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5G推动滤波器行业迎来发展高潮期,SAW/BAW滤波器如何抉择?

2018-12-10
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随着无线通讯应用的发展,人们对于数据传输速度的要求也越来越高,从2G时代的1Kb/s到即将到来5G时代的1Gb/s,与传输数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。滤波器在其中将扮演什么角色?Qorvo又如何布局滤波器大市场的呢?近日,Qorvo高级应用工程师保石在西安举办的Qorvo产品解决方案研讨会上分享了Qorvo的滤波器“硬”实力。



5G终端滤波器发展趋势

由于频谱资源有限,为了满足人们对数据传输率的需求,必须充分利用频谱。以智能手机为例,必须要能够覆盖很宽的频带范围,在人群拥挤的情况下不同设备才能够分配到足够的频谱带宽。同时,载波聚合技术也使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。


而在射频前端模块中,滤波器起着至关重要的作用,它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。滤波器的种类多种多样(介质滤波器、LC滤波器、SAW滤波器、BAW滤波器等),各有各自的应用领域。在目前的通讯协议中,不同频带间的频率差越来越小,因此对于滤波器的信号选择性要求极高。


射频滤波器最主要的指标包括品质因数Q和插入损耗。Q越大,则滤波器可以实现越窄的通带带宽,也就是说可以实现较好的选择性;插入损耗则是指通带信号被滤波器的衰减,即信号功率损耗。SAW/BAW滤波器凭借优良频带选择性、高Q值、低插入损耗等特性成为射频滤波器的主流技术。


5G的来临对滤波器行业的影响巨大。一方面,5G新的频段增加,单部设备中增加滤波器数量势必增加;另一方面,新的技术引入如MIMO、载波聚合,对滤波器的性能(如矩形度,带外抑制,体积和温度稳定性)的要求不断提高。在形式上更大的优势是将滤波器与PA、开关等射频器件进行整合,向模块化,集成化和整体射频解决方案的方向发展,提高射频方案的价值。


Qorvo RF Fusion解决方案包含三种模块化解决方案,实现高、中、低频段频谱区域全覆盖,各模块都集成了功率放大器 (PA)、开关和滤波器。


哪些频段适合于SAW滤波器?

SAW(Surface Acoustic wave)滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体的压电效应做成的,即晶体在受到电信号的作用时,也会产生弹性形变而发出机械波(声波),即可把电信号转为声信号。简单的理解,声表面波是指沿固体表面传播的波,且能量集中于表面。在声表面波传播途中,可任意存取信号,根据这种特性,利用集成电路技术制作出声表面波滤波器。



SAW滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身,不仅可实现宽带宽,其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多,并且可采用与集成电路相同的生产工艺,频率特性的一致性好,因此广泛应用于各种电子设备中。但SAW滤波器也有局限性,一般只适用于1.5GHz以下的应用,另外它也易受温度变化的影响,当温度升高时,其基片材料的刚度趋于变小、声速也降低。高于1.5GHz时,TC-SAW和BAW滤波器则更具性能优势。




TC-SAW 滤波器是在 SAW 滤波器的基础上进行了改进,它是在 IDT(Interdigital Transducer)的结构上另涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层。温度未补偿SAW 器件的频率温度系数(TCF)通常约为-45ppm/℃,而 TC-SAW 滤波器则降至-15 到-25ppm/℃。


哪些频段适合于BAW滤波器?

虽然SAW和TC-SAW滤波器非常适合约1.5GHz以内的应用,但高于1.5GHz时,BAW(Bulk Acoustic Wave)滤波器更具有性能优势。同时,BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小,这使它非常适合要求非常苛刻的高频应用。此外,即便在高宽带设计中,BAW对温度变化也不那么敏感,具有极低的损耗和带外衰减大(steep filter skirts)等优点。


不同于SAW滤波器,BAW滤波器内的声波垂直传播。对使用石英晶体作为基板的BAW谐振器来说,贴嵌于石英基板顶、底两侧的金属对声波实施激励,使声波从顶部表面反弹至底部,以形成驻声波。而板坯厚度和电极质量(mass)决定了共振频率。在BAW滤波器大显身手的高频,其压电层的厚度必须在几微米量级,因此,要在载体基板上采用薄膜沉积和微机械加工技术实现谐振器结构。


为使声波不散漫到基板上,还可以通过堆叠不同刚度和密度的薄层形成一个声布拉格(Bragg)反射器。这种方法被称为牢固安装谐振器的BAW或BAW-SMR器件,如下图所示。



无论哪种形式的BAW滤波器的声能密度都很高,其结构都能很好地导限声波,它们的损耗都非常低。在微波频率,BAW可实现的Q值在可比体积下比任何其它类型的滤波器都高,可达3500@2GHz。这使得即使在通带边缘的吃紧处,它也有极好的抑制和插入损耗性能。


Qorvo滤波器“硬”实力

Qorvo作为全球领先的射频方案提供商,拥有广泛的 RF 滤波器产品组合,包括双工器、同向双工器、三工器、四工器和分立式 RF 滤波器,可以覆盖 400 MHz 至 2.7 GHz 的频率范围,包括蜂窝式 (2G/3G/4G/LTE)、GPS 和工业、科学及医学 (ISM) 频段,在大小、性能、成本和上市时间方面均处于市场领先水平。



此外,Qorvo 高级 LowDrift™ 和 NoDrift™滤波器支持最高水平的 LTE 共存无线网络覆盖,提供市场领先的超稳定温度性能和更出色的用户体验,以及世界级 SAW 和 BAW 技术支持广泛的滤波功能,如带通、频段选择、共存滤波器、延迟线和频段抑制(陷波)滤波器。


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