相位噪声,可用于智能手机射频前端系统。参考时钟振荡器的频率准确度和稳定度决定了本振信号和射频收发器工作频率的准确度和稳定度。本课程将教授MEMS谐振器和振荡器基础知识、设计理论、系统应用以及产业化的关键技术。

课程大纲:
(1)MEMS谐振器与振荡器基础知识;
(2)MEMS振荡器在射频系统中的应用;
(3)MEMS谐振器工作原理和主要分类;
(4)低频谐振器 vs. 高频谐振器;
(5)MEMS谐振器产业化发展及主要厂商;
(6)MEMS谐振器设计理论;
(7)MEMS谐振器及振荡器产业化中的关键技术(如Q值、温度稳定性、频率一致性等)。


课程七:射频集成无源器件(IPD)

讲师:芯和半导体科技(上海)有限公司 集成无源器件技术总监 陈立均

射频集成无源器件(IPD)是通过半导体制造技术,利用光刻、刻蚀、薄膜沉积等工艺实现各种无源器件(如电阻、电容、电感、滤波器、耦合器)的高密度集成,IPD可用的衬底材料非常广泛,包括硅、玻璃、GaAs等。相比传统的无源器件,IPD具有体积小、厚度薄、性能佳、一致性好等优点,因此它成为应对智能手机射频前端高集成度要求的有效方法。但是,射频应用还需要考虑插入损耗以及介电损耗等问题。在本课程中,讲师将全面讲解射频IPD概念、种类、应用、设计、制造等知识,最后还会介绍IPD产业情况。

课程大纲:
(1)射频集成无源器件(IPD)概念和种类;
(2)射频集成无源器件(IPD)主要应用领域;
(3)射频集成无源器件(IPD)制造技术:硅、玻璃、GaAs、LTCC;
(4)射频集成无源器件(IPD)参数提取、建模、设计;
(5)射频集成无源器件(IPD)产业现状及主要厂商。


课程八:射频前端元器件设计与仿真

讲师:COMSOL中国 资深应用工程师 钟振红

射频和微波器件的设计人员会使用电磁场仿真技术,用于确保器件的可靠性和稳定性。产品在实际运行中会涉及多种物理现象,然而传统的电磁场建模方法仅对射频物理场进行单独分析。要研究其他物理现象对产品设计的影响,离不开多物理场仿真技术,例如COMSOL Multiphysics®软件。本课程通过基础理论结合实际案例,带领学员们利用COMSOL软件进行射频前端滤波器(以SAW和BAW为主要案例)的设计与仿真,包括器件建模方法和流程、温度影响分析等。

课程大纲:
(1)COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台介绍;
(2)MEMS模块及射频(RF)模块仿真功能;
(3)压电材料、压电效应及晶体切割类型;
(4)SAW滤波器建模方法和流程;
(5)BAW滤波器建模方法和流程;
(6)高功率SAW和BAW器件的温度影响分析。


六、师资介绍

龚颂斌,博士,美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学终身教授,英特尔(Intel)冠名教授。2010年获得美国弗吉尼亚大学电子工程博士,先后在美国宾夕法尼亚大学、美国卡内基·梅隆大学和美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学担任博士后助理研究员、助理研究员和助理教授。他曾获得美国国防部高级研究计划局青年教授奖、美国国家航空航天局青年教授奖、IEEE青年科学家成就奖和UIUC工程学院最佳科学研究奖。他在射频以及毫米波机械滤波器设计、射频模拟电路设计等领域具有16年设计经验,发表高水平同行审阅期刊及会议文章120篇,涵盖基于微机电系统(MEMS)、半导体以及集成光学芯片实现射频以及毫米波通信终端与计算、传感平台。5年内获得8项5G通信、物联网射频终端方向美国专利。


罗为,华中科技大学光学与电子信息学院电子科学系副教授,博士生导师,华中卓越学者晨星岗,美国电气和电子工程师协会(IEEE)会员。他曾先后在华中科技大学和美国密歇根大学(安娜堡)从事博士后研究工作,一直从事以声表面波器件和体声波器件为代表的微波射频器件和传感器的研究工作,有丰富的数值计算、材料制备和器件设计经验,同国内外相关研究组有广泛的联系。他主持国家基金4项,成果在航空航天、汽车行业得到了应用,以第一作者或通讯作者发表SCI文章16篇,其中中科院大类一区9篇,影响因子大于10文章3篇,H因子13,申请发明专利10项,获授权5项。研究成果获中国电子学会技术发明一等奖(2018,第二)和中国电子学会科技进步一等奖(2014,第六)各一项。


赵鲁豫,西安电子科技大学电子信息工程专业本科,之后保送至电磁场与微波技术方向攻读研究生(硕博),后赴香港中文大学电子工程系硕博连读,主要研究方向为耦合谐振器解耦网络与多天线系统,于2014年获得博士学位。同年开始在香港中文大学进行博士后研究,博士后研究期间致力于推广其原创的耦合谐振器解耦网络技术,并推动该技术的产业化。他在多天线系统干扰消除、微波平面、非平面电路、超材料天线与电路以及新型微波通信系统领域颇有造诣。他共发表JCR一、二区论文二十余篇,其中三篇为ESI高被引论文,单篇他引超过100次,SCI检索文章四十余篇,授权美国发明专利3项,中国发明专利1项,申请美国专利1项,中国专利11项,累计申请专利二十余项。


顾建忠,博士,2002年本科毕业于清华大学,2007年博士毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所。他曾在RFMD、Apple、Amalfi等业内一线的射频芯片公司和手机公司担任研发负责人、市场总监、运营总监等职位,曾开发的2G PA RF7168系列是RFMD(现Qorvo)单品出货量最大的产品,后续该平台成为RFMD历史上非常成功的产品平台之一。他定义和研发的3G TD-SCDMA产品RF9810是TD射频前端的标准定义产品,定义的3G WCDMA WEDGE TxM RF3233,奠定3G WCDMA手机的射频前端架构,该定义沿用至了4G Phase II产品,成为了经典的TxM + MMMB的定义。他还定义了最低成本的2G CMOS PA,并且成功量产盈利,实现PA公司中人均销售额和净利润最高。此外,他是《毫米波集成电路及其应用》主要作者之一,拥有中国专利10项,其中5项同时申请国际PCT专利,第一作者发表期刊论文13篇,会议论文5篇,均被SCI/EI收录。


吴国强,武汉大学青年学术带头人、教授、博士生导师,主要从事MEMS谐振器和振荡器、惯性MEMS传感器、微型定位导航授时系统(Micro-PNT)的研究工作。他在中科院上海微系统与信息技术研究所获得工学博士学位,研究方向为单晶硅体模态微机械谐振器及其应用。曾担任中航工业自控所惯性MEMS传感器研发工程师,以及新加坡科技局微电子研究院研究员,期间作为独立项目负责人主持含政府企业合作、企业资助及政府资助等共4项科研项目,总计科研经费超过560万新币。近年来在IEEE Trans、IEEE Sensors Letters、Applied Physics Letters、Sensors and Actuators A: Physical、IEEE Electron Device Letters、Microelectronic Engineering、Microelectromechanical Systems、IEEE Sensors、IEEE-MEMS等国际权威期刊和国际会议上,发表学术论文30余篇,申请国内专利13项、国际专利3项、新加坡专利1项。


陈立均,2004年本科毕业于中国科学技术大学电子信息工程专业,2007年硕士毕业于中国科学技术大学电磁场与微波技术专业。曾任职于安伦通讯和华为技术有限公司,在射频与微波器件、高功率及磁性器件、微波射频测试及系统有广泛的产业化经验。在芯和半导体科技(上海)有限公司任职期间,合作开发多种专有集成无源器件工艺并建立完整设计开发及工艺模型,进一步提升了集成无源器件的性能及成本优势,为典型应用开发系列集成无源器件的解决方案,推动集成无源器件在高性能小型化射频前端中的应用和发展。


钟振红麦姆斯咨询2019年度“最受欢迎讲师”,COMSOL中国应用工程师。他毕业于复旦大学力学系理论与应用力学专业,长期负责COMSOL MEMS、光学及声学行业的技术支持和客户咨询,拥有十余年COMSOL仿真经验,研究内容主要涉及MEMS和传感器、光学器件、声学器件、压电换能器以及AC/DC等领域。


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