射頻收發(fā)機(jī)發(fā)展史

什么是射頻收發(fā)機(jī)呢，其英文是RF Transceiver，Transceiver一詞是Transmitter(發(fā)射機(jī))與Receiver(接收機(jī))的合成詞,由此看出，射頻收發(fā)機(jī)是一種集成了射頻收發(fā)功能的設(shè)備，用于在無線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和發(fā)送。下圖為射頻收發(fā)機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成，包括射頻前端、射頻收發(fā)和數(shù)字基帶處理。

其接收鏈路是將天線接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過濾波、放大、下變頻至中頻或零中頻，然后通過ADC采樣實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號(hào)送基帶處理；其發(fā)射鏈路和接收相反，先將數(shù)字基帶信號(hào)通過DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換至中頻或零中頻，然后經(jīng)過上變頻、放大、濾波，再通過天線將射頻信號(hào)以無線電波方式發(fā)射出去。射頻收發(fā)機(jī)是無線通信中的基礎(chǔ)模塊，是手機(jī)、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等無線通信設(shè)備中必要的構(gòu)成部件。在所有的無線通信設(shè)備中，都有射頻收發(fā)機(jī)的身影。

射頻收發(fā)機(jī)通信技術(shù)的起源可以追溯到19世紀(jì)末，意大利科學(xué)家伽利爾摩·馬可尼(Guglielmo Marconi)是無線通信技術(shù)的先驅(qū)之一。1895年，他成功實(shí)現(xiàn)了無線電波的傳輸，并在隨后的幾年中不斷改進(jìn)技術(shù)，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(hào)傳輸，開啟了無線通信技術(shù)的新篇章。馬可尼以其在無線電報(bào)技術(shù)上的貢獻(xiàn)獲得了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

無線電報(bào)技術(shù)在1912年4月15日泰坦尼克號(hào)沉沒事件中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，幫助促成了部分乘客和船員的生還，并協(xié)助了救援工作的展開。這次事件讓公眾看到了無線電報(bào)技術(shù)的價(jià)值，推動(dòng)了相關(guān)通信技術(shù)的發(fā)展和完善。

隨著電子管的發(fā)明和晶體管的誕生，射頻收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)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(fā)明了超外差接收機(jī)架構(gòu)(Super-Heterodyne)，成為后來射頻收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)的重要基石。

二戰(zhàn)期間，射頻收發(fā)機(jī)技術(shù)取得了重大突破，尤其是在無線通信和雷達(dá)技術(shù)方面。盟軍和軸心國都廣泛使用了雷達(dá)技術(shù)來探測(cè)敵方飛機(jī)和艦船。此外，無線通信在戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用變得至關(guān)重要，從基本的步兵通信到高級(jí)的戰(zhàn)術(shù)協(xié)調(diào)，射頻收發(fā)機(jī)都是不可或缺的部分。二戰(zhàn)后，許多軍用射頻技術(shù)轉(zhuǎn)向民用市場(chǎng)，推動(dòng)了無線電技術(shù)的發(fā)展。例如，戰(zhàn)后收音機(jī)的快速普及，很大程度上得益于戰(zhàn)時(shí)射頻技術(shù)的成熟。

進(jìn)入20世紀(jì)后半葉，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的發(fā)展，射頻收發(fā)機(jī)開始實(shí)現(xiàn)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(gè)商用無線電話標(biāo)志著真正意義上現(xiàn)代移動(dòng)通信的開始。公眾對(duì)手機(jī)（當(dāng)時(shí)叫做無線電話）的移動(dòng)性和便攜性的需求推動(dòng)了射頻收發(fā)機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。

GSM、CDMA、LTE和5G等移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，推動(dòng)了射頻收發(fā)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)，NB-IOT、LoRa等低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)以及WiFi、藍(lán)牙、星閃、Zigbee等短距離無線通信技術(shù)的出現(xiàn)，也大大豐富了射頻收發(fā)機(jī)的應(yīng)用范圍。在這些標(biāo)準(zhǔn)制式的終端應(yīng)用中，射頻收發(fā)機(jī)往往和基帶芯片一起出現(xiàn)，包括電源管理芯片，他們要么以行業(yè)內(nèi)通稱的“套片”形式出現(xiàn)，要么被集成到一顆芯片上。我們耳熟能詳?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000218/">高通、聯(lián)發(fā)科、海思、展銳等平臺(tái)公司通常都有自帶的射頻收發(fā)機(jī)芯片，但這些芯片都是平臺(tái)公司自己使用，不會(huì)單獨(dú)出售。但在基站領(lǐng)域，以及一些非標(biāo)準(zhǔn)制式的應(yīng)用領(lǐng)域，往往需要用到單獨(dú)的射頻收發(fā)機(jī)。

在獨(dú)立的射頻收發(fā)機(jī)領(lǐng)域，ADI和TI幾乎占據(jù)了基站市場(chǎng)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(gòu)SDR芯片成為經(jīng)典之作，歷經(jīng)11年，依然生命力旺盛。直到最近才開始受到國內(nèi)射頻收發(fā)機(jī)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(zhàn)。

國外做射頻收發(fā)機(jī)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(nèi)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(chǎn)品。

可以說在2018年之前，國內(nèi)看不到高集成度的射頻收發(fā)機(jī)芯片。杭州城芯科技推出的CX9261是第一款國產(chǎn)的高集成度射頻收發(fā)機(jī)芯片，其主要供給軍工市場(chǎng)，沒有在民用公開市場(chǎng)看到規(guī)?；瘧?yīng)用。在2018年之后，國內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)了一些做射頻收發(fā)機(jī)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(chǎn)廠商。目前國內(nèi)市場(chǎng)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(chǎn)品。因?yàn)槟壳斑€是國外廠商幾乎壟斷市場(chǎng)的局面，國內(nèi)廠商做為新進(jìn)者，如能發(fā)揮國內(nèi)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，快速響應(yīng)和快速產(chǎn)品迭代，未來發(fā)展還是非常可期的。

下圖為地芯科技風(fēng)行系列射頻收發(fā)機(jī)Transceiver型號(hào)列表，其核心優(yōu)勢(shì)為全國產(chǎn)、超低功耗(<800mW @2T2R TDD NR100MHz)、超寬頻、超寬帶和高性能。

射頻收發(fā)機(jī)作為現(xiàn)代通信技術(shù)的核心，其發(fā)展經(jīng)歷了從最初的簡單無線電報(bào)到現(xiàn)代復(fù)雜的數(shù)字通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。隨著移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，射頻收發(fā)機(jī)在設(shè)計(jì)和功能上都發(fā)生了巨大變化。相信隨著需要和技術(shù)的演進(jìn)，射頻收發(fā)機(jī)會(huì)繼續(xù)朝著更低功耗，更優(yōu)性能，更低成本，更小尺寸的方向持續(xù)迭代。

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[2]. Gabriele Falciasecca;Barbara Valotti, “Guglielmo Marconi: The pioneer of wireless communications” 2009 European Microwave Conference

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[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

文章來源于地芯科技