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博通:面对5G及未来,FBAR滤波技术仍有创新空间
2019-08-13????来源:MEMS??浏览次数:
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据麦姆斯咨询介绍,通过利用更高频段以及频段重组来实现5G移动通信,这对相关射频元器件提出了新需求——必须能够应对更严格的插入损耗要求、更大的带宽以及更高的带外抑制性能,同时还要能够以更低的成本确保更小的占位面积。尽管业界已经探索了很多种滤波技术,但在不远的未来,该领域预计仍将在当前的声表面波(SAW)、体声波(BAW)和薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波技术上做持续的增量创新。在智能手机射频前端滤波器领域,博通(Broadcom)无疑是市场领导者。


Yole技术与市场分析师Cedric?Malaquin近日采访了Broadcom首席技术战略官William?Muller和FBAR技术总监Rich?Ruby,和他们一起交流了5G时代滤波技术的现状及发展趋势。Yole及其子公司System?Plus?Consulting和KnowMade也分别从市场、技术以及知识产权方面对5G应用的滤波器技术进行了深入研究,以下为访谈实录:

Cedric?Malaquin(以下简称CM):两位好!请你们先介绍一下自己,以及各自在Broadcom的工作职责。

William?Muller(以下简称WM):我目前在Broadcom的职位是首席技术战略官。我的职责是把握手机射频前端(RF?Front?End,?RFFE)领域的发展,以指导我的部门分配资源。为此,我会与服务提供商和监管机构就方向问题(他们的需求,我们的能力)对接交流,同时也作为包括3GPP在内的标准机构代表。

Rich?Ruby(以下简称RR):我是Broadcom的FBAR技术总监。FBAR是Broadcom版本的BAW压电滤波器。我一直在探究“突破性”方法来改进我们的射频产品(尺寸、成本、性能),同时也在关注我们为手机市场开发的技术的垂直应用。

CM:请你们介绍一下Broadcom,其产品供应及面向的市场?

WM:Broadcom是一家多元化的公司,广泛专注于通信市场、企业存储、工业和企业软件等技术。我和Rich?Ruby所在的无线半导体部门,专注于为射频前端开发多技术模组。我们的客户都是全球领先的手机制造商。


CM:请介绍一下2018年Broadcom的总体表现。

WM:Broadcom是一家上市公司,您可以查看相关的财务报告,就我而言,我会说表现“不错”。

CM:在您看来,5G非独立组网模式(Non-Standalone,?NSA)的影响是什么,意味着LTE和5G的双连接?

WM:目前看来早期5G的推出大多数都是非独立组网(NSA)。这在很大程度上取决于经济因素,因为转换为5G核心网需要大量的投资。NSA允许数据通过NR链路(NR是5G无线空口技术)发送,而网络控制通过LTE链路完成。这种双连接允许现有4G网络控制功能,但仍然利用5G的频谱优势进行数据传输。如果没有此功能,5G的部署速度会慢得多。

根据定义,NSA意味着必须保持两个链路才能进行呼叫。两路同时传输可能导致巨大的运行挑战,因为信号会以灵敏度劣化(De-sense)甚至阻碍接收的方式相互作用。因此,NSA在线性方面遇到了更大挑战,并且更加需要隔离信号。这增加了高抑制滤波的作用,以最小化相互作用,以及多路复用,以共享天线端口。在5G下共享天线变得更加关键,因为某些频带的标准要求4?x?4多输入多输出(MIMO),这意味着必须使用4个接收天线。

CM:Broadcom预期在滤波技术方面是否会出现颠覆性创新,使得在没有额外空间和溢价的情况下解决手机中持续增多的滤波器问题?

WM:就定义层面来说,突破性变革很难预期。不过,我认为更有可能的是现有技术的持续发展,而非某种突破性变革。已装机使用的技术基础似乎已经能够很好地支持5G目前提出的要求。迄今为止,我们已经能够将每个频段所需的占用空间每年缩小约15~20%,从而补偿增加的功能。通常,成熟的大批量工艺也比全新的工艺成本低。由于可调谐方案固有的低选择性,因此对于多个同时连接的需求,意味着可调谐滤波并不是解决问题的答案。在我看来,5G最大的挑战,并不是来自我们已有的滤波器,而是来自天线,在很多情况下我们还没有好的解决方案。

RR:我同意可调谐滤波器不是解决问题的答案。由于载波聚合频带的存在,多个可调谐滤波器必须在各种“已批准”的CA频段之间并行切换(例如,CA?B1/B3/B7?à?CA?B25.B66,B30)。

目前为止,可调谐滤波器甚至没有表现出从一个频段到另一个频段的良好性能切换。我们还研究了新的导波SAW器件(有时称为IHP?SAW)。尽管该技术给SAW带来了新生,从这点来说确实喜人,但由于在尺寸或性能方面和体声波器件相比缺乏优势,我们预计这项技术并不具有突破性。

周期性模数(A/D)和数模(D/A)技术被提出作为一种替代滤波器的途径。要实现替代滤波器所需要的宽动态范围、线性度和功率处理(以及合理的功率预算)将极具挑战。我想说的是,在接下来的5~10年内,预计我们将会看到越来越多经过“修饰”的压电滤波器技术进入智能手机。

我们还研究了采用FBAR的新型环行器,但现在还没有看到这种技术和手机应用的结合点。

CM:一旦大规模MIMO有源天线的功率水平和要求降到足够低,Broadcom是否有意进入基础设施市场?

WM:我们供应的射频产品需要庞大的团队才能完成。到目前为止,我们更专注于智能手机的集成解决方案,而不是其它应用。其它应用很难跟智能手机领域的需求量进行竞争。至于5G基础设施功率水平的降低,有可能,但早期对128?x?128单元基站的兴趣已经触及了网络部署的成本现实,现在对32?x?32甚至16?x?16解决方案的兴趣更大。与早期设想的小型蜂窝网络相反,不少运营商预计将推出宏覆盖。因此,相比之下,手机市场带来的需求量就更吸引人了。

CM:就你们看来,行业是否正在为FBAR技术转向12英寸晶圆?Broadcom在这方面的立场是什么?

RR:我们一直在评估转向12英寸晶圆的可能性。随着MIMO为手机增加了更多的滤波器,滤波器的数量增长最终可能会推动不止一家供应商转向12英寸。不过,从3英寸到4英寸的转换开始,我亲自参与了多次转换,可以说要实现12英寸的转换并不容易。目前,我们有足够的产能来满足客户的需求。

CM:在你们看来,FBAR技术会处理3.5?GHz以上5G新空口频段(N77、N78、N79)吗?哪个将成为5G的主要频段?

WM:首先,意见略有差异。在我看来,断言这些将普遍成为5G“主要频段”过于草率了。例如,N41在全球范围内可能比N77或N79更重要。在美国,许多人认为新的毫米波频段将成为“主要频段”。对我而言,所谓的“主要频段”还是要看部署的情况,我认为5G可以部署在运营商可用但未用的任何频谱上。不过,我也确实同意,包括欧洲在内的全球许多地方,很可能主要频段是在N78。但是,我们不应该忘记传统频段对5G仍然很重要,尤其是潜在未充分利用的频段,如N28、N71甚至N5。

对于您问题的要点,FBAR确实可以服务这些新的更高频段。我们可以用单个声波滤波器支持N78或N79。我们还能以具有L-C结构以及FBAR谐振器的混合结构支持N77。这种基于FBAR的滤波器可以解决与WiFi频谱共存的问题,在N78和N79上实现异步运行,并为N78运行提供更受保护的环境。我们相信这些解决方案将用于一些被视为增加重要功能的手机中。我们预计这种解决方案不会得到普遍采用,至少在早期应用中应该不会。

RR:我认为在6?GHz以下使用的所有滤波器都将使用压电技术或集成无源器件(IPD)。压电技术将用于需要陡峭滚降(roll-off)和复杂多路复用的应用。对于性能不那么重要的应用,你会看到IPD技术。

但一个有趣的问题是BAW滤波器技术可以支持多高的频率?我们已经展示了可以满足高达10?GHz应用的BAW滤波器技术。如果10~20?GHz频段开放,我们也可以支持这个范围。不过,在某些情况,可以在低损耗衬底或芯片上制作合适的滤波器,当然,进出封装的寄生损耗也会变得过大。因此,频率不是BAW器件的限制因素,而是替代更简单的技术或集成方案。

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