面向手機(jī)的表面波元器件

面向手機(jī)的表面波元器件

前言

近幾年來(lái)手機(jī)上增加了相機(jī)、音樂(lè)播放機(jī)、GPS(全球定位系統(tǒng))、地面數(shù)字視頻接收、藍(lán)牙®等眾多新功能，展示出驚人的多功能化應(yīng)用。同時(shí)，從超薄機(jī)型的廣受歡迎可以看出，除了功能之外，消費(fèi)者對(duì)外觀設(shè)計(jì)上的要求也越來(lái)越多樣化。在手機(jī)的小型化，多功能化，多樣化的進(jìn)程中，電子元件飛躍性的小型化、高性能化對(duì)手機(jī)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。天線接收到無(wú)線電波后需要篩選出必要的部分并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定通話，因此高頻濾波器是手機(jī)中必須的電子元件, 而其中表面波濾波器以其體積小，選擇度高的優(yōu)點(diǎn)成為推動(dòng)手機(jī)的進(jìn)化的電子元件之一。

手機(jī)中使用的聲音表面波(SAW: Surface Acoustic Wave)元器件用途多樣，例如從針對(duì)CDMA通信的收發(fā)雙工器，收發(fā)用級(jí)間濾波器，針對(duì)GSM通信的接收用TOP濾波器，到為手機(jī)的多功能化做出貢獻(xiàn)的GPS、Wi-Fi、藍(lán)牙®、地面數(shù)字視頻等各種應(yīng)用功能。村田制作所致力于開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)手機(jī)多種多樣用途的新商品，下文就將介紹面向手機(jī)的表面波元器件的最新動(dòng)向。

收發(fā)雙工器

CDMA制式的通訊需要同時(shí)可以進(jìn)行接收和發(fā)射的雙工器。收發(fā)雙工器是一種通過(guò)分歧電路能使發(fā)送端(Tx)濾波器和接收端(Rx)的濾波器共用一個(gè)天線端的高頻元件。收發(fā)雙工器最重要的性能，就是確保Tx和Rx之間的隔離度(表明Tx和Rx引腳之間的信號(hào)可以隔離到什么程度)。在實(shí)際使用上，除了提供足夠的隔離度之外，其次重要的性能就是分別要降低Tx以及Rx濾波器的損耗。
舉例來(lái)說(shuō)，圖1所示的是BAND5(800MHz )收發(fā)雙工器(產(chǎn)品尺寸2.5×2.0×0.6mm)的傳輸特性以及隔離度。一般的隔離度和過(guò)濾性的損耗是相互制約的關(guān)系，但本產(chǎn)品對(duì)于Tx頻段能實(shí)現(xiàn)60dB的高隔離度，同時(shí)使Rx損耗維持在1.8dB。

圖1：W-CDMA BAND5(800MHz)收發(fā)雙工器的電特性

品名：SAYEV836MAC0F00

第二個(gè)例子，以圖2的BAND1(2GHz)收發(fā)雙工器(產(chǎn)品尺寸3.0×2.5×1.1mm)的特性為例。將特殊的設(shè)計(jì)技術(shù)引入到表面波難以實(shí)現(xiàn)低損耗的BAND1(2GHz)中來(lái)，在得到實(shí)際使用所需的隔離度的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)Tx損耗1.4dB 和Rx損耗1.8dB這樣杰出的低損耗特性。一直以來(lái)，介質(zhì)收發(fā)雙工器在BAND1(2GHz)頻帶曾一度占據(jù)了主流的地位，而目前表面波做到了不亞于它的損耗值。由此，表面波收發(fā)雙工器替代了介質(zhì)收發(fā)雙工器成為了當(dāng)今主流。

圖2：W-CDMA BAND1(2GHz)收發(fā)雙工器的電特性

品名：SAYZY1G95EA0B00

村田制作所運(yùn)用高隔離度和低損耗的設(shè)計(jì)技術(shù)，悉心研究用于3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃)所規(guī)定的眾多高頻段(BAND)的表面波收發(fā)雙工器產(chǎn)品, 并積極應(yīng)對(duì)用于將來(lái)的新一代高速通信頻帶。在未來(lái)的發(fā)展中，村田制作所在進(jìn)行更小型化的收發(fā)雙工器開(kāi)發(fā)的同時(shí)，還將積極研究滿足市場(chǎng)需求的接收 (Rx)管腳為平衡輸出的雙工器。

濾波器

在手機(jī)的高頻率無(wú)線通信電路中使用的表面波濾波器，分為CDMA收發(fā)用的級(jí)間濾波器和GSM用的TOP濾波器等。村田的濾波器不僅具有低損耗和高抑制度的電特性，還由小型、薄型的各種產(chǎn)品尺寸構(gòu)成了豐富的商品線，可以對(duì)應(yīng)各種電路設(shè)計(jì)的需求。例如, 在多頻段發(fā)展的高頻無(wú)線通信電路中，為了減小電路基板上的貼裝面積，將兩個(gè)頻帶的單濾波器(產(chǎn)品尺寸1.35×1.05×0.5mm)合二為一，制造出了雙濾波器(產(chǎn)品尺寸1.8×1.35×0.5mm)。此外還運(yùn)用特殊的技術(shù)制造許多獨(dú)特的商品，如將雙層濾波器的輸入端合并為一個(gè)的1in4out產(chǎn)品，以及將平衡器的輸出端合并為一的2in2out產(chǎn)品等。通過(guò)共用輸入端可以節(jié)省原本用于分頻的開(kāi)關(guān)(SW)。同時(shí)，共用平衡輸出端可以使連接濾波器的高頻IC的端口數(shù)目減少(圖3)。這是在表面波濾波器的設(shè)計(jì)中通過(guò)調(diào)整阻抗和相位等方法，從而使差分端口實(shí)現(xiàn)共用。這些濾波器可以在多頻帶化發(fā)展的高頻無(wú)線電路中，為外圍電路的簡(jiǎn)化及電路整體的小型化做出貢獻(xiàn)。今后村田制作所將繼續(xù)致力于研發(fā)更小型化和高性能化，同時(shí)又具有輸入端以及輸出端共用功能的單濾波器、雙濾波器產(chǎn)品。

圖3：雙層濾波器的輸入/出端口結(jié)構(gòu)舉例

濾波器的各種應(yīng)用

GPS，實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線通信的藍(lán)牙®，Wi-Fi，以及能夠接收地面數(shù)字視頻的各種機(jī)型，成為手機(jī)日益多功能化的代表。為了將這些應(yīng)用功能同時(shí)裝備在一個(gè)手機(jī)終端上，首先必須評(píng)估手機(jī)的通訊收發(fā)信號(hào)以及各應(yīng)用功能的通信信號(hào)的相互干擾程度。為此，就需要在既不影響各應(yīng)用功能的必要頻帶上，同時(shí)又能夠消除手機(jī)噪音的濾波器。手機(jī)收發(fā)通訊使用的信號(hào)本身就具有多個(gè)頻帶，而且收發(fā)信的頻帶靠近各種應(yīng)用功能的必要頻帶，因此就要求濾波器具有陡峭的抑制特性。而對(duì)于遠(yuǎn)離有效頻帶的手機(jī)收發(fā)信頻帶來(lái)說(shuō)，則需要比較大的衰減抑制度。為滿足這些需求，村田制作所在不斷制造研發(fā)用于各種不同應(yīng)用功能的表面波濾波器。

以圖4的Wi-Fi用TOP濾波器(產(chǎn)品尺寸1.35×1.05×0.5mm)的電特性為例。Wi-Fi頻帶(2.5GHz)的低頻區(qū)域有手機(jī)的BAND1(2GHz)接收頻帶，為了防止兩者互相干擾，需要對(duì)Band2 接收頻段有較大的衰減特性。為此，就要用到普遍運(yùn)用在級(jí)間濾波器上的高衰減設(shè)計(jì)方法。為使Wi-Fi用TOP濾波器能夠同時(shí)接收和發(fā)送，濾波器必須承受較高的發(fā)射功率，但傳統(tǒng)的的設(shè)計(jì)方法很難實(shí)現(xiàn)。村田制作所導(dǎo)入了特殊的高功率承受性、高衰減設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高功率承受性(24dBm)的同時(shí)，又能擁有杰出的低損耗和高衰減特性。今后村田還將進(jìn)一步發(fā)展這一設(shè)計(jì)技術(shù)，研究制造用于高速通信的MIMO用TOP濾波器產(chǎn)品。

圖4：Wi-Fi用TOP濾波器的電特性

品名：SAFEA2G45AC0F00

今后的展望

作為今后的展望，主要例舉以下3點(diǎn)。

為使手機(jī)設(shè)計(jì)更進(jìn)一步小型化和簡(jiǎn)便化，村田還將致力于模塊化的研究--將高頻被動(dòng)元件封裝到一個(gè)模塊中。其中，針對(duì)于壓鑄模和薄型化的需求，村田制作所研制使用了陷入式聲波(BPAW: Buried Propagating layer Acoustic Wave)技術(shù)的新元件。今后，在繼續(xù)開(kāi)發(fā)聲音表面波元件的同時(shí)，還將進(jìn)行BPAW元件的研制，開(kāi)發(fā)適應(yīng)壓鑄模模塊、分立電路的更多產(chǎn)品。

隨著高頻IC和IC外圍高頻元件的性能逐步提升，產(chǎn)生了接收端平衡輸出型的收發(fā)雙工器的新需求。村田制作所將至今為止用于設(shè)計(jì)級(jí)間濾波器的平衡型濾波器所積累的設(shè)計(jì)技術(shù)延用于平衡輸出收發(fā)雙工器，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)能夠應(yīng)對(duì)各個(gè)頻帶的產(chǎn)品。

如今手機(jī)技術(shù)正在馬不停蹄地向前發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，以目前的第三代移動(dòng)電話(3G)為出發(fā)點(diǎn)，將來(lái)追求更高速速率的第3.9代移動(dòng)電話(3.9G)作為過(guò)渡期，手機(jī)技術(shù)將逐步邁入第4代移動(dòng)電話(4G)的時(shí)代。在向3.9G和4G發(fā)展的過(guò)程中，用于手機(jī)的頻帶頻率會(huì)比現(xiàn)在更高，對(duì)此，村田制作所將把用心致力于表面波元件的研究作為今后重要的技術(shù)課題 。

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