聲波濾波器主要包括SAW表面波濾波器和BAW體聲波濾波器。其中，體聲波濾波器有——薄膜聲波開發(fā)FBAR濾波器。

我們也多次介紹過5G。 5G的這種變化不僅是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的更新，對(duì)射頻設(shè)備，尤其是射頻前端，如波導(dǎo)介質(zhì)濾波器的大規(guī)模應(yīng)用、大型天線系統(tǒng)。今天，通過博通博通的采訪，F(xiàn)BAR在5G及以后最重要的應(yīng)用和發(fā)展是什么？

5G移動(dòng)通信是通過開放更高的頻段并重新安排頻段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這導(dǎo)致需要新組件必須滿足更嚴(yán)格的插入損耗、更寬的帶寬和更顯著的帶外抑制要求，同時(shí)始終確保以更低的成本占用更小的空間。盡管已經(jīng)測(cè)試了許多濾波器技術(shù)，但未來(lái)將通過對(duì)當(dāng)今SAW、BAW 和FBAR 濾波器技術(shù)的不斷增量創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Broadcom 是移動(dòng)電話射頻前端濾波器的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

Yole Dveloppement (Yole) 市場(chǎng)和技術(shù)分析師Cdric Malaquin 與FBAR 技術(shù)總監(jiān)Rich Ruby 和Broadcom 首席技術(shù)策略師William Muller 進(jìn)行了交談。

訪問過程記錄如下：

Cdric Malaquin (CM)：您能告訴我們的讀者您在博通的角色和使命嗎？

威廉穆勒（WM）：我使用首席技術(shù)戰(zhàn)略家的頭銜。我的簡(jiǎn)介是隨時(shí)了解移動(dòng)射頻接口（RFFE）領(lǐng)域的發(fā)展，以幫助指導(dǎo)我的部門將資源分配到哪里。為此，我就治理問題（他們的需求、我們的能力）以及作為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（包括3GPP）的代表聯(lián)系了服務(wù)提供商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)。

Rich Ruby (RR)：我是FBAR 的技術(shù)總監(jiān)。 FBAR（薄膜體聲波諧振器）是帶有Broadcom 壓電體聲波(BAW) 濾波器的版本。我一直在尋找“顛覆性”的方法來(lái)改進(jìn)我們的產(chǎn)品（尺寸、成本、性能），并密切關(guān)注我們?yōu)槭謾C(jī)市場(chǎng)開發(fā)的技術(shù)的正交應(yīng)用。

CM：請(qǐng)介紹博通及其產(chǎn)品和公司的目標(biāo)市場(chǎng)。

WM：Broadcom 是一家多元化的公司，通常專注于通信、企業(yè)存儲(chǔ)、工業(yè)和企業(yè)軟件市場(chǎng)的技術(shù)。 Rich 和我工作的無(wú)線半導(dǎo)體部門專注于為RFFE 開發(fā)多技術(shù)模塊。我們的客戶是主要的手機(jī)制造商。

CM：您能描述一下博通去年（2018 年）的總體情況嗎？

WM：博通是一家上市公司。您可以看到發(fā)送的財(cái)務(wù)結(jié)果。我會(huì)說“好”。

CM：在您看來(lái)，5G 對(duì)非自治模式（即LTE 和5G 的雙連接）有何影響？

WM：似乎大多數(shù)第一個(gè)5G 實(shí)施都不會(huì)是獨(dú)立的（NSA）。這在很大程度上是由經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)榍袚Q到5G 核心可能需要大量投資。 NSA 允許通過NR 鏈路（NR 是5G 空中接口）發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過LTE 鏈路（LTE 是4G 空中接口）完成網(wǎng)絡(luò)控制。這種雙連接（3GPP 中的DC 或EN-DC）允許現(xiàn)有4G 網(wǎng)絡(luò)控制運(yùn)行，但仍然利用5G 頻譜的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果沒有這種能力，5G 部署會(huì)慢很多。

根據(jù)定義，NSA 意味著必須保持兩個(gè)鏈接才能進(jìn)行呼叫。同時(shí)進(jìn)行兩次傳輸可能會(huì)導(dǎo)致重大的操作挑戰(zhàn)，因?yàn)樾盘?hào)可能會(huì)以削弱甚至阻止接收的方式進(jìn)行交互。因此，NSA 在線性方面面臨更多挑戰(zhàn)，需要隔離信號(hào)。這提高了高抑制濾波的有效性，以最大限度地減少交互和復(fù)用以共享天線端口。共享天線在5G下變得更加重要，因?yàn)槟承╊l段的標(biāo)準(zhǔn)要求44 MIMO（多入多出），這意味著必須使用4個(gè)接收天線。

CM：博通是否希望在過濾技術(shù)方面進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新，以解決手機(jī)中過濾器數(shù)量不斷增加的問題，而無(wú)需額外的空間和價(jià)格溢價(jià)？

WM：根據(jù)定義，破壞性變化很難預(yù)測(cè)。但是，我相信當(dāng)今技術(shù)的持續(xù)發(fā)展比任何破壞性變化都更有可能。已安裝的技術(shù)基礎(chǔ)似乎非常有能力支持迄今為止為5G 建立的要求。到目前為止，我們已經(jīng)能夠?qū)⒚總€(gè)頻段所需的空間每年減少大約15-20%，以補(bǔ)償增加的功能。大批量成熟工藝通常也比新工藝便宜。由于可調(diào)解決方案固有的選擇性降低，需要多個(gè)同時(shí)連接意味著可調(diào)濾波不是解決方案。我想說，5G最大的挑戰(zhàn)不是我們有答案的過濾器，而是天線，在很多情況下我們沒有。

RR：我同意可調(diào)過濾器不是答案。由于載波聚合頻段的存在，多個(gè)可調(diào)濾波器必須在各種“認(rèn)可”的交流頻段（例如，CA B1/B3/B7 CA B25.B66、B30）之間并行切換。

直到現(xiàn)在，可調(diào)諧濾波器在從一個(gè)頻段切換到另一個(gè)頻段時(shí)還沒有表現(xiàn)出良好的性能。我們還研究了新的導(dǎo)波SAW（表面聲波）裝置（有時(shí)稱為IHP SAW）。雖然從它們?yōu)镾AW 社區(qū)帶來(lái)新生命的角度來(lái)看令人興奮，但鑒于缺乏體積或性能優(yōu)勢(shì)，我們不希望這項(xiàng)技術(shù)具有破壞性。

A/D 和D/A 技術(shù)被定期提出作為一種完全更換過濾器的方法。實(shí)現(xiàn)更換濾波器所需的寬動(dòng)態(tài)范圍、線性度和功率處理能力（并具有合理的功率預(yù)算）將極具挑戰(zhàn)性。我的意思是，在接下來(lái)的5 到10 年內(nèi)，你會(huì)在手機(jī)中看到越來(lái)越多的“拋光”壓電濾波器技術(shù)。

我們還研究了一種使用FBAR 的新型環(huán)行器，但我們沒有看到這項(xiàng)技術(shù)與手機(jī)的交集。

CM：一旦大規(guī)模MIMO有源天線的功率水平和要求降低到足夠低的水平，博通是否也希望進(jìn)入基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)？

WM：制作我們提供的產(chǎn)品類型需要相當(dāng)大的團(tuán)隊(duì)。到目前為止，我們發(fā)現(xiàn)通過專注于移動(dòng)電話的嵌入式解決方案而不是其他應(yīng)用程序，我們做得更好。很難與手機(jī)空間所需的體積相抗衡。關(guān)于降低5G基礎(chǔ)設(shè)施的功耗：或許吧，但最初對(duì)128128元基站的興趣已經(jīng)觸及了網(wǎng)絡(luò)實(shí)施成本的現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)在對(duì)32x32甚至16x16的解決方案產(chǎn)生了更大的興趣。與之前設(shè)想的小型蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，運(yùn)營(yíng)多家企業(yè)有望引入宏覆蓋。因此，另一方面，手機(jī)的數(shù)量更為驚人。

CM：您認(rèn)為行業(yè)會(huì)使用12 英寸晶圓用于FBAR 技術(shù)嗎？博通在這個(gè)問題上的立場(chǎng)是什么？

RR：我們一直在評(píng)估切換到12 英寸晶圓的可能性。隨著MIMO 為手機(jī)增加更多的濾波器，濾波器的數(shù)量最終可以表明不止一家供應(yīng)商使用12 英寸。不過，我親自參與了很多3英寸到4英寸的轉(zhuǎn)換，可以說這并不容易實(shí)現(xiàn)。今天，我們有足夠的能力來(lái)滿足客戶的需求。

CM：根據(jù)您的介紹，F(xiàn)BAR 技術(shù)是否會(huì)處理較舊的3.5 GHz 5G NR 頻段（N77、N78、N79），這些頻段將成為主要的5G 頻段？

WM：首先，意見略有不同。在我看來(lái)，說這些是5G 的“主要頻段”是過于簡(jiǎn)單化了。例如，n41 在全球范圍內(nèi)可能比n77 或n79 更重要。在美國(guó)，很多人認(rèn)為新的毫米波頻段將成為“主頻段”。對(duì)我來(lái)說，“主要”是實(shí)施的反映，我相信5G將在運(yùn)營(yíng)供應(yīng)商可用的任何未使用頻譜上推出。但是，我同意在世界許多地方，包括歐洲，它可能是n78。但是，我們不能忘記，傳統(tǒng)頻段對(duì)于5G仍然很重要，尤其是可能未被充分利用的頻段，例如n28、n71甚至n5。

但是為了解決這個(gè)問題，F(xiàn)BAR 可以為這些新的更高頻段提供服務(wù)。我們可以使用單個(gè)聲學(xué)濾波器來(lái)支持n78 或n79。我們還可以通過包括LC 結(jié)構(gòu)和FBAR 諧振器的混合結(jié)構(gòu)來(lái)支持n77。這種基于FBAR的濾波器可以解決WiFi頻譜共存問題，對(duì)n78和n79進(jìn)行異步操作，為n78操作提供更受保護(hù)的環(huán)境。我們相信這種類型的解決方案將用于一些被認(rèn)為添加重要功能的手機(jī)。我們不希望這樣的解決方案被普遍采用，至少在早期實(shí)現(xiàn)中是這樣。

RR：我認(rèn)為在6 GHz 以下使用的所有濾波器都將使用壓電技術(shù)或集成無(wú)源器件(IPD)。當(dāng)需要急劇衰減和復(fù)雜的多路復(fù)用時(shí)，將使用壓電技術(shù)。在性能不是那么重要的地方，您會(huì)看到IPD 技術(shù)。

但一個(gè)有趣的問題是，BAW（大規(guī)模聲波）濾波器技術(shù)在什么頻率開始失效？我們已經(jīng)展示了可以解決高達(dá)10 GHz的應(yīng)用的技術(shù)，如果10-20 GHz區(qū)域的頻段是開放的，我們也可以支持該區(qū)域。但是，在某些情況下，可以在低損耗芯片或基板上建模足夠多的濾波器，而封裝內(nèi)外的寄生損耗會(huì)太大。因此，頻率不是BAW 設(shè)備的限制因素，而是更簡(jiǎn)單的技術(shù)或集成方案的替代方案。

CM：是否還有空間將更多FBAR 濾波器集成到已經(jīng)非常密集的功率放大器模塊中？

WM：簡(jiǎn)而言之，是的。下一個(gè)技術(shù)元素允許在RFFE 中使用更小的過濾面積。博通在這個(gè)方向上做了很大的努力。它也適用于允許更密集組裝的技術(shù)，例如雙面組裝、更小的禁區(qū)、更密集的球柵陣列等。幾年來(lái)，我們制定了清晰的路線圖來(lái)跟蹤迄今為止已確定的需求。

RR：我同意。我們正在努力減少所有組件進(jìn)入前端模塊的面積。由于濾波器在當(dāng)前模塊中占據(jù)的面積最大，我們努力朝這個(gè)方向進(jìn)行創(chuàng)新。

CM：基于您的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和您對(duì)射頻電子行業(yè)的愿景，您是否預(yù)計(jì)LTE手機(jī)射頻前端的濾波功能數(shù)量會(huì)受到限制？

WM：限制來(lái)自成本和尺寸，但如上所述，至少對(duì)于旗艦手機(jī)而言，到目前為止，我們已經(jīng)能夠跟上行業(yè)需求。從我們目前看到的情況來(lái)看，預(yù)期的未來(lái)需求不是我們關(guān)心的問題。

RR：我曾經(jīng)寫過一篇Op Ed 文章（2016 年）并預(yù)測(cè)每部手機(jī)大約有100 個(gè)過濾器。如今，旗艦手機(jī)擁有60 多個(gè)濾波器（由分集和MIMO 模塊以及主要前置模塊驅(qū)動(dòng)）。我堅(jiān)信會(huì)發(fā)生大約100 個(gè)過濾器/調(diào)用。另外，我不認(rèn)為這個(gè)數(shù)字是一個(gè)大問題。如果很明顯需要更大數(shù)量的過濾器，比如300+過濾器/手機(jī)，那么我們將查看地理區(qū)域（例如亞洲、美洲、歐洲等）的電話叉；全面支持主要地區(qū)數(shù)據(jù)速率，而其他地理區(qū)域則較低。

CM：一旦5G網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立，你預(yù)計(jì)手機(jī)的過濾能力會(huì)下降嗎？

WM：簡(jiǎn)而言之，“不”。仍然需要支持傳統(tǒng)頻段。 4G 將在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)上保持活動(dòng)狀態(tài)，并且會(huì)在第一個(gè)SA 網(wǎng)絡(luò)之前保持活動(dòng)狀態(tài)更長(zhǎng)的時(shí)間。 5G 還利用了載波聚合(CA)。因此，我預(yù)計(jì)在可預(yù)見的未來(lái)過濾要求不會(huì)有任何減少。

RR：除了開放性問題，設(shè)計(jì)一張適合大量國(guó)家和服務(wù)提供商的單一電話卡的想法總是會(huì)保留大量的過濾器。減少手機(jī)頻段的數(shù)量以支持一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或替代服務(wù)提供商開始看起來(lái)像早期的“諾基亞模式”。在諾基亞手機(jī)出現(xiàn)的高峰期，他們制造并支持了200 多種不同的手機(jī)產(chǎn)品。

CM：你想為我們的讀者補(bǔ)充一些最后的話嗎？

微信：3G向LTE的過渡，給智能手機(jī)帶來(lái)了對(duì)高性能聲波BAW濾波的巨大需求，但需要1到2年的網(wǎng)絡(luò)密集化。 FBAR過濾現(xiàn)在滿足了這些需求，而且數(shù)量非常多。我們已經(jīng)看到了5G 中的并行場(chǎng)景。隨著濾波器在MIMO 豐富的NR 環(huán)境中激增，并且隨著多路復(fù)用要求的增加以支持新頻段中的交流和直流，我們希望我們的FBAR 技術(shù)繼續(xù)提供一些可用的最高性能解決方案。一些OEM 和運(yùn)營(yíng)供應(yīng)商甚至?xí)谀闹悄苁謾C(jī)首次部署時(shí)要求高性能BAW 過濾。博通擴(kuò)大8英寸容量，繼續(xù)努力縮小方案，提升BAW性能，滿足6GHz及以上要求，完全有能力滿足5G無(wú)線電新時(shí)代的需求。

RR：想象一個(gè)沒有用于射頻濾波器的壓電諧振器的世界。這款手機(jī)將采用早期的陶瓷濾波器技術(shù)（陶瓷雙工器的體積為5 X 5 X 30 mm 3）。相比之下，Broadcom FBAR 濾波器通常要小3,000 到4,000 倍。接下來(lái)，想象一個(gè)只有SAW 壓電濾波器的世界。 SAW 在1 GHz 或更低頻率下工作良好，但在2 GHz 或更高頻率下很難滿足功率、插入損耗、隔離度和線性度的規(guī)范。盡管SAW 僅用于接收更高頻率的應(yīng)用，例如在分集模塊中，但功率限制是基本的：SAW 不適用于更高頻率的傳輸。并且您需要Tx 來(lái)保存下載鏈接，例如用于同步。然而，1GHz以下的帶寬根本不足以為用戶提供100MHz的帶寬，滿足每秒千兆下載速度的目標(biāo)。只需SAW，您就可以下載大數(shù)據(jù)內(nèi)容（電影、流媒體等）。) 根本不是我們?cè)~匯表的一部分。 FBAR 于1993 年左右在惠普實(shí)驗(yàn)室開始。它是第一個(gè)用于蜂窩應(yīng)用的高容量BAW 技術(shù)；我們?cè)?001 年推出了第一臺(tái)獨(dú)立的FBAR 雙工器。到2013 年，我們已經(jīng)銷售了所有智能手機(jī)。今天，所有高性能智能手機(jī)都使用FBAR 或其他BAW 技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，您可以說FBAR 是現(xiàn)代智能手機(jī)的關(guān)鍵推動(dòng)因素。

被調(diào)查

William Mueller擁有Harvey Mudd College 的BSE 和加州大學(xué)伯克利分校的MSEE。

William 在RF 領(lǐng)域擁有超過45 年的經(jīng)驗(yàn)，專注于組件級(jí)設(shè)計(jì)和RF 接口架構(gòu)。在過去的34 年里，他一直在Avantek-HP-Agilent-Avago-Broadcom（相同的工作組，不同的名稱）工作，目前是Broadcom Inc. 無(wú)線半導(dǎo)體部門的首席技術(shù)策略師。

William 熟悉射頻功率放大器和低噪聲放大器的設(shè)計(jì)，以及FBAR 濾波器的設(shè)計(jì)。積極參與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（3GPP、MIPI）、行業(yè)論壇（IWPC、GTI、IEEE）和監(jiān)管機(jī)構(gòu)（FCC、Ofcom）。

威廉在研討會(huì)上發(fā)了很多論文，擁有三項(xiàng)與射頻前端組件相關(guān)的專利。

Rich Ruby博士（加州大學(xué)伯克利分校）是IEEE的技術(shù)總監(jiān)和成員。

Rich 于1984 年加入惠普實(shí)驗(yàn)室，從事超導(dǎo)、電子束光刻、X 射線光刻和封裝方面的工作。 1993 年，他開始研究單聲道聲波諧振器(FBAR) 設(shè)備，此后一直在使用這項(xiàng)技術(shù)。

他對(duì)FBAR 濾波器和雙工器的聲學(xué)特性、可制造性和封裝做出了許多貢獻(xiàn)。 Rich 于2001 年至2003 年銷售了一批HPMD7901 和7904 FBAR 雙工器。第一個(gè)全硅芯片級(jí)分組級(jí)FBAR 雙工器于2004 年推出。今天，Avago/Broadcom 的銷量超過20 億FBAR 過濾器每年都會(huì)進(jìn)入移動(dòng)市場(chǎng)。

多年來(lái)，Rich 獲得了Samuel Silver 獎(jiǎng)、Barney Oliver 獎(jiǎng)、Bill Hewlett 獎(jiǎng)、CB Sawyer 紀(jì)念獎(jiǎng)、美國(guó)物理學(xué)會(huì)工業(yè)應(yīng)用獎(jiǎng)，最近還獲得了加州大學(xué)伯克利分校的杰出校友。 Rich在FBAR設(shè)備領(lǐng)域擁有90多項(xiàng)專利。腔體濾波器,晶體濾波器,介質(zhì)濾波器,腔體雙工器,腔體合路器,聲表濾波器,高穩(wěn)晶振,低相噪晶振,恒溫晶振OCXO,溫補(bǔ)晶振TCXO,時(shí)頻模塊,授時(shí)守時(shí)模塊,時(shí)鐘模塊

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