昨日(8月16日)，华为首款5G手机Mate20 X(5G) 在国内正式开售。据媒体报道，网上预约量已经超过100万，远高于之前的市场主流预期。
根据国泰君安电子研究团队测算，明年起5G手机将迎来大规模换机潮，出货量或超过2亿。
由于智能手机本身渗透率已经很高，所以此轮换机热潮中业绩弹性最大的，未必是手机厂商本身，而会是产业链上的核心元器件提供商。
从基带芯片到天线、从摄像头到触摸屏。。。大潮之下，5G手机产业链究竟和4G时代有何差异？就此话题，我们邀请到国泰君安研究所电子行业首席分析师王聪和他的同事张阳做客《首席相对论》，和我们分享5G换机大潮带来的终端革命。
01
和4G手机相比
5G手机在构造上有何不同？
从现在这个时间点来看，跟4G手机相比，5G手机最确定的变化在于两者射频端的不同。
*关于5G手机和4G手机核心区别的解读
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射频端的变化主要有三个。
第一个是基带芯片， 用来做编解码。目前市面上来看，高通、华为、三星在这块都推进的非常快。
尤其是华为，在5G基带芯片这一块相对比较领先。比如最近发布的华为MATE20X，用的就是自己的NSASA双模5G芯片，而像高通现在的5G芯片，还是X50的单模芯片。
第二个是射频前端芯片。 射频前端芯片的市场规模，目前在150亿美金左右，可以预计，在未来3年左右的时间里面，整个射频前端的芯片会有一个快速的增长，到2035年，整个行业规模应该能达到350亿美金。
除了前端芯片，射频前端其实还包括了像滤波器、功放、开关、LNA这些组件，在这些细分领域，我们也看到国内的厂商正在逐渐突破，出现一些国产替代化的趋势。
第三部分是天线。 天线设计主要分为sub6G和毫米波两个频段。我们目前看到LCP、MPI这两种性能更好的材料，会被逐渐引入并成为sub6G这一频段天线的主流材料。
在毫米波方面，高通、三星选择通过半导体的AiP工艺，将天线寄存在芯片里，这样就可以把射频前端的芯片、电源管理的芯片封装在一起，成为一个集成模组，进一步减少空间。
02
射频端供应链中
哪些厂商正在实现进口替代？
基带芯片主要是华为、三星、高通、MTK、展讯这几家，目前 华为 在这一块已经做的非常好。
射频前端芯片，还是Skyworks、Avago、Qorvo这三家比较领先，加上日本的村田，目前这四家占据了全球90%以上的市场份额。
但是现在因为像贸易战这样的事情，特别是华为被美国列入黑名单以后，国内的射频前端厂商也有机会切入到一些低端手机的芯片供应产业链中，我们可以看到 卓胜微、汉天下 这样一些国内的厂商开始起量，而且在一些低端或者技术门槛相对比较低的领域，逐渐实现了一些进口替代。
天线这块我们国内厂商参与的相对较多。在 sub6G 赫兹这个频段，LCP或者MPI的天线可能会成为一个主流方案，我们判断LCP未来会迎来一个不错的增速。
LCP供应链是个什么情况呢？我们可以从苹果的供应链去看。苹果已经开始用LCP天线了，虽然它不是5G手机，但是已经开始用了。
LCP主要分四个环节材料、覆铜板、软板和下游的组装。苹果的材料、覆铜板和软板用的都是村田，下游组装是 立讯 和安费诺两家，这一条LCP供应链应该是目前全球最成熟的一条供应链。
除了这一条供应链之外，全球第二有优势的供应链也非常值得关注。这里面我们看到了很多中国厂商的名字。
材料端，目前还是以日本厂商为主，除了村田、还有松下、东丽都在提供。
软板端，我们国内的软板厂商，包括 东山、鹏鼎 ，在这方面进展非常好。
组装这块，国内传统的天线厂商， 信维和电连技术 现在也在投入去做。
LCP之外，毫米波频段的天线设计这块国内厂商相对参与的比较少。
因为相对来说AiP是一个芯片级的天线，更多的还是高通、三星一些芯片厂商在参与。国内的厂商较多的出现在封装环节，像 环旭、长电 在这一部分都有很多的积累，包括 立讯 ，现在也开始切入这一块。
03
模组化芯片趋势
会给低端供应商带来哪些冲击？
模块化确实是一个比较大的趋势。
如果我们打开华为上半年发布的 MATE 20X(非5G版)，我们会发现，其实里面只用了两块芯片，一块中低频的是Skyworks的，一块中高频的是Qorvo的。
对一些高端的手机而言，他们更喜欢用一些集中化的模块，去减少芯片的占用空间，另一方面，也因为高端手机的价格相对较高，用得起这样的方案。
但是一些中低端的手机，目前使用分离器件还是比较多的。比如华为和三星的中低端手机，用的就是单独的滤波器、单独的射频开关，对于中低端手机而言，这是更具性价比的一种方案，我们判断未来还会长期存在。
也有一些厂商会从一个单独的器件去升级做一些模块组件。比如我是做视频开关的，但是也去整合滤波器、PA这些，把一些低程度的模块升级到高程度的模块。
整体上而言，中低端手机对分离器件的需求，是会长期存在的。
04
sub6G频段和毫米波频段
有什么区别？
目前我们看到国内的5G建设还是以sub6G为主，未来各家手机厂商去推5G手机的节奏，大概率也会遵循从sub6G到毫米波的这个路径。
后推毫米波的原因有两个，一个是目前大部分的网络不支持，另一个原因是毫米波手机，不管是从射频端还是整体手机的设计，难度要比sub6G大很多。
目前在毫米波领域研发实力最强的，无疑还是苹果。我们觉得明年，苹果手机是有可能直接推毫米波手机的，特别是美国、日本这种可以直接使用毫米波的地区。其他品牌，可能还是需要从sub6G慢慢过渡到毫米波。
05
除射频端之外
5G手机终端还包括哪些变革？
除了在射频端的一些变化，5G手机另外一个比较确定的应用创新是光学组件。
因为实事求是地讲，射频端的变化，只是承载了一个网络上的对接需求，它是这个手机正常使用的基础，并不真正是应用端的变化。
5G投资机会的三个点，先基站建设、再手机射频端，最后手机应用。以视频为基础的手机应用，未来持续发展的趋势还是非常确定的。
第一个是拍照。大家看到的摄像头，从一个变两个，从两个变三个，这个过程肯定还会继续进行。
另一个是AI应用。我个人判断，后年开始，后置的TOF应该会迎来一个爆发式的增长。 目前从产业链反馈的情况来看，苹果、华为，明年都会上后置TOF的产品。
从TOF的供应链来看，发射端的VCSEL、Diffuser和lens，接收端的红外CIS、窄带滤光片以及lens，这六个组件，会有一些相关的投资标的，也可以进行一个关注。
06
5G手机换机潮
会成为消费电子行业的重要拐点
我们最近也走访了一些主要的基带芯片公司，会发现其实5G手机的推进速度比现在一些主流的咨询机构预测的要乐观的多。
一些咨询机构预测5G手机今年的出货量大概在1000万出头，明年估计有一个亿以上，但是从我们来看，是远远不止的。根据我们的统计，现在6家主要基带芯片公司的流片量，今年应该在4000万以上，明年应该能超过3亿片，从手机出货量来看，今年应该能超过2000万，明年保守估计也有2亿以上。
2亿以上的出货量是什么概念呢？ 基本上意味着，明年你能在市场上买到的旗舰机都会是5G手机。
并且我们预计可能不仅仅是旗舰机，会有个别激进的厂商会把中高端机型也换成5G，手机应该会从今年的四季度开始，进入到一个全面爆发的时期，我们预测，这一波换机潮应该会持续2-3年的时间。
另外一些咨询机构认为，在智能手机高渗透的情况下，5G手机很难再迎来一次井喷式的发展。我们对此持保留态度，主要有三个原因：
1、自2017年四季度苹果发布iPhone X以后，其实整个手机行业已经走了一段时间的下坡路，目前即将进入一个重新提振的拐点。
2、从量上来看，手机使用人群基数已经很大。哪怕只有个位数的增长，也是非常庞大的群体。
3、从价上来看，5G手机的单机价值量比4G手机会有一个比较大的提升，价格也会出现一个明显的增幅。而从消费升级上来说，购买高端手机的人，会越来越多。
所以，量价齐升，叠加几家头部公司的集中度提高，这个增速将会非常可观，5G的换机潮对行业的拉动作用不容小觑的。
（文章来源：国泰君安）
郑重声明：发布此信息的目的在于传播更多信息，与本站立场无关。RF电路篇：降低功放耗电量，关注包络跟踪
在用于智能手机通信的无线电路（RF电路）中，旨在降低耗电量的技术开发也十分活跃。这是因为，就峰值功率而言，仅RF电路就会消耗2W左右的电力，所以还存在着很大的削减空间。
RF电路中消耗电力最大的是发送部用来放大信号的功率放大器（PA）。在终端和基站处于远距离等情况下时，信号峰值会在瞬间消耗1.5W左右的电力（图18）。因此在RF电路中，如何削减PA的耗电量成了关注的焦点。
图18：RF电路的对策
智能手机的RF电路中，耗电量最大的是功率放大器（PA）。例如LTE在以23dBm输出时，仅功率放大器就会瞬间消耗1.5W左右的电力（a）。因此，要想降低RF电路的耗电量，提高PA的效率以及通过周边技术降低损耗至关重要（b）。（图18：（a）由本刊根据澳大利亚新南维尔士大学和英国Nujira公司的资料制作）
削减耗电量的关键在于提高PA的功率附加效率*和降低周边技术的电力损耗（图18（b））。
*功率附加效率（PAE：power added efficiency）＝表示PA的实际输出信号电力（从输出信号电力中减去输入信号电力的值）与电源加载的直流电力的比率。
PA的功率附加效率因采用的通信方式而异。比如，用于GSM方式通信电路的PA有望达到50％以上的效率，而用于W-CDMA方式的PA最大为40％左右，至于LTE由于尚未进行充分优化等，最大效率只有35％左右。也就是说，LTE终端中用于PA的输入功率有65％以上被浪费了（化为热量等）。
多频阻碍效率提高
今后将成为主流的LTE方式智能手机的PA要想提高功率附加效率无比困难。理由在于多频化的推进。
LTE方式的智能手机为了能在世界各地使用，标配了国际漫游功能。因此，RF电路必须支持多个频率（多频化）。如果PA和滤波器等RF电路的个别部件根据支持频率的数量来安装，部件个数就会增加，导致安装面积增大，成本也会增加。为了避免这种情况，LTE终端的主流是利用可在一个封装中支持多个频率的多频产品（图19）。“很多终端厂商打算在RF电路中以多模和多频部件的使用为主”（村田制作所执行董事、模块事业本部副本部长中岛规巨）。
图19：通过多频产品削减安装面积
采用多频型功率放大器（PA）的话，即使支持的频带数增加，安装面积也不会增加。（本站根据三菱电机的资料制作）
村田制作所的多频型PA与单一频带（单频）产品相比，不容易提高效率。所支持的放大频带数量越多，功率附加效率越难以提高，二者属于此消彼长（Trade-off）的关系 注1）。
注1） 多频型PA一般采用广带型放大电路，与特定频带具备放大特性的单频型相比，效率值容易下降。
包络跟踪技术亮相
作为提高LTE终端多频型PA效率的技术，备受关注的是对输入PA的电源电压进行细微控制的“Envelope Tracking（包络跟踪）”。
包络跟踪是对PA的电源电压进行极其细微的动态调节的技术。此前一直利用以发送信号的1个时隙为单位切换PA电源电压的方法“Average Power Tracking”。而包络跟踪则追踪信号振幅（信号电力），以更小的时隙切换电源电压，由此在输出时会选择效率最高的电源电压进行发送（图20）。
图20：追踪信号波形，细微控制电压
无电压控制、Average Power Tracking以及Envelope Tracking时的时间轴信号波形示意图。粉线表示电压值水平，粉色区域表示发热（多余的电力消耗）。（图由本刊根据Nujira公司的资料制作）
PA的功率附加效率对电源电压和发送电力有依赖性，因此如果能根据发送电力切换电源电压，在理想状态下能一直选择最大效率点，可以减少多余的电力消耗。通过组合使用该技术，弥补了多频型PA效率降低的缺点。
包络跟踪有多种实现方法，最常用的是从输入信号波形中提取振幅的形状，然后将所需的偏置信号输入PA的方法（图21）。此时采用的旨在加载最佳偏压的控制IC由欧美风险企业开发。
图21：包络跟踪的控制电路
从输入信号波形生成偏置信号波形，利用偏置信号波形对输入功率放大器（PA）的电源电压进行微细控制。根据PA的输出改变电源电压，由此能以最高效率的电压驱动。（图由本刊根据三菱电机的资料制作）
大幅削减耗电量
例如，如果使用英国Nujira公司供货的包络跟踪用控制IC，耗电量可较未使用时削减40％～55％（图22）。“与W-CDMA等相比，动态范围较大的LTE能进一步降低耗电量”（Nujira公司现场应用经理Tamas Vlasits）。
图22：包络跟踪的效果
Nujira公司的包络跟踪控制IC“NCT-L1100”封装在4mm见方的BGA等中（a）。W-CDMA、HSUPA及LTE在23dBm输出时的RF电路耗电量。导入包络跟踪技术，大幅降低了PA的耗电量。LTE的话可削减55％的耗电量（b）。（图由本刊根据Nujira公司的资料制作）
包络跟踪用控制IC插入PA和RF收发器IC（或基带处理LSI）之间使用。控制IC通过符合MIPI（Mobile Industry Processor Interface）标准的芯片间接口等控制 注2）。
注2） MIPI Alliance于2011年11约成立了旨在制定包络跟踪专用接口标准的工作组。预定制定从RF收发器IC或基带处理LSI收发包络信号的信号线标准。
在包络跟踪用控制IC领域另一家较受关注的公司是美国Quantance。该公司将自主开发的技术命名为“qBoost”，计划与PA厂商合作扩大技术的应用范围。该公司称，利用该技术可将功率附加效率提高至50％左右。
Quantance已经与三菱电机展开了合作。三菱电机前不久发布了尺寸仅3mm见方、可放大6频带的PA，设想与包络跟踪技术组合使用。组合使用后可确保最大40％的效率（图23）。
图23：支持6个频带，可确保40％的效率
三菱电机开发的GaAs制PA尺寸只有3mm×3mm×1mm（a）。功率附加效率在1.7G～2GHz的6个频带中最大可确保40％（b）。（图由本刊根据三菱电机的资料制作）
将来计划配备于RF IC
包络跟踪技术不仅可以利用上述专用控制IC来支持，在不久的将来还计划嵌入RF收发器IC等使用。富士通半导体预定2012年5月上旬开始样品供货配备包络跟踪控制功能的多模及多频型RF收发器IC“MB86L11A”。这是业界首款配备包络跟踪控制功能的RF收发器IC。此外，美国高通公司等从事智能手机芯片组业务的大企业好像也都在考虑标配该技术。
不过，包络跟踪也存在课题。由于电源电压高速切换，信号的失真特性会劣化，相邻通道的漏电功耗可能会增大。作为解决对策，瑞萨电子通过提前使发送信号失真（预失真）减轻了劣化，瑞萨电子认为“需要探讨类似的补偿技术”。
提高元件自身的效率
还有厂商打算通过提高PA元件自身的特性来提高效率，以降低耗电量。例如美国威讯联合半导体（RF Micro Devices）于2012年2月底发布了可将LTE发送时的功率附加效率提高至42～44％左右的PA“ultra-high efficiency PA” 注3）。
注3）可用于放大W-CDMA的频带1、2、3、4、5、8，以及LTE的频带4、7、11、13、17、18、20、21。
另外，富士通半导体2011年底开始供货多频型PA，通过在PA元件中利用与富士通研究所共同开发的高耐压晶体管“EBV-Transistor”提高了效率。这是一款利用CMOS技术设计的PA，能够通过一个封装支持W-CDMA和HSPA利用的3个频带的放大（图24）。据富士通半导体介绍，使用频率较高的中低输出时的效率非常高。
图24：富士通的CMOS制PA支持3个频带
富士通半导体开发的CMOS制PA利用一枚芯片实现了W-CDMA/HSPA的频带Ⅰ（2.1GHz频带）、频带Ⅴ（850MHz频带）、频带Ⅸ（1.7GHz频带）的放大。尺寸为4mm×3.5mm×0.7mm。
减少反射波降低耗电量
另外还有不在PA上下工夫，而是通过导入RF电路的周边技术来降低电力损耗的案例，比如插入隔离器来减少反射波。
隔离器是仅通过单向信号的部件，如果在PA和天线之间插入隔离器，可以阻止从天线侧逆流进入的信号。
最近的智能手机天线一般设置在机身侧面等，天线阻抗会随着用户握持方法的不同而大幅变动。因此，RF发送部会产生阻抗不匹配现象，从而导致PA的输出信号作为反射波返回，这会使S/N恶化。
反射越多，PA的发送电力越大，所以会导致耗电量的增加。插入隔离器可以去除反射波，从而降低耗电量。
使用隔离器会导致部件数量增加。因此，海外的终端厂商大都不愿意采用。不过开发商期待，随着对降低RF电路耗电量的关注度越来越高，采用的海外终端厂商也会增加。比如，隔离器开发企业之一村田制作所开发出了将PA、滤波器以及隔离器（稳定器）收纳在一个封装内的PA模块，并且已开始供货（图25）。该公司通过集成化缩小了产品尺寸，并以此为优势向日本国内外的终端厂商积极促销。
