多款移動射頻前端集成芯片逆向分析:最新創新有哪些?

2019-07-05 13:06:07 來源:EETOP
3G和早期4G智能手機的移動RF前端架構相對簡單,可以使用分立元件構建。如今,移動射頻RF)前端已經變得更加復雜,以支持不斷發展的LTE標準。智能手機需要使用先進的濾波和多路復用技術支持多個頻段,以降低功耗和干擾。他們還需要支持更多的頻段。通過同時使用多個頻段,添加了載波聚合,使手機能夠容納更高的帶寬。多區域的或全球移動電話需要更多頻段,因此需要更多濾波器。5G手機可能需要100多個RF濾波器。

圖1:移動射頻領域的專利大多與電路相關
 

接下來分析從天線到RF收發器以及基帶處理器的移動RF設備。對這些器件進行的分析類型包括:拆卸,功能測試,封裝和結構,電路和晶體管表征。通過這些分析,我們看到了解決復雜性問題的不同方法; 雖然一些供應商提供引腳兼容的組件,只需更換組件即可使通用架構支持不同的頻段/區域,但其他供應商則專注于更集成的架構。當我們從使用證據和支持專利的角度來看這個問題時,我們注意到射頻領域支持的大多數專利都與電路有關,更具體地說,是在射頻前端。

 

圖2: RF技術領域專利類型密度的專利態勢


隨著前端繼續集成到包含多個芯片和多個無源芯片的模塊中,前端模塊分析將變得更加重要。本文將詳細介紹移動RF架構和集成方面的一些最新創新,以及可用于檢查它們的分析類型。

拆解示例

蘋果iPhone Xs Max的拆解揭示了英特爾基帶處理器PMB9955。該部件的解封裝揭示了下面所示的裸片。我們相信這個組件是英特爾的XMM 7560 LTE Advanced Pro 4G LTE平臺。據英特爾稱,XMM 7560是該公司第五代LTE調制解調器,采用英特爾自己的14納米工藝。這也是英特爾首款支持CDMA標準的調制解調器,該標準使蘋果無需支持不同型號的調制解調器就能獲得美國運營商的全部覆蓋。

圖3:iPhone Xs Max內置英特爾基帶處理器PMB9955

圖4:裸片標記表明這是英特爾的XMM 7560 LTE Advanced Pro 4G LTE平臺

 

圖5:iPhone Xs Max中的Intel PMB5672 RF收發器

圖6:英特爾PMB5672射頻收發器的裸片標記


拆解框圖

2016年,高通與TDK成立了一家合資公司,提供“完全集成的系統”,因為他們認為“模塊解決方案對于支持RF前端日益復雜化至關重要。”由于這家合資企業,高通宣布了一項新的射頻前端組件系列,并聲稱擁有業界首款“Modem-to Antenna解決方案”,正如新款索尼Xperia XZ2智能手機所展示的那樣。你可以在一張框圖中看到我們從索尼Xperia XZ2智能手機上拆下的無線電設計。

Figure 7: Qualcomm's modem-to-antenna RF solution as seen in the Sony Xperia XZ2 Smartphone


結構和電路分析


隨著我們從4G向5G邁進,射頻組件集成在Broadcom/Avago AFEM-8072高頻段和中頻前端模塊中得到了很好的體現,該模塊出現在iPhone 8、8 plus和X中,包括10個模組和多個無源組件。這些模塊分析的有趣之處在于,它們需要對模塊內的芯片進行電路逆向工程,而這些芯片是使用各種工藝(如CMOS、GaaN)制成的,并且需要對模塊基板本身進行逆向工程,以重建芯片之間的連接方式。我們看到前端模塊和功率放大器包含多個模塊,集成了多個功能(如功率放大器、天線開關、濾波器、雙工器、多工器和LNAs)。這種集成的一個例子是AFEM-8072高頻段和中頻段前端模塊,如圖8所示。

圖8:Broadcom / Avago AFEM-8072集成了多個RF組件
 

射頻收發器的架構分析提供了對收發器接收和傳輸路徑的理解,而無需進行深入的晶體管級電路逆向工程。RF信號走線位于器件的上層,使其更易于識別和跟蹤,且只需對器件進行最少的處理??梢詣摻ǜ邔涌驁D來快速理解RX或TX體系結構。

圖9:RF收發器的架構級分析

與模塊逆向工程一樣,手機PCB的逆向工程將變得更加重要,因為需要了解系統的集成??紤]一項專利,需要了解包絡跟蹤器(ET)如何根據RF收發器的反饋與功率放大器(PA)進行交互:這將需要對ET,PA和RF收發器芯片以及PCB進行電路逆向工程。展示了它們如何相互作用。
 

功率放大器系統測試允許我們測量各種操作參數,如圖10所示。系統測試在Avago ACPM-7371寬碼分多址(WCDMA)功率放大器上進行。
 

就像模塊逆向工程一樣,隨著系統集成的需要被理解,手機PCB的逆向工程將變得更加重要??紤]一個專利,需要了解包絡跟蹤器(ET)與功率放大器(PA)基于射頻收發器的反饋:這將需要對ET,PA和RF收發器芯片以及PCB進行電路逆向工程。展示了它們如何相互作用。
 

功率放大器系統測試允許我們測量各種操作參數,如圖10所示。對Avago ACPM-7371寬帶碼分多址(WCDMA)功率放大器進行了系統測試。

圖10:功率放大器系統測試。該分析允許我們測量功率放大器的各種操作參數
 

在需要完整電路提取的地方,TechInsights提供分層原理圖,使用戶能夠快速深入了解內容。圖11顯示了Qualcomm WTR5795 RF收發器的一個示例。
 

圖11:RF收發器的晶體管級電路分析
 

以下是我們在Avago ACPM-7600多模多頻功率放大器模塊上執行的電路分析示例。該分析檢查晶體管級模塊內的各種芯片,以及重新創建模塊的系統級原理圖。隨著前端組件繼續集成到系統包中,這種分析將變得越來越重要。

圖12:功率放大器模塊的電路分析。該分析檢查晶體管級模塊內的各種芯片,并重新創建整個模塊的系統級原理圖。
 

我們的最后一個例子如圖13所示,是在Apple iPhone 7的Avago DFI621雙工器上進行的FBAR濾波器分析。

圖13:薄膜體聲波諧振器(FBAR)濾波器的分析。

這是來自移動電話的雙工器的FBAR濾波器的過程和電路分析。對于毫米波生成的新濾波器技術的需求將引起對這種類型的分析的更大興趣。
 

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