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浅析4G智能时代的射频技术

2015/4/12    来源:互联网        
关键字:4G  智能  射频技术  
由于4G LTE的出现,使得频段越来越多,频段越多就会导致智能手机的设计复杂性越来越大;加上频谱资源是一个非常稀缺的资源,特别是在北美和欧洲地区,频谱非常拥挤,这样就一定会增加滤波器的复杂性。

  滤波器需求增长

  由于4G LTE的出现,使得频段越来越多,频段越多就会导致智能手机的设计复杂性越来越大;加上频谱资源是一个非常稀缺的资源,特别是在北美和欧洲地区,频谱非常拥挤,这样就一定会增加滤波器的复杂性。TriQuint中国区移动产品销售总监江雄在9月份IIC期间的一次主题演讲中表示,“LTE的采用将会推动RF总体有效市场(TAM)大幅增长。”

  他指出,未来几年,高性能滤波器会以年均复合增长率40%~50%的速度增长。他强调,这里的高性能滤波器主要指体声波(BAW)和温度补偿声表面波(TC-SAW)这两种滤波器。

  不同类型的手机中采用的滤波器类型和数量都是不一样的,比如在功能机时代,只需要普通的SAW滤波器就足够了;就算是3G手机时代,对BAW滤波器和 TC-SAW滤波器的需求也不大。但是到了4G时代,一款智能手机必须要对多个频段的2G、3G和4G无线接入方式的发送和接收路径进行滤波,同时还要对 WiFi、蓝牙和GPS接收器等的接收路径进行滤波,而高端智能手机可能需要用到滤波器的地方会更多。这些频带范围都不相同,又不能相互干扰,这必然需要更多的滤波器来对这些信号进行隔离。

  而SAW滤波器由于本身的局限性,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。高于1.5GHz时,TC-SAW和BAW滤波器则更具性能优势。BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小,这使得它非常适合要求非常苛刻的 3G和4G应用。还有就是即便在高宽带设计中,BAW对温度变化也没有那么敏感,同时它还具有极低的插入损耗和非常陡峭的滤波器边缘。“BAW的集成化更 高、性能更好、带宽的抑制能力更强,而且它为大于2GHz的LTE频带进行了优化。”江雄在演讲中提到。

  智能手机中的高级滤波器需求会持续增加,从图2中我们可以看到移动设备中的RF器件发展主要有三个趋势:一是功率放大器市 场是从持平到缓慢下降,江雄认为这主要是因为宽带放大器的应用造成的;二是CMOS开关和调谐元件会稳步增长,调谐元件目前很多手机没有,但以后的手机基 本都会具备;三是滤波器的增长是非常迅速的。他认为这后面的原因比较多,但最主要的是频带扩散、载波聚合和分集接收/WiFi。

  对于在4G时代,为什么需要采用载波聚合技术,江雄是这样解释的,“LTE-Advanced在低移动性下峰值速率达到1Gbps,高移动性下峰值速率达到 100Mbps。那么为了支持这样的峰值速率,我们需要更大的带宽。而对运营商来说,频谱资源相对来说是比较紧的,每个运营商分到的频谱资源不多,特别是 连续的频谱资源时非常有限的。为了解决这个问题,LTE-Advanced就提出了载波聚合的解决方案。”

  载波聚合目前有两种实现方式,一是连续载波聚合,将相邻的数个较小的载波整合为一个较大的载波;另一个是非连续载波聚合,就是将离散的多载波聚合起来,当作一个较宽的频带使用,通过统一的基带处理实现离散频带的同时传输。

  其实滤波器技术经历了不同的发展阶段,据江雄回忆,十几年前的SAW滤波器还是陶瓷封装的,陶瓷封装很坚固,也很耐用;后来日本的村田将它做成了塑料封装。 再后来发展成现在的WLP封装。这种晶圆级的封装是以BGA技术为基础,是一种经过改进和提高的CSP。有人又将WLP称为圆片级-芯片尺寸封装。圆片级 封装技术以圆片为加工对象,在圆片上同时对众多芯片进行封装、老化、测试,最后切割成单个器件,可以直接贴装到基板或印刷电路板上。它使封装尺寸减小至 IC芯片的尺寸,生产成本大幅下降。

  “众所周知,智能手机厂商对成本都比较敏感,一般都会尽可能降低制造成本。同样,如果滤 波器的成本过高,肯定会提高手机厂商的成本。而在整个滤波器的成本中,所占比重最大的可能很多人都猜不到是哪一部分。”江雄在演讲中表示,“其实滤波器里 面部分的成本并不高,最高的部分在于封装,对于陶瓷封装来说,封装的成本占整个滤波器成本的50%左右,塑料封装的成本占85%以上。而现在的WLP封装 成本很低,使得滤波器的成本一下就降下来了。”

  “这是一种颠覆性的技术。”他抑制不住自己的兴奋。说到Tri Quint在中国市场上的表现,他自豪地表示:“目前中国市面上能见到的LTE手机,基本上都有使用我们的BAW滤波器。2014年的滤波器产量大于10亿,是全球成长最快的滤波器制造商。”
  射频功率放大器的不同工艺对比

  载波聚合、多频带和严格的系统指标将会持续推动射频前端的集成趋势,提高集成度可以克服LTE RF的挑战。TriQuint也推出过不少集成化的产品。但说到集成,不得不提高通的RF360射频前端解决方案,该方案是一个高度集成的射频前端,基本 整合了调制解调器和天线之间的所有基本组件,包括:集成天线开关的射频功率放大器、无线电收发器、天线匹配调谐器和包络功率追踪器。使用该方案能够简化和 解决蜂窝前端面临的众多复杂挑战。这个解决方案是基于SOI CMOS工艺的,其实到目前为止它的性能指标还是没办法跟GaAs技术相比。江雄表示,GaAs在性能上有更好的优势,如果同样是使用GaAs技术的话, 效果可以有60%的提升。他同时还指出了CMOS技术一个比较很大的“痛点”,那就是成本较高,利润很不理想。

责任编辑:陈浩
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