圖1、理想的可調諧射頻前端架構可以降低手機射頻前端的複雜度
雖然離散可調射頻功能和產品已經存在多年，但我們這裡定義另外一種可調射頻（RF）功能，它的目標工作頻率和/或性能參數可以在軟件控制下動態調節。這種調整通常是響應於手機的微環境和/或宏環境的變化。代表性變化包括但不限於以下方面的變化：手機的物理配置;手和/或頭部位置;傳輸功率和/或接收靈敏度;本地干擾環境;並通過網絡呼叫切換或其他類型的頻道/頻帶/模式重新分配。
我們可以通過兩個附加參數來進一步表徵移動手持設備的可調射頻（RF）功能：（1）可用調諧能力的大小;（2）控制方法。調諧能力可以用精度，步進數和調諧覆蓋範圍來描述，而控制可以廣泛地看作是開環或閉環。作為一個例子，我們可以看一下可調RF濾波器功能，如果濾波器正在使用預定義的查找表在基帶處理器（典型場景）中進行調諧，我們會將濾波器稱為以開環方式進行控制。或者，如果來自環境的實時信息正用於控制濾波器（直接或者通過基帶的方式控制），我們稱之為閉環操作。與大多數選項一樣，開環與閉環控制之間的決策基於許多變量，包括複雜性，易於集成性和成本。
圖2、當前的4G手機中的射頻前端模塊的框圖
可調射頻有能力協助設計人員解決日益複雜的RFFE設計限制。市場營銷的好處可以包括實現所需的形狀因素（工業設計），包括越來越薄的設計，所有的玻璃/屏幕正面和金屬外殼/框架結構。同樣，如果不是更多的話，那麼手機OEM可以獲得商業利益。其中包括更快的上市時間，卓越的性能和可用性，SKU數量的減少，每部手機的物料成本（BOM）成本和複雜性的降低，以及現場升級的可能性，以適應新的或重新養殖的光譜。
圖3、理想的可調TRX鏈路
圖4、可調發射機架構
圖5、可調收發信機系統
憑藉可調諧RF提供的所有潛在優勢，為什麼所有手機OEM都不採用可調諧方法來實現RF前端？原因包括以下幾點：
風險：延誤上市時間或在現場出現問題可能會產生巨大的負面和持久的財務後果。只要有其他人是風險足夠高的先驅者，每個人都樂於成為快速的追隨者。
需要採用不同的設計方法：為了最大限度地發揮可調RF解決方案的潛力，前端需要設計成可調諧的，這通常意味著與傳統固定RF組件相比有不同的設計標準和目標。例如，將天線設計為可調諧意味著需要聚焦於實現最大化輻射效率，並允許調諧器進行匹配，而不是像傳統上那樣必須平衡輻射效率和匹配。
成本：手機OEM廠商需要在現有硬件平臺上進行大量投資，而這些平臺需要最大限度的被利用。由於網絡運營商客戶面臨嚴峻的成本壓力，他們的目標是避免BOM成本增加的可能性，除非有令人信服的理由。
圖6、CA和MIMO架構導致智能手機的射頻前端設計日益複雜
採用可調諧射頻組件令人信服的理由可以多種形式出現。雖然採用針對3.5G和3.9G手機的可調諧射頻解決方案有顯而易見的好處，但並不清楚採用是否僅僅具有很好的功能。但對於4G來說，實施可調解決方案有明確的要求。較低的工作頻段，由CA和MIMO架構來支持的消費者對數據速率的更高期望，網絡運營商對4G基礎設施投資的投資回報（ROI，return on investment）預期以及持續的手機ID設計限制，都明確要求射頻前端的演變。
圖7、CA和需要支持頻段數增加導致前端的濾波器數量急劇增加
但是，考慮到手機OEM對風險的擔憂，以及實施方法和成本方面的差異 - 可調RF供應商如何推動手機OEM廠商採用可調射頻（RF）元件？答案是：可以先通過確定一個初始的應用，這個應用具有很高的要求和大量的好處，這樣OEM廠商仍然能夠同時維持平臺的投資和天線調整。而不是從現有的RFFE（射頻前端）體系結構（通過在靜態組件之間插入可調元件從而產生扇入/扇出方面的挑戰）開始，天線位於RFFE（射頻前端）的一端。下圖顯示了位於量產手機電路板上的阻抗調諧器，位於天線觸點旁邊（天線位於手機的一端）。
圖8、阻抗調諧器在射頻前端中的位置
考慮到位置，增加一個調諧器是可能的，這對現有RFFE（射頻前端）設計的其餘部分的擾動最小，這降低了採用這種技術的障礙。
圖9、傳統的阻抗調諧
根據調諧器連接的物理位置和預期功能，可以將天線調諧分為如下三類：
孔徑或者負載調諧（Aperture or load tuning）：這種調諧器直接連接到距離饋電點的某個物理位置處的輻射單元上。
阻抗調諧（Impedance tuning）：調諧器位於連接至輻射單元饋電點的傳輸線上;在調諧器位置附近的信號線被屏蔽（以便不產生輻射或者被幹擾）。
饋電點或耦合調諧：調諧器位於輻射單元饋電點和輻射單元之間的過渡傳輸線處。
我們也可以根據用於實現的具體技術來對天線調諧器進行分類。今天，三種基本技術方法正在用於實施天線調諧解決方案：
圖10、開關電容陣
開關電容：通常，SOI FET開關用於在固定的MIM電容之間切換。
鈦酸鍶鋇（BST，Barium strontium titanate ）電容器：用於通過控制芯片和一個或多個BST電容器芯片的組合來提供平滑變化的電容容值。
射頻微機電系統（MEMS，microelectromechanical systems）電容：它們使用可以利用靜電力來移動（啟動）的機械結構，以提供一組數字方式的可調電容值，通常用CMOS工藝來單片集成。
圖11、可調諧的RF-MEMS電容對
圖12、各種可調諧的RF技術的比較
RF前端和可調RF組件的市場快照
圖13、預計終端射頻前端的市場規模年均增長13%
用於手機中的RFFE（射頻前端）的總可用市場（TAM，total available market）是一個非常大的市場。雖然各方對手機射頻前端的總可用市場（TAM，total available market）的確切組成，當前規模和增長率持不同意見，但他們都同意這個市場正在快速增長。從 2014-2015年，RFFE（射頻前端）的TAM在90億美元範圍內。而一些消息來源顯示，RFFE（射頻前端）的TAM在2017-2018年增長至約130億美元範圍，而更積極的預測，顯示2015-2016年RFFE（射頻前端）同比增長約為20％，導致2016年RFFE（射頻前端）的TAM約為145億美元。全球4G網絡的持續部署和增長推動了這種增長。在RF前端TAM中，最大類別的組件是濾波器和各種預測表明在2016-2018年期間，濾波器將佔整個RF前端TAM的50％至60％。與整體RFFE市場一樣，LTE濾波器，特別是雙工器，正在推動濾波器類別的持續增長。
圖14、2G、3G手機的射頻前端架構
圖15、4G手機的射頻前端架構
查看各代手機的射頻前端（RFFE）物料清單（BoM）總成本的估算也很有意義。總體2G 手機的射頻前端（RFFE）物料清單（BoM）總成本估算值在0.50美元至0.55美元範圍內。而 3G-3.9G手機的射頻前端BOM成本範圍從3.75美元到4.00美元不等；而4G手機，取決於4G手機是歸類為基本機型還是區域機型，或者是配備全球漫遊功能機型的最新射頻前端BOM估計值的範圍分別為7.00-8.00美元，約10.50美元和從13.25美元至高達17.00美元不等。最近對射頻前端的加權平均估計表明，跨iPhone 6的不同SKU售價的BOM成本為每部手機14.65美元。鑑於RF部件和模塊成本通常每年同比會逐漸下降，2G手機和普通iPhone之間的射頻前端（RFFE）總體BOM成本增加約28倍，3G手機和普通iPhone之間的射頻前端（RFFE）總體BOM成本增加約3倍，這是前端複雜性和組件數量激增的有力標識，同時隨之而來的是還有這些組件的性能需求在迅速增加。
圖16、射頻前端正在向集成化的方向發展
如前所述，今天在手機中採用的可調RF（射頻）組件是由天線調諧應用所領導的。由於可調RF（射頻）是整個射頻前端（RFFE）市場中新興的一部分，目前的市場分析師對此覆蓋範圍有限。最早發佈的可調RF（射頻）的市場預測是Oppenheimer在2013年初的預測，其是市場預測顯示2015年天線調諧器的總可用市場（TAM，total available market）為7.72億美元增長到2016年略超10億美元。市場研究公司移動專家（Mobile Experts）最近的一份市場研究報告顯示，2015年的天線調諧器的總可用市場（TAM，total available market）收入為1.12億美元到2018年將達到2.7億美元，如下圖所示。
圖17、天線調諧器的市場規模
而Strategic Analytics預測2015年天線調諧器的銷售量約為7.5億個單元，到2018年將增長到19億個單元。與此同時，Yole Development對MEMS調諧器市場滲透率的估計是2015年總共1600萬個單元到2017增長到約7700萬個單元。
圖18、手機終端集成解決方案的關鍵發展節點
最後，根據泰勒（Taylor）的研究報告，2015年功率放大器（PA）的包絡跟蹤器的市場規模為2.51億個單元，到2018年將增至10億個單元。Yole預測從2017年開始銷售基於MEMS的可調諧濾波器和功率放大器。
圖19、濾波器和模組推動手機射頻前端的發展
基於上面介紹的市場數據，很明顯，採用可調射頻器件技術的市場雖然在快速增長，但仍處於早期階段。與此同時，整個射頻前端的總可用市場（TAM，total available market）仍從其近似90億美元的基礎中大幅增長，這創造了巨大的機會和對快速創新和發展的需求。下圖提供了1998年至2012年間14年期間手機體系結構的一些主要創新的圖形總結。雖然手機取得了令人印象深刻的成就，但需要以更快的速度取得更大進展，才能跟上4G甚至是5G的用戶和網絡的需求。
圖20、手機電路中器件的典型佈局
圖21、手機電路中器件的典型佈局
（完）
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