針對4G/LTE智能手機的FBAR濾波器技術(shù)

雖然全球手機市場仍然以每季單位數(shù)字的速度增長，智能手機的出貨量卻持續(xù)激增，隨著新一代手機的推出，智能手機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)品的背后動力來自于新的移動通信網(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互聯(lián)網(wǎng)體驗與最新服務(wù)畫上等號，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)造方塊帶來如此令人驚艷的產(chǎn)品呢?

現(xiàn)代智能手機中一個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)用于通過需要并拒絕不要的頻率，以使手機中的許多接收器可以只處理預(yù)期的信號。在過去，手機通常只在全球特定地區(qū)的少數(shù)頻段中工作，然而對于現(xiàn)代化的手機，基本上會在相同時間于多個無線頻段工作，包括移動通信、藍牙(Bluetooth)、WiFi和GPS等，而制造商也希望設(shè)計出可在全球不同地區(qū)和不同電信運營商服務(wù)下工作的產(chǎn)品，要讓手機在更多頻段和地區(qū)工作代表了手機對射頻濾波的要求越來越高。

在前幾代的無線技術(shù)中，濾波要求并不難達成，可能只需使用表面聲波濾波器即可，但隨著運營商網(wǎng)絡(luò)逐漸演進到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PCS和部分其他頻段對于濾波的高挑戰(zhàn)性要求，為了可以利用目前的4G/LTE服務(wù)，智能手機本身變得更為復(fù)雜，因此手機制造商已經(jīng)開始擴大采用Avago的FBAR技術(shù)來解決以下即將討論4G/LTE所面對的獨特問題。

射頻濾波器挑戰(zhàn)1：可在多個頻段工作的4G/LTE手機

最新的智能手機產(chǎn)品在設(shè)計上必須可在全球多個頻段工作，多頻段智能手機的整體尺寸并不會大于前一代，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濾波器可以通過芯片級封裝滿足絕大多數(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濾波器中常見的并行結(jié)構(gòu)，另外，F(xiàn)BAR器件的尺寸也會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，這個特性對于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，通常頻段間的過渡頻率大約在數(shù)MHz，有時甚至完全沒有防護頻帶。

圖1 FBAR濾波器響應(yīng)特性

FBAR濾波器帶來的價值優(yōu)勢之一可由美國使用的Band 13環(huán)境看出，這個由Verizon公司使用作為LTE服務(wù)的頻段距離警察、消防和其他應(yīng)急處理機構(gòu)使用的新公共安全無線電服務(wù)頻段僅2MHz，為了避免干擾PSR運行，LTE標準要求在Band 13頻段上工作的手機必須大幅度降低發(fā)射功率，但功率的降低則會明顯影響網(wǎng)絡(luò)效率，減少可以服務(wù)的用戶數(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，通過結(jié)合帶溫度補償超快速轉(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)造了一個可以讓Band 13頻段手機全功率工作而不會干擾PSR運行的產(chǎn)品，F(xiàn)BAR雙工器的性能可以說是這類產(chǎn)品的成功關(guān)鍵之一。

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

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到10倍，也就是說于同樣時間內(nèi)可被下載的數(shù)據(jù)量達到10倍，有幾種方法可以用來實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率，4G/LTE會依檢測到的信號強度使用不同的調(diào)制方式，簡單地說，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。于通過單刀多擲開關(guān)結(jié)合多個雙工器的多頻段4G/LTE手機上，檢測到的信號可能過低而影響數(shù)據(jù)率，F(xiàn)BAR的低插入損耗有助于極大化輸入信號強度，帶來更高的數(shù)據(jù)吞吐量，從而得到更好的用戶體驗和更高的數(shù)據(jù)容量。