固本培元，Qorvo拓展多元化业务版图
2024-04-29
15:34:10
来源: 杜芹
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在半导体行业，提到Qorvo这个名字，几乎没有人不知道其在射频芯片领域的领先地位。Qorvo以其高性能的功率放大器（PA）、射频滤波器和天线技术在全球市场中占据了一席之地。这些技术广泛应用于无线通信设备中，从智能手机到基站。
然而，Qorvo并不满足于其在射频技术领域的成就。作为一家前瞻性的技术创新公司，Qorvo正不断扩展其业务领域，深入探索和开拓新的技术领域。在电源管理、压力传感器和超宽带（UWB）技术方面，Qorvo正在展开广泛的布局，努力将其业务扩展到半导体行业的更多细分市场。
多路出击，Qorvo 攻克 Wi-Fi 7 设计新挑战
随着Wi-Fi技术的不断发展，其应用已经远远超出了最初简单的上网需求。从早期的802.11b/g/n标准到现今的Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6，再到最新的Wi-Fi 7，随着带宽的增加和吞吐量的提升，Wi-Fi能够支持的功能也日益增多。Wi-Fi技术不再局限于网页浏览和视频观看，其应用范围已扩展到智慧基础建设、高清监控、增强现实/虚拟现实设备以及工业4.0等智能工厂应用。当前，Wi-Fi在电动车的车联网、车与车之间的通信中发挥着至关重要的作用，其无线连接的可靠性和高吞吐量是不可或缺的。
Qorvo亚太区无线连接事业部高级行销经理Jeff Lin（林健富）介绍到，Wi-Fi 4到Wi-Fi 7的升级主要表现在吞吐量的大幅提升和支持的频段数量增加。特别是从Wi-Fi 6E开始，新开放的6GHz频段为追求更快、更稳定的网络连接提供了更多空间。Wi-Fi 7引入了几项创新技术，如4096 QAM调制方式和320 MHz带宽的使用，大幅提高了数据传输能力。其中，多链接操作（MLO）技术使设备能够同时在多个频段上操作，极大提升了网络的效率和灵活性。
Wi-Fi 7的关键技术还包括改进的频道分配机制，即使部分频道发生干扰，也能快速重组其它可用频道以保持数据传输，这极大提升了Wi-Fi连接的稳定性和效率。此外，随着6GHz频段的开放，不同国家对这一新频段的管理政策也各不相同，从而影响了Wi-Fi技术的全球应用和发展。
但一个事实是，Wi-Fi 7标准的引入势必也对产品设计和性能要求提出了新的挑战。Jeff解释阐述到，Wi-Fi 7的多连接操作（MLO）技术允许设备在不同频段（如5G和6G）上同时运作，这意味着终端设备和路由器需要支持多频段以利用MLO带来的优势。例如，传统只支持2.4G和5G的设备，如果不支持6G频段，将无法完全利用MLO技术。此外，为了实现MLO，Wi-Fi设备需要增加更多的射频前端模块（FEM），以及确保各个频段之间不发生干扰的滤波器，这些都会对设备成本和设计复杂度带来影响。
另一个挑战来自于Wi-Fi 7的4K-QAM技术，它虽然能显著提高数据传输效率，但也导致了容错率的下降。因此，在开发过程中，需要确保极低的误码率（EVM），以减少信号衰减和干扰，确保数据传输的可靠性和准确性。
Wi-Fi 7还支持高达320MHz的带宽，这提供了更宽的频段以支持更快的数据传输速率，但同时也需要设备在更长的频段上维持高性能，对功率放大器（PA）的稳定性和抗干扰能力提出了更高要求。目前Wi-Fi 7对PA的线性度要求达到-47dB，相比Wi-Fi 6时的-43dB以及更早标准的-30dB，技术标准有了显著提升。
面对这些挑战，Qorvo采取了一系列先进的技术策略和解决方案：
首先，为了实现在高要求的传输过程中更稳定的性能，Qorvo重点发展了其功率放大器（PA）的技术，包括线性PA和非线性PA的应用。
线性PA在大部分工作范围内保持线性输出，确保了信号在高功率输出时的稳定性和预测性。而非线性PA虽然天生输出曲线为非线性，但通过数字预失真补偿（DPD）技术，可以将输出信号调整为线性，从而满足Wi-Fi 7对高线性度的要求。
“不过非线性PA天生输出曲线为非线性，往往需要搭配数字预失真补偿（DPD）技术使用。DPD技术是通过数学算法预测PA的非线性行为，并生成一个相反的信号来补偿这种非线性，使最终的输出信号达到线性标准。这种方法虽然需要较高的系统资源和技术支持，但能显著提升PA的性能，尤其是在EVM和容错率方面。Qorvo与Wi-Fi主芯片厂商有着密切的合作，能够针对不同非线性PA进行定制化的软件支持，以适应各种应用场景。”Jeff指出。
非线性PA的另一个显著优势是能效较高。根据Qorvo的测试，非线性PA相比线性PA可以节省约25%到30%的电力消耗。这在当前全球能源价格高企和环保要求日益严格的背景下，对运营商和设备制造商具有极大吸引力。
其次，除了PA技术，Qorvo还重视射频路径中的滤波技术。公司开发的高性能滤波器能够有效隔离Wi-Fi 7中多个频段之间的干扰，确保信号的清晰与稳定传输。这一点在Wi-Fi 7的三频段应用中尤为重要，因为系统需要在2.4GHz、5GHz及新开放的6GHz等多个频段上同时工作。
针对不同国家和地区的频段开放情况，Qorvo提供了一整套包括FEM和滤波器在内的射频解决方案，能够灵活应对全球市场的不同需求。这种高度定制化的策略，结合Qorvo多年的射频技术积累和市场经验，使其在Wi-Fi 7时代能够为客户提供更完整、更高效的无线连接解决方案。
尽管Wi-Fi 7带来了技术上的进步，但技术的发展尚需要时间的沉淀。就目前的出货量情况来看，Wi-Fi 6的出货量最大，仍是市场主流，而Wi-Fi 7的出货量不到5%。Jeff预计，在未来2~3年的时间里可能还是会以Wi-Fi 6为主，Wi-Fi处于逐渐增长的趋势，预计到2028年，Wi-Fi 7可能与Wi-Fi 6达到市场份额的黄金交叉。
电源领域强势出击，引领智能电源管理芯片新时代
在电源领域，通过战略性收购，Qorvo的发展势头也不容小觑。2019年，Qorvo收购了Active-Semi公司的全线半导体业务，涵盖了电源管理IC、马达驱动IC和电池管理系统（BMS）芯片。
2021年，Qorvo进一步扩展了其产品线，收购了UnitedSiC公司，将业务延伸至碳化硅领域。Qorvo的碳化硅产品的应用领域广泛：首先是汽车，包括新能源汽车的充电、牵引逆变器和直流转换器等车规级应用；此外，其碳化硅产品还广泛应用于新能源汽车充电桩；第三是IT基础设施，在这一领域，碳化硅的主要用于括功率因素校正和DC/DC的变换；再就是风能、太阳能逆变器以及相关储能设备等新能源领域。最后，在电路保护方面，以断路器和固态功率控制器为主。
不过值得一提的是，区别于市面上场景的SiC方案，Qorvo的碳化硅产品独有的Cascode架构是其竞争力所在。基于Cascode架构，可以实现性能更好的体二极管，如开光频率更高、导通电阻更低以及提供更好的反向恢复性能等等。目前Qorvo现在可以提供从650V到1700V全电压范围以及车规和非车规的不同封装的产品。
此外，Qorvo在近两年也在紧锣密鼓的积极推广其软件方案，目前已推出的主要是QSPICE——一种针对模拟和混合信号的仿真解决方案。它基于SPICE仿真模型，主要有点是完全免费的，便于客户从传统的PSpice及其他基于SPICE模型的仿真软件上迁移过来。
马达驱动是Qorvo最早涉足电源领域的市场，自2013年推出第一款集成ARM M0内核的智能马达控制产品以来，Qorvo持续扩展其产品线，包括2015年的40V、70V和600V电压产品，以及2017年介于70V和600V之间的160V产品。2018年，Qorvo升级了其产品，采用M4内核以满足更广泛的计算需求。到2021年，Qorvo已完成了包括40V、70V、160V、600V在内的全线马达驱动产品布局，超过30款产品已投入市场。
近年来，看到了马达驱动逐渐向更先进的电机系统如直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）转变。伴随电机类型的变化，传统电机的供电方案也发生了转变，例如从燃油或交流电驱动逐步向电池供电过渡，再比如，常见的家用电器，如吹风机和吸尘器，正从传统的220V交流电转向电池供电产品。这一变化为Qorvo在电池管理系统（BMS）领域的投资带来了新的机遇。
2023年，Qorvo正式发布了其首款BMS产品。Qorvo的第一代电池管理系统（BMS）芯片主要包括两款型号：PAC22140和PAC25140。PAC22140基于50MHz ARM M0内核，配备32KB Flash，能够支持最多20串电芯。相比之下，PAC25140则升级至150MHz ARM M4内核，并增加至128KB的Flash。这两款芯片均内置高达145V的Buck电路以及5V和3.5V的LDO，极大简化了电源设计需求。用户只需添加必要的外围被动元件即可完成电源部分的设计，而高边驱动设计仅需两个MOS管，分别管理充电和放电，简化了客户的项目设计。
Qorvo资深客户经理 Yichi Zhang（张亦弛）详细介绍了Qorvo BMS的特点。第一个最大的特点是高集成度，通过将高性能 MCU 和模拟前端（AFE）整合到单个芯片中，尺寸不到1cm×1cm，极大简化了客户的外围设计需求，也提高了智能化水平。
单颗芯片方案的好处是，有利于提升整个系统的可靠性，在利用3~4颗或更多芯片来完成BMS系统设计时，只要任何一颗发生失效，就会导致整个系统出现问题。但是对于单芯片方案，只要这颗芯片有足够低的失效率，整个系统就可以保证极高的可靠性。
针对电池管理所需的安全和长续航的两大需求，Qorvo 的 BMS 芯片从充放电管理、短路保护、过流过压保护、电池监控、电池均衡、低功耗控制这六大功能为基础，优化和管理电池效率和寿命。例如在AFE设计方面，Qorvo凭借多年经验，集成了16位高精度ADC、电芯平衡电路和高边驱动等电池管理模块，实现了高效的电池监控和保护。
此外，Qorvo的BMS系统还具备强大的通信能力。基于ARM MCU，该系统支持SPI、I2C、UART、CAN等多种总线接口，使其不仅可用于电池管理，还能进行通用控制和数据通信等功能。目前这一代芯片支持最多20串电芯，Qorvo是市场上首家推出如此规模单芯片方案的供应商。
Qorvo为BMS系统的开发提供了丰富的参考代码、算法、SDK及应用程序，GUI程序为客户提供了一个强大的上位机软件界面，能够实时读取和设置每个电芯的状态和保护门限，简化了编程过程，让客户能够更加高效地进行产品开发。
PAC25140和PAC22140芯片广泛应用于工具行业（如割草机、吹雪机、手持工具像电钻、角磨机）、电动两轮车等领域，覆盖48V、60V及72V等不同电压需求，支持客户进行兼容设计。此外，这些产品也逐步向储能市场等其他工业应用推广。目前这两款芯片已经量产，客户可以随时获取开发资料及样品。
Sensor Fusion压力传感器技术，重塑触控体验
Qorvo 打造的传感器融合（Sensor Fusion），通过 MEMS 传感器、ASIC 芯片、软件和机电一体化结构在内的完整解决方案，正在一改传统按键，
触及到更多应用领域，将传统按键转变为时尚、智能的操控界面。Qorvo 的技术面向多种输入方式，不受大多数环境因素的影响，并适用于任何材料。无论是在汽车应用还是消费电子领域，Qorvo 将通过自身的专利技术以及整套的开发支持，致力于改变触控方式，实现用户体验升级。
Qorvo的资深客户经理Renado Lei（雷益民）在演讲中表示：“Sensor Fusion 解决方案不受大多数环境因素的影响，适用于任何材料，其具有高精度，高灵敏度，高线性度，超低功耗，体积小的特性，可以将传统的触控按键转变为时尚、智能、可靠的操作界面。”
在人机交互技术方面，相对于传统技术，Qorvo的Sensor Fusion产品允许使用更多种类的表面材料，如塑料、玻璃、金属和木材，克服了如电容触控技术对材料的局限性。此外，我们的产品还支持在多种环境下使用，包括高低温、湿润、有水或油污的环境，比传统的机械按键或电容触控更加适应各种复杂工况。
目前，Qorvo提供了两种不同的产品系列，MEMS Force和ForceGauge，它们的结构堆叠方式不同，以适应不同的使用场景和客户需求。MEMS Force系列采用直压式工作原理，能将用户操作的微小力直接传导至芯片并转化为电信号；而ForceGauge系列则是通过PCB板的微小变形来产生力度信号。不同的客户可以根据具体需求和使用场景，选用合适的压力传感器系列。
Qorvo的Sensor Fusion解决方案已经应用于多个领域，为现代科技设备提供高效、精准的人机交互解决方案。Renado在会上介绍了几个主要应用场景：
手机与 AR/VR 设备：Sensor Fusion应用在手机侧键，替代了传统的机械按键，实现了设备的一体化设计，消除了物理槽的需求。在游戏中，结合电容触控技术，实现了3D Touch和屏下压感技术，能精确识别X、Y坐标和Z轴的压力，从而在系统层面实现了三维触控。因其低功耗特性，也被用作Power键或HOME键，可在检测到力的时候唤醒整个系统。在智能眼镜和其他AR/VR设备中，也广泛应用了我们的传感器，因其小体积、低功耗和高精度，极大地提升了用户体验。
车用产品：广泛应用于方向盘、门板和中控面板等车载人机交互设备，提升车辆的科技感和豪华感。
户外应用：凭借防水性能和适合戴手套操作的特性，适用于摩托车、两轮车等户外场景，即使在恶劣环境下也能提供可靠的操作体验。
穿戴设备：应用于蓝牙耳机、智能手表等穿戴设备，可避免误触，提供更精确的用户操作，并支持防水和手套操作。
家电产品：实现无缝一体化操作界面，适用于金属材质和其他材质，并具备防水优势。
结语
通过这些多元化的技术布局，Qorvo不仅巩固了其在射频领域的市场领导地位，还成功开辟了新的增长路径。Qorvo的战略布局显示出其远见卓识，不断在科技前沿领域探索和创新，力求在未来的科技浪潮中占据有利位置。
责任编辑：sophie
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