上海車(chē)展上寶馬展出了其電動(dòng)車(chē)旗艦:iX,這也是全球首款使用5G模塊的量產(chǎn)車(chē),這片模塊的背后贏家是三星和比亞迪。
這片5G模塊不是由傳統(tǒng)的模塊廠家如LG或大陸汽車(chē)提供,也沒(méi)有采用高通芯片,這片5G模塊是由三星旗下的哈曼設(shè)計(jì),比亞迪制造或者說(shuō)封裝。
(資料來(lái)自FCC)
這片5G模塊分兩個(gè)版本,一個(gè)是通用版,型號(hào)為SA-N9000,另一個(gè)版本是寶馬訂做版SA-N9001。上圖為寶馬用的SA-N9001,通用版的SA-N9000也是由比亞迪制造或者說(shuō)封裝。
用這兩種模塊做的TCU盒子也有所差別。
(資料來(lái)自FCC)
寶馬訂做的版本似乎體積更小,接口也不同。
(資料來(lái)自FCC)
左邊為通用版的一層PCB Layout,右邊為寶馬訂做版的一層PCB Layout。
(資料來(lái)自FCC)
SA-N9000的BOM表如上,這里只列出了主要元件,三星是大贏家,國(guó)產(chǎn)的君正股份旗下的ISSI也有LPDDR4入選,兆易創(chuàng)新也有一顆SPI NorFlash入選,當(dāng)然LPDDR4的價(jià)值要高出NorFlash不少。
其余被動(dòng)元件MLCC基本上都是日本村田的,兩顆特大的MLCC由日本太陽(yáng)誘電提供,分別是47000nF和22000nF,晶片電阻是中國(guó)臺(tái)灣國(guó)巨,晶片電感基本上由日本村田提供,一個(gè)4.7uH大電感和一個(gè)240nH的小電感由TOKO提供,一個(gè)1uH大電感和兩個(gè)470nH小電感由ABCO提供。
(資料來(lái)自FCC)
上圖為通用版模塊的框架圖。基帶部分是三星的S5123,與其配套的射頻收發(fā)器是S5M5510,ET調(diào)制芯片兩片,都是三星的S5M5800,電源芯片是三星的S2MPM06。
(資料來(lái)自FCC)
S5123即三星Exynos Modem 5123,Exynos Modem 5123 通過(guò) 7 納米 (nm) 極紫外光刻 (EUV) 工藝以及 5G 和幾乎所有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的支持,提高了能效,為高速、大容量 5G 連接設(shè)置了新的標(biāo)準(zhǔn)。
在 5G 中,調(diào)制解調(diào)器支持毫米波和 6 吉赫 (GHz) 以下頻譜,以及非獨(dú)立組網(wǎng) (NSA) 和獨(dú)立組網(wǎng) (SA) 網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)多達(dá) 8 個(gè)載波聚合 (8CA),它在毫米波中可提供高達(dá) 7.35 吉比特每秒 (Gbps) 的下行速度,在 6 吉赫(GHz)以下提供 5.1Gbps 的下行速度。
還支持 EN-DC,它利用第四代移動(dòng)通信技術(shù) (4G) 和 5G 信號(hào)來(lái)增強(qiáng)連接性。與利用現(xiàn)有 4G 基礎(chǔ)設(shè)施以及 5G 連接的非獨(dú)立網(wǎng)絡(luò) (NSA) 不同,獨(dú)立 (SA) 網(wǎng)絡(luò)是為 5G 從零開(kāi)始構(gòu)建的,為智能互聯(lián)服務(wù)的完整部署提供動(dòng)力。
Exynos Modem 5123 支持 SA 和 NSA 網(wǎng)絡(luò),不僅提供更快的數(shù)據(jù)傳輸速度,而且提供 5G 連接的所有優(yōu)勢(shì)。
Exynos Modem 5123 還支持各種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),包括全球移動(dòng)通信系統(tǒng) (GSM)、碼分多址 (CDMA)、寬帶碼分多址 (WCDMA)、時(shí)分同步碼分多址 (TD-SCDMA)、增強(qiáng)型高速分組接入 (HSPA) 、頻分雙工長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng) (LTE-FDD)和時(shí)分雙工長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng) (LTE-TDD)。
在 LTE 模式下,調(diào)制解調(diào)器提供增強(qiáng)的速度和功能,通過(guò) 8CA 提供高達(dá) 3.0Gbps 的下行速度,并支持高達(dá) 1024-QAM。
美國(guó)FCC在測(cè)試該5G模塊時(shí),主要檢測(cè)3.72501-3.95499 GHz,發(fā)射功率118毫瓦,86線進(jìn)入下3.75-3.93 GHz發(fā)射功率234毫瓦,87線為117毫瓦。
2G和4G的功率放大主要由Qorvo負(fù)責(zé),包括B21頻段的PA,OMH的PA和2G的PA。APT調(diào)制是QPM8105,APT(Average Power Tracking),平均功率跟蹤。
其基本原理是,通過(guò)算法根據(jù)功放的輸出功率調(diào)節(jié)功放的供電電壓,功放的實(shí)際輸出功率仍然通過(guò)輸入信號(hào)的大小決定。
LB-LPAMid是QPF7612,它集成了1GHz以下的4G/5G頻段(例如B5、B8、B26、B20、B28等等),包括高性能功率放大器以及若干低頻的雙工器;在不同的方案里,還可能集成GSM850/900及DCS/PCS的2GPA,以進(jìn)一步提高集成度。
低頻的雙工器通常需要使用TC-SAW技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),以達(dá)到最佳的系統(tǒng)指標(biāo)。根據(jù)系統(tǒng)方案的需要,如果在LB PAMiD的基礎(chǔ)上再集成低噪聲放大器(LNA),這類(lèi)產(chǎn)品就叫做LB LPAMiD??梢钥吹?,這類(lèi)產(chǎn)品的復(fù)雜度很高。還有QPC1220開(kāi)關(guān)IC。
比較高技術(shù)含量、價(jià)值較高的射頻功率放大部分多由Skyworks提供,包括Low / Low-mid / Mid / High-band and 4x4 MIMO Diversity Receive Module,即SKYA25003。
5G NR n77/78/79 PA Module with Integrated Filter (L-PAMiF) with SkyBlue™,關(guān)鍵的5G功率放大芯片集成了濾波器,型號(hào)為SKY5A3001,5G NR N77-79 LNA Diversity Receive Module即SKY5A5000。
M/HB波段的LFEM即SKYA5001。5G超高段UHB LFEM,即SKYA5000,還有開(kāi)關(guān)SKYA21024。
其余關(guān)鍵元件還包括高通提供一系列DPX和濾波器,太陽(yáng)誘電提供UHB N78/N79波段濾波器,TDK提供熱敏器,NXP提供射頻開(kāi)關(guān)IC,TCXO晶振由日本KDS提供。
屏蔽由Larid提供,4Gb的LPDDR4 第一供應(yīng)商由美光提供,不過(guò)美光最近產(chǎn)能很緊,中國(guó)君正股份旗下的ISSI得以成為第二供應(yīng)商,型號(hào)為 IS46LQ16256A,這也是ISSI的最新產(chǎn)品,之前ISSI以Flash產(chǎn)品為主,在2020年底才開(kāi)始向LPDDR4進(jìn)軍。
寶馬訂做版里移除了SKY13727-11部分,這部分是B3, B39, B25(2), B34, B66, B40, B30, B41, B7, B42和 B48波段的MIMO接收模塊。
三星哈曼的5G模塊支持n1/2/3/7/25/38/41/66/77/78波段。
(資料來(lái)自FCC)
顯然,V2X的5.9GHz波段不支持。按照我國(guó)工信部5G頻段劃分, 中國(guó)移動(dòng)目前主要組網(wǎng)使用的是n41(2515-2675Mhz) ,中國(guó)電信使用的是n78(3400-3500Mhz),中國(guó)聯(lián)通使用的是n78(3500-3600Mhz),中國(guó)廣電將使用n28和n79,此外中國(guó)移動(dòng)未來(lái)還會(huì)啟用n79作為室內(nèi)覆蓋或者是熱點(diǎn)補(bǔ)充覆蓋。顯然,寶馬支持三大運(yùn)營(yíng)商的頻段。
那么美國(guó)呢,2021年2月24日,美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)宣布C波段3.7GHz-3.98GHz頻段的拍賣(mài)結(jié)果。也就是N77/78頻段,這是黃金頻段,美國(guó)拍賣(mài)了811億美元,但之前美國(guó)拍賣(mài)的是24GHz、28GHz、37GHz等高頻頻段。
顯然寶馬在美國(guó)暫時(shí)是沒(méi)有5G服務(wù)的,美國(guó)的5G做的也很差。歐洲的5G目前也是N77頻段,因此寶馬不必改射頻設(shè)計(jì)就可在中國(guó)和歐洲銷(xiāo)售。
最后來(lái)說(shuō)比亞迪的角色,目前做通訊模塊比較大的有LG INNOTEK、環(huán)旭、佳世達(dá)和偉創(chuàng)力,這是一種SiP封裝,介于半導(dǎo)體芯片與PCBA之間的技術(shù),環(huán)旭處于龍頭位置,一直以來(lái)都是蘋(píng)果獨(dú)家供應(yīng)商。
不過(guò)消費(fèi)類(lèi)電子廠家依托PCBA的經(jīng)驗(yàn),也在躍躍欲試進(jìn)軍SiP,如歌爾和立訊,一時(shí)間大家都以為SiP的門(mén)檻很低,并且環(huán)旭的利潤(rùn)率表現(xiàn)并不理想,這可能是環(huán)旭過(guò)分依賴(lài)蘋(píng)果的原因,蘋(píng)果肆無(wú)忌憚地壓低價(jià)格。
但是這并不意味著通訊模塊SiP的門(mén)檻很低,耳機(jī)消費(fèi)類(lèi)的SiP封裝門(mén)檻確實(shí)不高,但通訊類(lèi)可不是,牽涉到射頻尤其5G這種GHz級(jí)別的地方,都需要長(zhǎng)時(shí)間摸索工藝。
車(chē)載的通訊模塊門(mén)檻就更高,要知道通訊模組里關(guān)鍵的芯片都是為手機(jī)而不是為汽車(chē)設(shè)計(jì)的,在5G領(lǐng)域,幾乎所有的芯片都是兩三個(gè)廠家壟斷的,特別是功耗比較大的Modem和PA,它們不可能專(zhuān)為汽車(chē)領(lǐng)域訂做一款過(guò)AEC-Q100的芯片,因?yàn)橄啾仁謾C(jī)領(lǐng)域的量,車(chē)載的量太低了,幾乎可以忽略不計(jì)。
5G PA大廠基本就是Skyworks、Qorvo、安華高三家壟斷,Skyworks市場(chǎng)占有率超過(guò)50%,大約在60%左右,如此強(qiáng)勢(shì)地位,自然不會(huì)照顧汽車(chē)企業(yè)。5G PA芯片不過(guò)車(chē)載標(biāo)準(zhǔn),但是模塊必須過(guò)。
這就對(duì)模塊的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),加上還有EMC,5G車(chē)載通訊模塊門(mén)檻極高,我估計(jì)全球只有LG INNOTEK、環(huán)旭和比亞迪能做到。
這款5G模塊中,我們可以看到歐洲電子產(chǎn)業(yè)的沒(méi)落,這款5G模塊中只能看到為數(shù)不多的歐洲廠家身影,日本和中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)占據(jù)了被動(dòng)元件,美國(guó)企業(yè)掌握了射頻放大,當(dāng)然美國(guó)企業(yè)的背后是中國(guó)臺(tái)灣三大復(fù)合半導(dǎo)體代工廠的貢獻(xiàn),中國(guó)大陸廠家開(kāi)始嶄露頭角,ISSI和兆易都有露臉,這是個(gè)不錯(cuò)的開(kāi)端。