針對(duì)4G/LTE智能手機(jī)的FBAR濾波器技術(shù)

雖然全球手機(jī)市場(chǎng)仍然以每季單位數(shù)字的速度增長(zhǎng)，智能手機(jī)的出貨量卻持續(xù)激增，隨著新一代手機(jī)的推出，智能手機(jī)可以在不需要大幅度增加尺寸和重量的條件下持續(xù)提供更多的功能，這些新產(chǎn)品的背后動(dòng)力來(lái)自于新的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，如4G和LTE技術(shù)的推出，大多數(shù)人已經(jīng)把具有更快下載速度和更佳移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)與最新服務(wù)畫(huà)上等號(hào)，正如預(yù)期，幾乎絕大多數(shù)的產(chǎn)業(yè)新聞都圍繞在最新型手機(jī)的功能上，例如電池續(xù)航力、顯示屏的亮度、色彩以及分辨度等，但到底是什么樣的半導(dǎo)體構(gòu)造方塊帶來(lái)如此令人驚艷的產(chǎn)品呢?

現(xiàn)代智能手機(jī)中一個(gè)非常重要的部分是射頻(RF)濾波器，正如它的基本原理，濾波器主要應(yīng)用于通過(guò)需要并拒絕不要的頻率，以使手機(jī)中的許多接收器可以只處理預(yù)期的信號(hào)。在過(guò)去，手機(jī)通常只在全球特定地區(qū)的少數(shù)頻段中工作，然而對(duì)于現(xiàn)代化的手機(jī)，基本上會(huì)在相同時(shí)間于多個(gè)無(wú)線頻段工作，包括移動(dòng)通信、藍(lán)牙(Bluetooth)、WiFi和GPS等，而制造商也希望設(shè)計(jì)出可在全球不同地區(qū)和不同電信運(yùn)營(yíng)商服務(wù)下工作的產(chǎn)品，要讓手機(jī)在更多頻段和地區(qū)工作代表了手機(jī)對(duì)射頻濾波的要求越來(lái)越高。

在前幾代的無(wú)線技術(shù)中，濾波要求并不難達(dá)成，可能只需使用表面聲波濾波器即可，但隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)逐漸演進(jìn)到CDMA和3G，安華高科技發(fā)現(xiàn)公司擁有的薄膜腔聲波諧振器(FBAR)技術(shù)非常適合美國(guó)PCS和部分其他頻段對(duì)于濾波的高挑戰(zhàn)性要求，為了可以利用目前的4G/LTE服務(wù)，智能手機(jī)本身變得更為復(fù)雜，因此手機(jī)制造商已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)大采用Avago的FBAR技術(shù)來(lái)解決以下即將討論4G/LTE所面對(duì)的獨(dú)特問(wèn)題。

射頻濾波器挑戰(zhàn)1：可在多個(gè)頻段工作的4G/LTE手機(jī)

最新的智能手機(jī)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上必須可在全球多個(gè)頻段工作，多頻段智能手機(jī)的整體尺寸并不會(huì)大于前一代，因此如果要在保留給射頻前端電路的相同空間內(nèi)加入更多的濾波器，那么非常明顯地，濾波器本身必須非常小，藉助Microcap微型封裝技術(shù)，F(xiàn)BAR濾波器可以通過(guò)芯片級(jí)封裝滿(mǎn)足絕大多數(shù)的空間受限應(yīng)用。由于FBAR是基體型材料，因此可以提供非常良好的功率處理能力而不需要使用如SAW濾波器中常見(jiàn)的并行結(jié)構(gòu)，另外，F(xiàn)BAR器件的尺寸也會(huì)隨著頻率的提高而縮小，這使得FBAR非常適合目前2300MHz到2700MHz，以及未來(lái)3.5GHz的新4G/LTE頻段應(yīng)用。

也許FBAR技術(shù)中最重要的特性是可以支持高挑戰(zhàn)性頻段分配的陡峭濾波曲線以及卓越的帶外抑制能力，圖1是先前提到美國(guó)PCS應(yīng)用的情況，其中上方發(fā)射頻率和下方接收頻率間的間隙非常窄，這個(gè)特性對(duì)于4G/LTE應(yīng)用而言更為重要，原因是發(fā)射和接收頻率間的間隙更窄。除此之外，現(xiàn)今的智能手機(jī)也必須在緊鄰現(xiàn)有2G/3G射頻服務(wù)的擁擠頻譜內(nèi)工作，還要避免可能影響甚至中斷數(shù)據(jù)服務(wù)的干擾，通常頻段間的過(guò)渡頻率大約在數(shù)MHz，有時(shí)甚至完全沒(méi)有防護(hù)頻帶。

圖1 FBAR濾波器響應(yīng)特性

FBAR濾波器帶來(lái)的價(jià)值優(yōu)勢(shì)之一可由美國(guó)使用的Band 13環(huán)境看出，這個(gè)由Verizon公司使用作為L(zhǎng)TE服務(wù)的頻段距離警察、消防和其他應(yīng)急處理機(jī)構(gòu)使用的新公共安全無(wú)線電服務(wù)頻段僅2MHz，為了避免干擾PSR運(yùn)行，LTE標(biāo)準(zhǔn)要求在Band 13頻段上工作的手機(jī)必須大幅度降低發(fā)射功率，但功率的降低則會(huì)明顯影響網(wǎng)絡(luò)效率，減少可以服務(wù)的用戶(hù)數(shù)和服務(wù)質(zhì)量，大幅度降低數(shù)據(jù)吞吐量甚至導(dǎo)致掉線，通過(guò)結(jié)合帶溫度補(bǔ)償超快速轉(zhuǎn)折FBAR雙工器和高度線性化功率放大器于環(huán)境受到良好控制的集成前端模塊中，Avago創(chuàng)造了一個(gè)可以讓Band 13頻段手機(jī)全功率工作而不會(huì)干擾PSR運(yùn)行的產(chǎn)品，F(xiàn)BAR雙工器的性能可以說(shuō)是這類(lèi)產(chǎn)品的成功關(guān)鍵之一。

射頻濾波器挑戰(zhàn)2：運(yùn)行于更高數(shù)據(jù)率的4G/LTE智能手機(jī)

相較于3G服務(wù)，相同數(shù)據(jù)量下4G/LTE的下載速度大約可以達(dá)到10倍，也就是說(shuō)于同樣時(shí)間內(nèi)可被下載的數(shù)據(jù)量達(dá)到10倍，有幾種方法可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率，4G/LTE會(huì)依檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度使用不同的調(diào)制方式，簡(jiǎn)單地說(shuō)，信噪比越高，數(shù)據(jù)率就愈高，如由QPSK轉(zhuǎn)換成QAM16/64調(diào)制。于通過(guò)單刀多擲開(kāi)關(guān)結(jié)合多個(gè)雙工器的多頻段4G/LTE手機(jī)上，檢測(cè)到的信號(hào)可能過(guò)低而影響數(shù)據(jù)率，F(xiàn)BAR的低插入損耗有助于極大化輸入信號(hào)強(qiáng)度，帶來(lái)更高的數(shù)據(jù)吞吐量，從而得到更好的用戶(hù)體驗(yàn)和更高的數(shù)據(jù)容量。