面向手機的表面波元器件

前言

近幾年來(lái)手機上增加了相機、音樂(lè )播放機、GPS(全球定位系統)、地面數字視頻接收、藍牙®等眾多新功能，展示出驚人的多功能化應用。同時(shí)，從超薄機型的廣受歡迎可以看出，除了功能之外，消費者對外觀(guān)設計上的要求也越來(lái)越多樣化。在手機的小型化，多功能化，多樣化的進(jìn)程中，電子元件飛躍性的小型化、高性能化對手機的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。天線(xiàn)接收到無(wú)線(xiàn)電波后需要篩選出必要的部分并實(shí)現穩定通話(huà)，因此高頻濾波器是手機中必須的電子元件, 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)手機的進(jìn)化的電子元件之一。

手機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CDMA通信的收發(fā)雙工器，收發(fā)用級間濾波器，針對GSM通信的接收用TOP濾波器，到為手機的多功能化做出貢獻的GPS、Wi-Fi、藍牙®、地面數字視頻等各種應用功能。村田制作所致力于開(kāi)發(fā)對應手機多種多樣用途的新商品，下文就將介紹面向手機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(xiàn)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)品對于Tx頻段能實(shí)現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。將特殊的設計技術(shù)引入到表面波難以實(shí)現低損耗的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

村田制作所運用高隔離度和低損耗的設計技術(shù)，悉心研究用于3GPP(第三代合作伙伴計劃)所規定的眾多高頻段(BAND)的表面波收發(fā)雙工器產(chǎn)品, 并積極應對用于將來(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(mǎn)足市場(chǎng)需求的接收 (Rx)管腳為平衡輸出的雙工器。

濾波器

在手機的高頻率無(wú)線(xiàn)通信電路中使用的表面波濾波器，分為CDMA收發(fā)用的級間濾波器和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)品尺寸構成了豐富的商品線(xiàn)，可以對應各種電路設計的需求。例如, 在多頻段發(fā)展的高頻無(wú)線(xiàn)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)。此外還運用特殊的技術(shù)制造許多獨特的商品，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的端口數目減少(圖3)。這是在表面波濾波器的設計中通過(guò)調整阻抗和相位等方法，從而使差分端口實(shí)現共用。這些濾波器可以在多頻帶化發(fā)展的高頻無(wú)線(xiàn)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。今后村田制作所將繼續致力于研發(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/出端口結構舉例

濾波器的各種應用

GPS，實(shí)現近距離無(wú)線(xiàn)通信的藍牙®，Wi-Fi，以及能夠接收地面數字視頻的各種機型，成為手機日益多功能化的代表。為了將這些應用功能同時(shí)裝備在一個(gè)手機終端上，首先必須評估手機的通訊收發(fā)信號以及各應用功能的通信信號的相互干擾程度。為此，就需要在既不影響各應用功能的必要頻帶上，同時(shí)又能夠消除手機噪音的濾波器。手機收發(fā)通訊使用的信號本身就具有多個(gè)頻帶，而且收發(fā)信的頻帶靠近各種應用功能的必要頻帶，因此就要求濾波器具有陡峭的抑制特性。而對于遠離有效頻帶的手機收發(fā)信頻帶來(lái)說(shuō)，則需要比較大的衰減抑制度。為滿(mǎn)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)的低頻區域有手機的BAND1(2GHz)接收頻帶，為了防止兩者互相干擾，需要對Band2 接收頻段有較大的衰減特性。為此，就要用到普遍運用在級間濾波器上的高衰減設計方法。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，但傳統的的設計方法很難實(shí)現。村田制作所導入了特殊的高功率承受性、高衰減設計技術(shù)，實(shí)現了高功率承受性(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)展這一設計技術(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)。

為使手機設計更進(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)適應壓鑄模模塊、分立電路的更多產(chǎn)品。

隨著(zhù)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計級間濾波器的平衡型濾波器所積累的設計技術(shù)延用于平衡輸出收發(fā)雙工器，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)能夠應對各個(gè)頻帶的產(chǎn)品。

如今手機技術(shù)正在馬不停蹄地向前發(fā)展，可以預計，以目前的第三代移動(dòng)電話(huà)(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(huà)(3.9G)作為過(guò)渡期，手機技術(shù)將逐步邁入第4代移動(dòng)電話(huà)(4G)的時(shí)代。在向3.9G和4G發(fā)展的過(guò)程中，用于手機的頻帶頻率會(huì )比現在更高，對此，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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