FBAR 滤波器在下一代无线通信和无线接入产品中的应用 - 全文

温安民   应用工程师，世强电讯
关键词：FBAR滤波器，microcap 封装，手持移动系统，频带隔离

当今的无线移动产品除了对体积，省电要求越来越高之外，更朝着多功能，多频段，多系统，多协议的融合与集成的方向发展。如：GSM, CDMA, WCDMA与GPS, Bluetooth, WiFi, WiMAX等不同功能组合在一台产品上。这对设计和大批量生产也提出了挑战，设计者选择方案时应考虑技术的成熟和可持续性。

 

整机越来越小，频率资源越来越拥挤，高性能的滤波器显得尤为重要
随着无线通信和无线接入的飞速发展，频率资源越来越拥挤，不同通信系统频带间的保护间隔越来越小。一方面，这就给每个系统发射端的频谱和功率提出了更严格的要求，保证发射信号具有较高的线性和不能随意增加发射功率来增加通信距离或可靠性。

同时，接收端的环境更恶劣，特别对越来越小的移动产品来说，干扰增多，提高接收灵敏度和抗干扰必须增强。特别在2.4GHz频段，有ISM，Bluetooth，WiFi, WiMAX 等协议的业务。为了保证每个系统正常工作，互不影响，每个系统接收前端具有高性能滤波器显得必不可少。如此，才能达到带内插损小，带外衰减大，选择性高，接收机不会由于临近频段发射机（如，LET band40, 2300–2400MHz）对接收机信道堵塞（如WiFi, 2400 - 2482MHz）。值得指出的是ISM(工业，科研，医疗)频率用途的无线业务是不需申请（备案），这更加增加了干扰源的不可预测性。

 

FBAR 滤波器小体积，高性能的特点很好地满足了手持移动设备的需求

滤波器的主要指标有: 选择性（Q值），插损，温度特性，承受功率等。三种主要滤波器有：陶瓷滤波器，SAW（声表面波）滤波器和FABR。表1比较了三种滤波器的性能：

1.陶瓷滤波能承受较大的功率，温度特性好，但Q值低，体积大；

2.SAW滤波器承受功率小，温度特性差，Q值低，合适应用频段在2GHz一下；

3.FBAR相比SAW滤波器： Q值高一个数量级，工作频率可高达10GHz，温度特性好, 承受功率大于. 插损小，产品发热少，延长电池使用时间，防静电等级高ESD>200V。

全球领先的模拟和混合信号半导体企业安华高科技（Avago）的FBAR产品，在手机滤波器，双工器，射频前端及PGS接收前端模块已大量使用，充分表明其技术和批量生产已经非常成熟。

AVAGO FBAR产品，采用microcap晶片（wafer）级的封装，体积小，分布参数小，性能稳定，性价比高，易于安装，应用前景广阔。AVAGO ACPF-7025，2496 – 2690MHz , 2瓦带通滤波器的尺寸为12.5x2.5x1.15 mm，能充分满足手机等移动产品的要求。

表1: AVAGO FBAR与SAW, 陶瓷滤波器性能比较

    未来的通信手机，数据卡，无线接入的WiMAX/LTE 语音通信和WiFi/Bluetooth 数据通信，将实现共存与功能互补，发挥各自的应有性能，互不形成干扰 。

FBAR 滤波器全面考虑了应用环境

FBAR优秀的滤波性能结合microcap封装，50ohm输入输出端匹配，为快速设计高性能手机，移动设备提供了绝佳的选择，而安华高稳定的品质和巨大的产能，又为客户提供有力保障。

最近，AVAGO基于FBAR技术，针对2.4GHz频段的手机和移动无线产品推出了WiFi/Bluetooth带通滤波器 ---ACPF-7024，和WiMAX带通滤波器---ACPF-7025，其性能指标如表2。

 

表2：2.4GHz频段 FBAR带通滤波器主要性能

从表2中可以看出，ACPF-7024，2400-2482MHz WiFi/Bluetooth带通滤波器，带内插损小，选择性好。对邻近频段的WiMAX,  PCS, 和LTE band7,40有很高的带外抑制。指标如图1

图1：ACPF-7024 带外衰减 2350-2550MHz

ACPF-7025, 2496 – 2690MHz WiMAX  带通滤波器，带内插损小，选择性好。对邻近频段的WiFi/Bluetooth, PCS, 800MHz Cell有很高的带外抑制。实现WiMAX 收发器和WiFi/Bluetooth 收发器可同时工作，互不影响。应用见图2

 

图2：典型的多系统框图

此外，安华高公司近期推出适合移动产品应用的迷你双工器AGPS-C001，有效地分离了W-CDMA/GSM收发信号和GPS/GNSS(伽利略)导航信号，而二者公用一个天线，省掉一个天线，即节省了成本，又增加了设计的灵活性，见图3。

图3：  AGPS-C001框图

AGPS-C001正是FBAR技术的杰作：卓越的隔离性, 插损小，选择性高，使GPS/GNSS 和W-CDMA可“和谐”地工作，不会因彼此干扰而降低任何一方的性能; 工作温度范围宽，-30℃ -- 80℃；体积为2.0 x 2.0 x 0.95，不足1mm厚，适合表面贴工艺，指标见图 4,5。采用该款产品设计具有导航功能的手机，上网卡变得更便捷，产品性能更稳定。

图4：  AGPS-C001 天线—GPS端衰减

图5：  AGPS-C001 天线—手机端衰减

针对以上方案及产品，AVAGO亚太区最大分销商世强电讯将配备专门的射频技术支持团队，向用户提供各类技术支持及产品咨询服务。