射频前端兵家必争之地：滤波器.doc

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1、射频前端兵家必争之地：滤波器　　随着移动设备功能越来越强大，支持的网络频段越来越多，射频前端模块成了移动设备中不可缺少的一部分。举例来说，一款较新的手机至少需要支持2G，3G，4G以及WiFi，GPS等网络制式，而每一个制式都需要自己的射频前端模块。射频前端模块一般包括天线开关，多路器，滤波器，功率放大器与低噪声放大器等等。这些器件目前仍无法用集成度最高的CMOS工艺制造，而必须使用特殊工艺以保证性能。　　根据MobileExpertLLC的研究报告，2016年在智能手机增长萎靡（9%）的情况下，射频前端模块的增长率仍达到了17%。而在射频前端模块中，未来发展最快的，也

2、最关键的模块就是射频滤波器模块。　　　　滤波器到底有多重要　　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。在2G时代，只有一小部分人会使用手机上网下载铃声或浏览wap版网页，需要的数据率大约在1KB／s。在3G时代，随着智能手机的普及，使用运营商网络上网收发邮件，使用各种app等使得网络流量剧增，需要的数据率大约是50KB／s。到了4G时代的今天，直播等应用更是将手机通讯的带宽需求推向了一个新的高度，需要的数据率达到了1MB／s。　　与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。这两个问题是相辅相成：由于频谱资源有限，为了满足人们对数据

3、率的需求，必须充分利用频谱，因此一部手机必须能够覆盖很宽的频带范围，这样在人群拥挤的情况下不同人的设备才能够分配到足够的频谱带宽。同时，为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。　　另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对于射频系统的各种性能也提出了严格的需求。　　在射频前端模块中，射频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以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。如前所述，随着通信协议越来越复杂，对于通讯协议对于频带内外的需求也越来越高，这也使得滤波器的

4、设计越来愈有挑战性。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，由于每一个频带有需要有自己的滤波器，因此一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。目前，一款4G手机中的需要用到的滤波器数量可达30余个。　　随着射频滤波器变得越来越重要，各大射频前端厂商也在积极布局滤波器市场。在2014年，射频前端巨头RFMD和TriQuint合并成立Qorvo。Qorvo的高层JamesKlein在接受CompoundSemiconductor采访时坦承，RFMD与合并的重要原因是因为TriQuint的滤波器技术，而且两家公司在合并后还在着力发展滤波器技术。Klein指出，“公司合并后

5、，GaAs生产线存在产能过剩的问题，我们将逐渐减小产能以节省开支。　　然而，在滤波器领域，我们不仅不会减少产能反而会加大投入。”与此同时，射频芯片龙头高通与日本滤波器大厂TDK也于2016年年初成立合资公司RF360，以布局射频滤波器市场。与之相应的是，各大行业研究结构也看好射频滤波器市场未来的发展。Technavio在研究报告中指出，射频滤波器市场2016-2020的年复合增长率可达15%，并且已经超越PA成为整个射频前端模块市场中最重要的组成部分。　　　　滤波器技术简介　　射频滤波器最主要的指标包括品质因数Q和插入损耗。在目前的通讯协议中，不同频带间的频率差越来越小

6、，因此需要非常好选择性，让通带内的信号通过并阻挡通带外的信号。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。　　　　除了品质因数Q之外，插入损耗也是重要参数。插入损耗是指通带信号被滤波器的衰减，即信号功率损耗。插入损耗有1dB，则信号功率被衰减20%；当插入损耗到达3dB时，则信号功率被衰减了50%！在4G时代，信号功率放大并不简单，如果又有许多功率被浪费在滤波器上，则PA／LNA设计就更难了。　　目前射频滤波器最主流的实现方式是SAW和BAW。SAW是声表面滤波器，利用压电效应。当对晶体施以电压，晶体将发生机械形变，将电能转换为机械能。当这种晶

7、体被机械压缩或展延时，机械能又转换为电能。在晶体结构的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。在固态材料中，交替的机械形变会产生3，000至12，000米/秒速度的声波。在声表面波滤波器内，声波在表面传播并形成驻波，其品质因数可达数千。　　　　SAW滤波器　　然而，SAW滤波器也有自己的局限。SAW在1.5GHz以下使用非常合适，但是在工作频率超过1.5GHz时，SAW的Q值开始下降，到2.5GHz时，SAW的选择性已经只能用在一些要求比较低的场合。然而，目前的无线通讯协议已经早就工作大于2.5GHz的频段（例如4GTD-LT