什么是射頻收發機呢?其英文是RF Transceiver,Transceiver一詞是Transmitter(發射機)與Receiver(接收機)的合成詞,由此看出,射頻收發機是一種集成了射頻收發功能的設備,用于在無線通信系統中實現信號的接收和發送。下圖為射頻收發機的系統構成,包括射頻前端、射頻收發和數字基帶處理。
射頻收發機的接收鏈路是將天線接收到的射頻信號經過濾波、放大、下變頻至中頻或零中頻,然后通過ADC采樣實現模數轉換,再將數字信號送基帶處理;其發射鏈路和接收相反,先將數字基帶信號通過DAC數模轉換至中頻或零中頻,然后經過上變頻、放大、濾波,再通過天線將射頻信號以無線電波方式發射出去。
射頻收發機是無線通信中的基礎模塊,是手機、衛星通信、雷達等無線通信設備中必要的構成部件。在所有的無線通信設備中,都有射頻收發機的身影。
No.1 射頻收發機的起源和發展
射頻收發機通信技術的起源可以追溯到19世紀末,意大利科學家伽利爾摩·馬可尼(Guglielmo Marconi)是無線通信技術的先驅之一。
圖一:伽利爾摩·馬可尼
1895年,他成功實現了無線電波的傳輸,并在隨后的幾年中不斷改進技術,最終于1901年,馬可尼成功完成了第一次跨大西洋的無線電信號傳輸,開啟了無線通信技術的新篇章。
馬可尼以其在無線電報技術上的貢獻獲得了1909年的諾貝爾物理學獎。
無線電報技術在1912年4月15日泰坦尼克號沉沒事件中發揮了關鍵作用,幫助促成了部分乘客和船員的生還,并協助了救援工作的展開。這次事件讓公眾看到了無線電報技術的價值,推動了相關通信技術的發展和完善。
隨著電子管的發明和晶體管的誕生,射頻收發機的設計和應用得到了極大的拓展。
1918年左右,埃德溫·霍華德·阿姆斯特朗(Edwin Howard Armstrong)發明了超外差接收機架構(Super-Heterodyne),成為后來射頻收發機設計的重要基石。
圖二:阿姆斯特朗發明的早期可攜帶式收音機
二戰期間,射頻收發機技術取得了重大突破,尤其是在無線通信和雷達技術方面。盟軍和軸心國都廣泛使用了雷達技術來探測敵方飛機和艦船。此外,無線通信在戰場上的應用變得至關重要,從基本的步兵通信到高級的戰術協調,射頻收發機都是不可或缺的部分。二戰后,許多軍用射頻技術轉向民用市場,推動了無線電技術的發展。例如,戰后收音機的快速普及,很大程度上得益于戰時射頻技術的成熟。
進入20世紀后半葉,隨著半導體技術和集成電路的發展,射頻收發機開始實現小型化、集成化。1973年4月3日,馬丁·庫帕(Martin Lawrence Cooper)打通的第一個商用無線電話標志著真正意義上現代移動通信的開始。公眾對手機(當時叫做無線電話)的移動性和便攜性的需求推動了射頻收發機技術的進一步創新。
圖三:庫帕和早期的移動電話
No.2 射頻收發機的國產化進程
GSM、CDMA、LTE和5G等移動通信標準的出現,推動了射頻收發機技術的進步。同時,NB-IOT、LoRa等低功耗廣覆蓋物聯網通信技術以及WiFi、藍牙、星閃、Zigbee等短距離無線通信技術的出現,也大大豐富了射頻收發機的應用范圍。
在這些標準制式的終端應用中,射頻收發機往往和基帶芯片一起出現,包括電源管理芯片,他們要么以行業內通稱的“套片”形式出現,要么被集成到一顆芯片上。
我們耳熟能詳的高通、聯發科、海思、展銳等平臺公司通常都有自帶的射頻收發機芯片,但這些芯片都是平臺公司自己使用,不會單獨出售。
但在基站領域,以及一些非標準制式的應用領域,往往需要用到單獨的射頻收發機。在獨立的射頻收發機領域,ADI和TI幾乎占據了基站市場90%以上的份額,ADI公司在2013年左右推出的AD936X系列零中頻架構SDR芯片成為經典之作,歷經11年,依然生命力旺盛。
直到最近才開始受到國內射頻收發機廠商(如:北京奕斯偉的ECR866X系列,杭州地芯科技的GC080X系列)的挑戰。
國外做射頻收發機的除了ADI、TI之外,還包括美國的MaxLinear,英國的Lime Microsystem,瑞士的ACP,荷蘭的NXP,目前國內能夠看到的主要有ADI、TI、MaxLinear、ACP(主要是搭載宸芯基帶芯片)這幾家產品。
可以說在2018年之前,國內看不到高集成度的射頻收發機芯片。杭州城芯科技推出的CX9261是第一款國產的高集成度射頻收發機芯片,其主要供給軍工市場,沒有在民用公開市場看到規模化應用。
在2018年之后,國內陸續出現了一些做射頻收發機芯片的公司,除前面提到過的北京奕斯偉(原廣州全盛威被奕斯偉收購)、杭州地芯科技,還包括北京力通,南京齊芯(原Aviacomm),以及上海韜潤等國產廠商。
目前國內市場上可以看到在批量出貨的主要是北京奕斯偉、杭州地芯科技、杭州城芯科技的產品。因為目前還是國外廠商幾乎壟斷市場的局面,國內廠商作為新進者,如能發揮國內市場優勢,快速響應和快速產品迭代,未來發展還是非常可期的。
下圖為地芯科技風行系列射頻收發機Transceiver型號列表,其核心優勢為全國產、超低功耗(<1200mW @2T2R TDD NR100MHz)、超寬頻、超寬帶和高性能。
射頻收發機作為現代通信技術的核心,其發展經歷了從最初的簡單無線電報到現代復雜的數字通信系統的轉變。隨著移動通信和互聯網的快速發展,射頻收發機在設計和功能上都發生了巨大變化。
相信隨著需要和技術的演進,射頻收發機會繼續朝著更低功耗,更優性能,更低成本,更小尺寸的方向持續迭代。
參考文獻:
[1].Qizheng Gu, “RF System Design of Transceivers for Wireless Communications”, Springer , 2005
[2].Gabriele Falciasecca;Barbara Valotti, “Guglielmo Marconi: The pioneer of wireless communications” 2009 European Microwave Conference
[3].Gabriele Falciasecca, “Marconi's Early Experiments in Wireless Telegraphy, 1895”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Year: 2010 | Volume: 52, Issue: 6
[4].Steve Maas , “Armstrong and the Superheterodyne: A Historical Look at the Mixer”, IEEE Microwave Magazine,Year: 2013 | Volume: 14, Issue: 6
[5].https://baike.baidu.com/item/%E9%A9%AC%E4%B8%81%C2%B7%E5%BA%93%E5%B8%95/3066905?fr=ge_ala
[6].Wyatt Taylor, David Brown, ‘RF Transceivers Provide Breakthrough SWaP Solutions for Aerospace and Defense’, Analog Dialogue 50-09, September 2016
[7].Lawrence Lessing, “Looking back [Man of High Fidelity: Edwin Howard Armstrong] ”, IEEE POTENTIALS, Year: 1984 | Volume: 3, Issue: 3
[8].https://www.geochipinc.com/product/42/
[9].https://www.eswincomputing.com/products/index/35/8.html
[10].http://cxsemi.cn/product/detail?id=94
聲明:文章來源于地芯科技,版權歸地芯科技所有,任何形式的轉載或者引用,請與地芯科技聯系,并且著名來源。
評論
查看更多