针对4G/LTE智能手机的FBAR滤波器技术

虽然全球手机市场仍然以每季单位数字的速度增长，智能手机的出货量却持续激增，随着新一代手机的推出，智能手机可以在不需要大幅度增加尺寸和重量的条件下持续提供更多的功能，这些新产品的背后动力来自于新的移动通信网络，如4G和LTE技术的推出，大多数人已经把具有更快下载速度和更佳移动互联网体验与最新服务画上等号，正如预期，几乎绝大多数的产业新闻都围绕在最新型手机的功能上，例如电池续航力、显示屏的亮度、色彩以及分辨度等，但到底是什么样的半导体构造方块带来如此令人惊艳的产品呢？

现代智能手机中一个非常重要的部分是射频（RF）滤波器，正如它的基本原理，滤波器主要应用于通过需要并拒绝不要的频率，以使手机中的许多接收器可以只处理预期的信号。在过去，手机通常只在全球特定地区的少数频段中工作，然而对于现代化的手机，基本上会在相同时间于多个无线频段工作，包括移动通信、蓝牙（Bluetooth）、WiFi和GPS等，而制造商也希望设计出可在全球不同地区和不同电信运营商服务下工作的产品，要让手机在更多频段和地区工作代表了手机对射频滤波的要求越来越高。

在前几代的无线技术中，滤波要求并不难达成，可能只需使用表面声波滤波器即可，但随着运营商网络逐渐演进到CDMA和3G，安华高科技发现公司拥有的薄膜腔声波谐振器（FBAR）技术非常适合美国PCS和部分其他频段对于滤波的高挑战性要求，为了可以利用目前的4G/LTE服务，智能手机本身变得更为复杂，因此手机制造商已经开始扩大采用Avago的FBAR技术来解决以下即将讨论4G/LTE所面对的独特问题。

射频滤波器挑战1：可在多个频段工作的4G/LTE手机

最新的智能手机产品在设计上必须可在全球多个频段工作，多频段智能手机的整体尺寸并不会大于前一代，因此如果要在保留给射频前端电路的相同空间内加入更多的滤波器，那么非常明显地，滤波器本身必须非常小，藉助Microcap微型封装技术，FBAR滤波器可以通过芯片级封装满足绝大多数的空间受限应用。由于FBAR是基体型材料，因此可以提供非常良好的功率处理能力而不需要使用如SAW滤波器中常见的并行结构，另外，FBAR器件的尺寸也会随着频率的提高而缩小，这使得FBAR非常适合目前2300MHz到2700MHz，以及未来3.5GHz的新4G/LTE频段应用。

也许FBAR技术中最重要的特性是可以支持高挑战性频段分配的陡峭滤波曲线以及卓越的带外抑制能力，图1是先前提到美国PCS应用的情况，其中上方发射频率和下方接收频率间的间隙非常窄，这个特性对于4G/LTE应用而言更为重要，原因是发射和接收频率间的间隙更窄。除此之外，现今的智能手机也必须在紧邻现有2G/3G射频服务的拥挤频谱内工作，还要避免可能影响甚至中断数据服务的干扰，通常频段间的过渡频率大约在数MHz，有时甚至完全没有防护频带。

FBAR技术优势

电池使用时间是一项经常用来进行手机性能测试并相互比较的重要特性，在接收侧，我们讨论了FBAR的较低插入损耗如何通过补偿于射频前端结合多频段所带来的较高损耗支持4G/LTE手机的更高数据率，另一个好处是，通过使手机可以检测较微弱信号，扩大移动通信的覆盖范围，避免造成较差的接收能力甚至掉线。在发射侧，较低的发射滤波器插入损耗代表了在相同天线发射功率下功率放大器所需的输出功率较低，相较于其他滤波器技术，Avago的Band 4双工器带来的插入损耗改善大约在0.2dB ~ 0.5dB，相当于节省达50mA的电流消耗，因此可以提供更长的电池使用寿命和通话时间。

当大多数应用还是基于3G服务时，只有少数频段可以从FBAR技术获益，随着4G/LTE多频段智能手机的普及，FBAR技术的特性优势，例如低插入损耗、陡峭滤波曲线、高隔离性和极小化的尺寸等已经成为所有主要智能手机制造商快速导入这个技术的原因，目前采用FBAR技术的滤波器、双工器以及多工器产品已经被导入美国、欧洲和亚洲等地区15个不同工作频段的智能手机设计中，随着新滤波挑战的出现，FBAR技术将继续成为提供解答的优先选择，也就是说，FBAR技术已经成为主流。

针对4G/LTE智能手机的FBAR滤波器技术