近年来，5G发展如火如荼。5G的全球大规模应用也对射频前端芯片提出了更多挑战，比如需要支持更多频段，需要更小尺寸，需要兼容支持多国家和地区的方案。
针对于5G全球大规模应用中的挑战，慧智微5G产品持续领先演进，慧智微推出全新小尺寸、高集成n77(78)/n79双频工规级L-PAMiF产品S55235。目前，S55235产品在终端客户项目完成完整5G系统验证，产品成功实现量产。
图：S55235产品系统验证照片
S55235产品实现的功能有：
支持5G n77(78)/n79双频1T2R（1路发射、2路接收）
PA、LNA、滤波器、SRS开关、耦合器全集成
支持高通、MTK、展锐等各大5G平台
图：S55235功能框图
在此基础上，S55235实现以下重要突破：
尺寸由原来的4.5mmx 5.5 mm，缩小至3mmx 5mm，面积缩小40%
Pin脚与n77(78)单频1T2R产品兼容，方便兼容设计
支持3.4V低压PC2功率等级，不再需要额外升压电源
-40到85度工规可靠性支持，满足工业需求
基于以上特性，S55235可以在以下场景中实现优势应用：
需要兼容n77及n77(78)/n79设计的场景
需要实现小型化、全频段的5G应用
低压3.4V实现5G PC2高功率的应用场景
图：S55235产品优势应用场景
S55235产品还是首个国内产业合作厂商成功自定义的5G高集成模组芯片。国内终端厂商、平台厂商以及芯片设计厂商，在定义和设计、量产过程中紧密合作讨论，设计实现最符合当前5G方案应用的高集成模组芯片产品。以下就对此芯片的详细规格进行介绍。
双频、低压、小尺寸
懂您所需，予您所求
S55235是慧智微基于第四代AgiFEM5GTM可重构射频前端平台开发的n77(78)/n79射频前端模组。S55235具有以下特性：
支持n77(78)/n79 5G UHB双频频段；
集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和射频收发开关；
集成滤波器，满足带外抑制需求，以应对复杂的EN-DC场景；
集成SRS输出开关，支持SRS快速切换；
集成天线切换开关，提高扩展能力；
全倒装设计，提升器件散热能力和射频性能；
满足不同调制波形在协议规定回退条件下的线性和EVM指标；
支持LNA七级增益挡位，匹配平台接收需求；
支持1T4R/2T4R方案；
在低压3.4V供电下，n78/n79工作时，模组输出功率达29dBm，支持整机天线口26dBm PC2发射功率需求；
3.0mmx5.0mm小型化尺寸，pin脚与n77(78)单频1T2R产品兼容设计，方便单、双频方案兼容使用；
-40至85度可靠性测试，满足工业需求；
图：S55235产品照片
尺寸缩小40%：
实现双频频段，且与单频兼容
根据GSMA（全球移动通信协会）统计，2022年，中国、美国等国家5G手机连接数在40%左右，全球5G领先国家在2030年连接数将在80%以上。除了中国、美国、日本等领先商用地区外，在欧洲、美洲等全球地区快速增长[1]。
图：全球5G未来迎来快速发展
相比于4G等以往协议，5G需要满足高速率、大容量、低时延等应用。为了对这些应用有良好的支持，5G开辟了Sub-6GHz以及毫米波新频段。
Sub-6GHz指6GHz以下频段，一般专指3GHz~6GHz频率范围。相比于原有4G频段，5G Sub-6GHz频段的优势是带宽大，容量大，同时相比于毫米波频段来说，5G Sub-6GHz频段覆盖范围广，穿透力强，部署成本低。以上特性特别适合5G创新的应用场景和业务需求，所以Sub-6GHz一经确定，就成为5G的核心拓展频段。
图：5G不同频段的特点
图：5G不同频段的带宽及部署成本比较
由于n77(78)/n79频段带宽相比于原有4G频段可以有明显的提升，同时保持相对较低的部署成本，所以也成为5G应用中的主力频段。除美国、韩国重点发力毫米波外，世界多数国家对此频段进行5G大力部署。中国也是5G Sub-6GHz的重要推进地区，中国移动、电信、联通、广电也获得了此频段的授权使用。在5G n77(78)/n79频段，中国四大运营商频谱分配如下：
中国移动：4800-4900MHz（100MHz）的5G n79频段
中国电信：3400-3500MHz（100MHz）的5G n77(78)频段
中国联通：3500-3600MHz（100MHz）的5G n77(78)频段
中国广电：4900-5000MHz（100MHz）的5G n79频段
n77(78)频段是全球重点部署的Sub-6GHz频段。除n77(78)外，全球越来越多的地区对n79进行部署。中国是全球n79频段应用的领先国家。除中国外，日本等国家也对n79进行商用支持，俄罗斯等一些欧洲国家有计划在接下来将n79进行商用。
全球应用的手机一般对n77(78)及n79频段进行了较好的支持。iPhone全系列手机支持n79频段，vivo、OPPO、荣耀、小米等高端旗舰手机中也对n79进行支持。在三星销量最高的A系列部分手机中，也对n79进行支持。在三星2021年全球实现数千万部出货的A22手机中，就搭载了慧智微高集成n77(78)/n79模组芯片，实现了对n77(78)/n79的全频段支持[4]。
n79还是物联网应用的黄金频段，n79大带宽、高传输特性非常适用于大数据传输、高可靠工业应用场景。中国也是对n79频段在物联网中的应用做了强制规定。根据《2023中国移动行业终端产品白皮书》显示，物联网行业应用终端必须支持n79频段[3]。
不过，对n79频段的支持也给系统设计带来了挑战。主要的挑战有：
一般n79与n77(78)是两个射频通路，这就意味着支持n79需要有另外的成本投入；
一般支持同时支持n79及n77(78)的芯片模组尺寸都要大于单n77(78)的芯片模组，造成无法进行共板设计，支持n79时必须要另起一个项目进行设计；
n79可选择的方案少于n77(78)，造成目前方案不够优化；
在之前设计中，因为没有优化的射频方案，使得终端支持n79需要额外的设计投入，以及芯片成本提升。使得n79终端并未大规模普及开来。
根据中国信通院统计数据，在入网检测中，2020年约有80%的手机包含n79频段。随着2020年运营商白皮书对n79频段进行了价位划分，4,000元以上手机才会强制要求支持n79，于是即使大带宽的n79会带来网络体验的明显提升，在设计挑战和成本挑战压力下，大部分手机还是选择放弃了对n79的支持。根据2022年第一季度的统计，入网检测的手机中，支持n79的比例为22.2% [2]。
图：中国信通院入网检测5G手机比例
未来随着5G的全球演进，物联网应用的深入，随着国内网络部署的丰富和完善，将会有越来越多支持n79的项目需求。于是，慧智微联合终端厂商、平台厂商，共同定义开发全新5G n77(78)/n79 L-PAMiF芯片，提供支持n79及n77(78)的优化解决方案。
在S55235量产之前，市面上类似功能的产品标准封装尺寸为4.5mmx5.5mm。慧智微自2019年开始量产此标准尺寸的5G UHB L-PAMiF产品。
S55235是慧智微在原有产品基础上，继续提升集成度、减小模组尺寸。S55235尺寸只有3mmx5mm，相比于原有产品，尺寸缩小40%。
图：S55235在原有高集成5G UHB双频1T2R L-PAMiF基础上，尺寸再缩小40%
采用3mmx5mm封装尺寸后，支持n77(78)/n79的5G UHB双频1T2R L-PAMiF尺寸可以做到与n77(78)单频1T2R L-PAMiF相同。在管脚定义中，产品也做了兼容考虑，做到与n77(78)单频1T2R L-PAMiF pin脚兼容，方便用户在设计中实现n77(78)/n79项目与单n77(78)项目的兼容设计，极大的提升5G项目中UHB单、双频共板设计的便利性。
3.4V PC2：最新需求，必须满足
根据《手机“射频增强”的技术方案》讨论，移动终端的通信能力和信号的发射功率成正比。为了实现5G终端的良好通信能力，5G协议对n41、n77(78)、n79等频段定义了更高的功率等级：Power Class 2 功率等级，简称PC2。
在PC2的定义下，终端的发射功率由原来的PC3基础上提升3dB，天线口功率提升至26dBm。
图：3GPP所定义的功率等级
功率提升3dB换算成倍数就是增加为原来的2倍。根据《5G PA的Load-line与Load-pull》讨论，射频PA的输出功率严格依赖于供电电压，在只有3.4V电池供电的移动终端来说，功率提升一倍并非易事。
于是，在5G应用的早期，一般是采用电源升压芯片（Boost DC-DC），将3.4V电压转变到5V附近，再供给PA使用，来实现5G PA的大功率输出。
但这种应用也增加了成本，一般一颗Boost DC-DC芯片价格接近1美金，这在很多消费类终端以及成本敏感的工业应用终端中，是不可接受的。为了节省Boost DC-DC芯片的使用，终端需要5G射频PA可以在3.4V下即支持PC2的功率输出。
图：5G终端的3.4V PC2功率输出需求
在PA设计中，为了达到3.4V PC2功率输出，可以采用功率合成的方式（见《5G射频PA架构》）或线性功率校正优化的方式，来实现低压下功率的提升。慧智微第四代AgiFEM5GTM可重构射频前端平台对低压高功率特性开展了深入研究，利用可重构技术，实现3.4V下的高功率输出。
S55235产品采用慧智微最新的低压5G PA内核，支持3.4V电压下工作时输出PC2高功率。相比于之前产品必须借助外部升压电路，实现4V、5V以上电压后，再实现PC2功率输出，S55235产品直接在3.4V下进行降压操作，就可以对全功率范围内支持，甚至可以支持直接连接电池的供电支持。
图：支持3.4V下输出PC2功率等级，不再需要外部升压电路
S55235的3.4V PC2特性，简化了电源方案的设计，为整个方案的小型化和集成化提供了便利。
不止商规：支持-40到85度工规需求
虽然过去几年5G手机应用快速发展，但5G应用的前景绝不止是手机，5G物联网应用中将得到更长远发展。
因5G技术可以为物联网提供高速率、低时延、大连接等特性，使得物联网的应用场景更加丰富和广泛，包括智能制造、智慧城市、智能交通、远程医疗、智能家居等。5G技术可以实现物与物之间的高效通信和协作，为物联网带来更多的创新和价值。
根据GSMA的预测，自2021年后，蜂窝物联网将迎来快速发展。自2022年至2023年，蜂窝物联网连接数目将翻一番，从26亿，增长至53亿[1]。
图：2022至2030，蜂窝物联网市场将翻一番
和手机一般是在“有人“的环境中不同，物联网应用环境复杂，所以对芯片的可靠性也提出了更多的要求。
对于5G射频芯片来说也是一样，物联网应用中的5G射频芯片负责信号的无线传输，是物联网产品中的重要功能模块，需要严格确保产品可靠。与商规芯片相比，工业应用中的工规产品差异化主要有：
工作温度范围：工规芯片一般要求能在-40°C~85°C的环境下正常工作，而商规芯片一般只要求能在-20°C~60°C的环境下正常工作
可靠性标准：工规芯片一般要求符合JESD47等国际标准，进行各种高温、高湿、高压等可靠性测试，保证芯片的寿命和稳定性，而商规芯片的可靠性测试要求相对较低
应用领域：工规芯片一般应用于工业控制、通信、医疗、航空等对可靠性和安全性要求较高的领域，而商规芯片一般应用于消费电子、娱乐、家居等对可靠性和安全性要求较低的领域
价格差异：由于工规芯片的生产成本、设计难度、质量管控等都比商规芯片高，因此工规芯片的价格也比商规芯片高
5G的万物互联应用，也对5G射频前端芯片的可靠性提出了更高的要求。为了支持5G产品在物联网市场应用，S55235产品在设计时就按照工规标准进行设计，产品出厂前经过严苛、完整的可靠性测试，产品支持-40到85度工规需求。
总 结
S55235是慧智微利用慧智微技术优势，开发的满足5G演进最新需求的射频前端产品。如果您在项目中有5G n77(78)/n79双频、小尺寸单频兼容、3.4V PC2的高集成、工规标准的5G L-PAMiF模组需求，欢迎联系慧智微在地销售，获取产品更多技术资料。
慧智微期待与您一起，化繁为简，使一切智慧互联。
参考文献：
[1].GSMA，Global Mobile Trends 2023
[2].中国信通院，https://digi.china .com /digi /2022 06 09 / 2022 06091 081880.html
[3].中国移动，2023中国移动行业终端产品白皮书
[4].慧智微，三星新一代Galaxy A系列5G手机全球发布，慧智微5G PA inside
[5].3GPP，TS38.101，User Equipment (UE) radio trans mission and reception
