国产滤波器的破局:TFSAW能否担此大任?

芯有芯的小事 2024-09-10 21:01:20

随着中美贸易战的拉开帷幕,国产替代的大背景下,国产芯片迎来蓬勃发展的多年,再加上大基金的支持及丰富的人才储备,为国产芯片发展注入了强劲的动力。

TC-SAW需求攀升,国产厂商急起直追

射频滤波器技术主要包括低温共烧陶瓷(LTCC)、集成无源器件(IPD)、以及声学滤波器技术。其中声学滤波器技术,低频段的声表面波(SAW)滤波器和高频段的体声波(BAW)滤波器,因为其在小尺寸和低损耗方面的巨大优势,成为了当前移动终端射频滤波器技术的主流。

在2G/3G时代,SAW滤波器凭借较低成本优势主导射频滤波器市场,占据射频滤波器市场大部分的市场份额。

随着通讯技术的不断向4G/5G演进,SAW滤波器应用场景不断扩宽,技术上也愈发呈现小型化、模组化、高频化、高功率和大带宽等趋势。

然而,普通SAW滤波器也存在局限性, 普通SAW器件对温度变化敏感,性能随着温度升高而降低,另外,普通SAW的工作模式为漏波模式,在滤波过程中不可避免带来能量的损失(即Q值降低),造成滤波器插入损耗升高,并且随着频率升高,其损失的更明显,不能满足通信系统对插入损耗越来越苛刻的要求。

因此需要一种替代方法来提高SAW滤波器温度和Q值的稳定性,基于瑞利波模态(Rayleigh wave mode)工作的温度补偿型声表面波(TC-SAW)滤波器则是以此为前提研发诞生。

5G、高频驱动滤波器技术变革

目前,在智能手机中使用的射频滤波器主要有声表面波滤波器(SAW)和体声波滤波器(BAW/FBAR)两大类。“在当前的滤波器市场中,SAW凭借其成熟且低成本的优势,在2GHz以下的市场占有率仍比较大。”诺思研发兼市场总监蒋兴勇接受集微网专访时表示,“随着5G时代的到来,SAW就表现出明显的局限性,而BAW的优势在于中高频段的性能优势,如更小的插入损耗、更高的带外抑制等,所以BAW的使用已经成为时代发展的趋势。”

进入5G时代,除了主流频段外,由于引进了5G NR的标准,会有3.5GHz、4.8GHz等频段出现,以及不断重耕的LTE频段,因此需要射频前端器件能够支持更多的频段,或者原来4G频谱的设备件必须要支持更高的5G标准。这就为滤波器的设计提出了很多新要求。

系统越往高频走,对滤波器设计就要求更高的控制精度,对带宽、时延、线性化的要求也更高,大大提升了设计难度。首先是工作频率复杂,滤波器如何实现低温漂问题;其次是应用环境复杂,滤波器需要在有限面积内应对更多的信号干扰;最后是共存滤波器如何让不同类型信号和谐共存。

另一方面,随着射频前端模块集成度提升,现阶段射频模组化趋势包括FEM(射频开关+滤波器)、FeMid(射频滤波器+开关+双工器)、DiFEM(射频开关+滤波器+LNA)、PaMid(FeMid+PA)等多种产品形态,这可以带来包括解决多频段带来的射频复杂性挑战、缩小射频元件的体积、提供全球载波聚合模块化平台等多方面的优势。而滤波器在射频前端应用时还能整合为双工器、四工器甚至六工器等多路复用器,能够在满足性能要求的同时节省空间、简化设计,同时还能避免频段间的相互干扰。

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