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【通信技术】三伍微:解决射频前端技术难题,助力国产WIFI6芯片成功

来源:晋江三伍微电子有限公司       

做芯片难,做WIFI6芯片更难。三伍微之前推出过一颗WIFI6开关,成为某WIFI6芯片平台的独家供应商,出货已达KK级,但远低于之前给出的计划每月10KK颗。询问是主芯片的问题还是市场的问题,得到的回复是物联网WIFI6市场还没有起来,预计在2021年上半年爆发。

三伍微WIFI6开关在国内知名手机旗舰机上测试通过,也是国内唯一能够完全替换Skyworks的厂家。

国产WIFI6芯片正在积极研发中,同时有厂家参考设计三伍微WIFI6开关;为了助力国产WIFI6芯片早日成功,三伍微相继推出一颗2.4G WIFI6 FEM,解决国产WIFI6芯片射频前端技术难题。

WIFI6芯片分为物联网WIFI6芯片和路由器WIFI6芯片。

国产路由器WIFI6芯片只有两个公司在做,华为和矽昌通信;而国产物联网WIFI6芯片公司多达几十家。无疑,路由器WIFI芯片的研发难度比物联网WIFI芯片高太多。

本文重点介绍物联网WIFI6芯片,将从三方面来介绍:物联网WIFI6芯片厂家、物联网WIFI6芯片研发难点和物联网WIFI6芯片研发解决方案。

物联网WIFI6芯片厂家

MM研究数据显示,2016年全球物联网WIFI芯片模块市场规模达到了158.9亿美元,未来几年内将以3.5%的年复合增长率增长,到2022年全球物联网WIFI芯片模块市场规模预计可达到197.2亿美元。

据Gartner预测,到2025年,所有物联网连接中的72%将使用WIFI和Zigbee传输技术。IDC数据显示,全球物联网WIFI芯片出货量将于2022年达到49亿颗。

物联网WIFI6芯片已经上市量产厂商:

博通WIFI6芯片

博通已发布三款WIFI6芯片:BCM43684、BCM43694和BCM4375芯片。其中,BCM43684是物联网WIFI6芯片,BCM43694是路由器WIFI6芯片,BCM4375是兼容WIFI6的四合一芯片。

博通最强的是底层协议和算法,不是芯片硬件技术。不看好博通物联网WIFI6芯片,这个市场后续价格竞争激烈,博通是不打价格战的。

高通WIFI6芯片

2019年8 月27日,高通于旧金山发布由高至低 Networking Pro 1200/800/600/400Platform 共四款WIFI6(802.11ax)平台解决方案。物联网WIFI6芯片型号为QCA6391。

高通凭借芯片技术的先进性和对市场的贴近,高通物联网WIFI6芯片在市场上会占据高端应用。

MarvellWIFI6芯片

2018年公司推出了三款WIFI 6芯片:88W9068、88W9064和88W9064S。其中,88W9068支持5GHz;88W9064支持5GHz/2.4GHz,集成蓝牙5.0,适用企业和零售接入点、运营商网关和固定无线服务;88W9064S支持5GHz/2.4GHz,集成蓝牙5.0,适用于服务提供商和OTT机顶盒市场。

2019年,恩智浦半导体公司(NXP)收购Marvell无线连接业务,总价值17.6亿美元。此次收购包括Marvell的WIFI连接业务部门,蓝牙技术和其他相关业务。

MTK WIFI6芯片

重点总是放在最后介绍,MTK WIFI芯片是路由器市场和物联网市场市占率最高的,MTK是性价比的王者。

路由器WIFI6芯片型号是MT7915DAN,支持2x2mimo的2.4G和2x2mimo的5G,在WIFI6模式下,2.4G(40Mhz)最高速率573Mbps,5G(80Mhz)最高速率1201Mbps,不支持160Mhz频宽。所以这一款是AX1800的无线路由器,也支持MU-MIMO和OFDMA。

MTK物联网WIFI6芯片型号为MTK7921,支持2.4GHz和5.8GHz,已量产。

物联网WIFI6芯片研发难点

台湾Realtek是WIFI市场份额仅次于MTK的芯片供应商,目前WIFI6芯片仍在研发中。

WIFI6芯片研发确实有难度,国产WIFI6芯片公司离不开两家国外IP公司,CEVA和Imagination。CEVA能提供1*1的IP(BB+MAC),2*2的IP计划年底推出;Imagination今年声称推出WIFI6整套方案IP,包括BB + MAC +PLL+TX/RX+RFFEM。

据国内公司反馈,WIFI6芯片研发难点有两个:底层协议/通信协议+算法,射频前端(PA+LNA+SW)

相比WIFI4和WIFI5,WIFI6芯片的底层协议/通信协议和算法更加复杂,射频前端设计难度也大很多。解决底层协议/通信协议的方法是多加人,多理解协议标准,多做测试。算法是核心竞争力,和射频前端设计一样,不是人多就可以解决的,要设计水平高才行。射频前端性能不达标,WIFI6芯片就出不来。如果调制不追求1024QAM(WIFI6标准),只做到256QAM,射频前端研发难度大大降低,那么半年内很多国内公司都能研发出低版本WIFI6芯片。

BB是基带,采用ARM内核。MAC(Medium Access Control/媒体接入控制)是L2链路层的一个功能子层,与L1物理层接口。MAC最早在Ethernet和WIFI接口上广泛采用。

锁相环路是一种反馈控制电路,简称锁相环(PLL, Phase-Locked Loop)。锁相环的特点是:利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。PLL是WIFI6的重要技术部分,但不成为国产WIFI6技术瓶颈。

锁相环原理:

锁相环(PLL)各部分:

OSC:稳定的输入频率(晶振)

RDivider:R分频器,鉴相器有最大检测频率,当本振信号频率较高时,需要对其进行分频。

PD:鉴相器,将R分频器和N分频器的两路信号的相位差转化为电压,鉴相器不仅包括相位检测器,同样包括电荷泵;鉴相器输出除了低频相位差信号,还有高频分量。

LF:环路滤波器(低通滤波),去除高频分量,为VCO提供干净的调谐信号。

VCO:压控振荡器,电压—频率转换器。关键指标,频率范围:频率范围大,输出频率就更灵活,代价是牺牲相位噪声性能。

物联网WIFI6芯片研发解决方案

因为芯片IP公司的努力,国产数字芯片长得越来越像。

中国大陆WIFI芯片公司有:ASR、BK、乐鑫、展锐、中科威发、海思、新岸线、物奇、全志、南方硅谷、杰里、速通、亮牛、高拓、博流、瑞芯微、联盛德微电子等等。

没有差异化,国产芯片就没有出路。如何研发设计国产物联网WIFI6芯片差异化?可以从市场、产品、技术三个角度来寻找答案。

市场:

WIFI4芯片市场:主要是白色家电市场(冰箱、空调等),模块市场,灯具市场、智能音箱。

WIFI5芯片市场:主要是机顶盒市场、模块市场、无人机与航模市场、游戏机市场、电脑市场。

WIFI6芯片市场:主要是白色家电市场(冰箱、空调等),模块市场,灯具市场,智能音箱、机顶盒市场、模块市场、无人机与航模市场、游戏机市场、电脑市场。

产品:

2.4G WIFI4芯片:主要用来传输数据、图片和音频,要求低成本,市场期待提高射频前端性能。2.4G WIFI4芯片市场需求约占WIFI芯片的90%,出货最多的三家公司:乐鑫、南方硅谷、展锐。

2.4G+5.8GWIFI5芯片:主要用来传输视频,难点是成本和性能的平衡。主要出货公司:MTK、Realtek,市场需求约为15~20KK/M。

2.4GWIFI6芯片:主要用来传输数据、图片和音频,仍然是要求低成本。在未来,2.4G WIFI6芯片将逐渐替代2.4G WIFI4芯片,WIFI6可以多设备接入,抗干扰能力强,拥有唤醒功能,能耗更低。因此,未来WIFI市场主要需求将是2.4G WIFI6芯片,也是国产芯片的主战场。

2.4G+5.8GWIFI6芯片:主要用来传输视频,对性能的要求将提高,市场需求份额也会增加。

技术:

越来越多的客户感觉到WIFI射频前端性能是个痛点,射频前端也是WIFI6芯片的研发技术难点。

三伍微小封装2.4G WIFI6 FEM可以助力国产2.4G WIFI6芯片早日研发成功并获得市场竞争力。在性能上一定优于内置射频前端的WIFI6芯片,增加成本做到0.1+USD,量越大,越接近0.1USD。这个成本的增加,远低于研发成本、市场成本和机会成本。

这是国内性能最好成本最优的一颗2.4G FEM,2.3*2.3封装,支持3.3~5V,同功率相比工作电流低于Skyworks和Qorvo@11n/11ac,相比国内产品低30mA。支持2.4G WIFI6,功率16.3dBm@150~160mA@DVM -43dB。LNA NF做到1.8dB,提高了接收灵敏度。适用于手机、模块和路由器。

结语

技术造就产品,耐心成就精品。三伍微从成立开始就承受压力和挫折,我跟研发说,用心去努力,即使倒下也要像个英雄。我们不想做英雄,只希望中国多一些有价值的芯。