多款移动射频前端集成芯片逆向分析:最新创新有哪些?

2019-07-05 13:06:07 来源:EETOP
3G和早期4G智能手机的移动RF前端架构相对简单,可以使用分立元件构建。如今,移动射频RF)前端已经变得更加复杂,以支持不断发展的LTE标准。智能手机需要使用先进的滤波和多路复用技术支持多个频段,以降低功耗和干扰。他们还需要支持更多的频段。通过同时使用多个频段,添加了载波聚合,使手机能够容纳更高的带宽。多区域的或全球移动电话需要更多频段,因此需要更多滤波器。5G手机可能需要100多个RF滤波器。

图1:移动射频领域的专利大多与电路相关
 

接下来分析从天线到RF收发器以及基带处理器的移动RF设备。对这些器件进行的分析类型包括:拆卸,功能测试,封装和结构,电路和晶体管表征。通过这些分析,我们看到了解决复杂性问题的不同方法; 虽然一些供应商提供引脚兼容的组件,只需更换组件即可使通用架构支持不同的频段/区域,但其他供应商则专注于更集成的架构。当我们从使用证据和支持专利的角度来看这个问题时,我们注意到射频领域支持的大多数专利都与电路有关,更具体地说,是在射频前端。

 

图2: RF技术领域专利类型密度的专利态势


随着前端继续集成到包含多个芯片和多个无源芯片的模块中,前端模块分析将变得更加重要。本文将详细介绍移动RF架构和集成方面的一些最新创新,以及可用于检查它们的分析类型。

拆解示例

苹果iPhone Xs Max的拆解揭示了英特尔基带处理器PMB9955。该部件的解封装揭示了下面所示的裸片。我们相信这个组件是英特尔的XMM 7560 LTE Advanced Pro 4G LTE平台。据英特尔称,XMM 7560是该公司第五代LTE调制解调器,采用英特尔自己的14纳米工艺。这也是英特尔首款支持CDMA标准的调制解调器,该标准使苹果无需支持不同型号的调制解调器就能获得美国运营商的全部覆盖。

图3:iPhone Xs Max内置英特尔基带处理器PMB9955

图4:裸片标记表明这是英特尔的XMM 7560 LTE Advanced Pro 4G LTE平台

 

图5:iPhone Xs Max中的Intel PMB5672 RF收发器

图6:英特尔PMB5672射频收发器的裸片标记


拆解框图

2016年,高通与TDK成立了一家合资公司,提供“完全集成的系统”,因为他们认为“模块解决方案对于支持RF前端日益复杂化至关重要。”由于这家合资企业,高通宣布了一项新的射频前端组件系列,并声称拥有业界首款“Modem-to Antenna解决方案”,正如新款索尼Xperia XZ2智能手机所展示的那样。你可以在一张框图中看到我们从索尼Xperia XZ2智能手机上拆下的无线电设计。

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


结构和电路分析


随着我们从4G向5G迈进,射频组件集成在Broadcom/Avago AFEM-8072高频段和中频前端模块中得到了很好的体现,该模块出现在iPhone 8、8 plus和X中,包括10个模组和多个无源组件。这些模块分析的有趣之处在于,它们需要对模块内的芯片进行电路逆向工程,而这些芯片是使用各种工艺(如CMOS、GaaN)制成的,并且需要对模块基板本身进行逆向工程,以重建芯片之间的连接方式。我们看到前端模块和功率放大器包含多个模块,集成了多个功能(如功率放大器、天线开关、滤波器、双工器、多工器和LNAs)。这种集成的一个例子是AFEM-8072高频段和中频段前端模块,如图8所示。

图8:Broadcom / Avago AFEM-8072集成了多个RF组件
 

射频收发器的架构分析提供了对收发器接收和传输路径的理解,而无需进行深入的晶体管级电路逆向工程。RF信号走线位于器件的上层,使其更易于识别和跟踪,且只需对器件进行最少的处理。可以创建高层框图来快速理解RX或TX体系结构。

图9:RF收发器的架构级分析

与模块逆向工程一样,手机PCB的逆向工程将变得更加重要,因为需要了解系统的集成。考虑一项专利,需要了解包络跟踪器(ET)如何根据RF收发器的反馈与功率放大器(PA)进行交互:这将需要对ET,PA和RF收发器芯片以及PCB进行电路逆向工程。展示了它们如何相互作用。
 

功率放大器系统测试允许我们测量各种操作参数,如图10所示。系统测试在Avago ACPM-7371宽码分多址(WCDMA)功率放大器上进行。
 

就像模块逆向工程一样,随着系统集成的需要被理解,手机PCB的逆向工程将变得更加重要。考虑一个专利,需要了解包络跟踪器(ET)与功率放大器(PA)基于射频收发器的反馈:这将需要对ET,PA和RF收发器芯片以及PCB进行电路逆向工程。展示了它们如何相互作用。
 

功率放大器系统测试允许我们测量各种操作参数,如图10所示。对Avago ACPM-7371宽带码分多址(WCDMA)功率放大器进行了系统测试

图10:功率放大器系统测试。该分析允许我们测量功率放大器的各种操作参数
 

在需要完整电路提取的地方,TechInsights提供分层原理图,使用户能够快速深入了解内容。图11显示了Qualcomm WTR5795 RF收发器的一个示例。
 

图11:RF收发器的晶体管级电路分析
 

以下是我们在Avago ACPM-7600多模多频功率放大器模块上执行的电路分析示例。该分析检查晶体管级模块内的各种芯片,以及重新创建模块的系统级原理图。随着前端组件继续集成到系统包中,这种分析将变得越来越重要。

图12:功率放大器模块的电路分析。该分析检查晶体管级模块内的各种芯片,并重新创建整个模块的系统级原理图。
 

我们的最后一个例子如图13所示,是在Apple iPhone 7的Avago DFI621双工器上进行的FBAR滤波器分析。

图13:薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器的分析。

这是来自移动电话的双工器的FBAR滤波器的过程和电路分析。对于毫米波生成的新滤波器技术的需求将引起对这种类型的分析的更大兴趣。
 

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关键词: 无线射频 RF滤波器

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