浅析4G智能时代的射频技术

从2009年12月到2014年1月，全球有101个国家/地区共264个LTE网络投入商业运营。预计未来五年将有几乎同样多数量的LTE网络投入运营，LTE网络将会覆盖全球64%的人口。同时，据市场调研公司预计，未来五年智能手机的高端市场会趋近饱和，年均复合增长率会小于5%；但由于存在 替换原来功能机的需求，中低端智能手机市场会仍然以大于20%的速度增长；因此，智能手机总的出货量会以约15%的速度增长，但每个设备的RF含量会以更快的速度增长。

滤波器需求增长

由于4G LTE的出现，使得频段越来越多，频段越多就会导致智能手机的设计复杂性越来越大；加上频谱资源是一个非常稀缺的资源，特别是在北美和欧洲地区，频谱非常 拥挤，这样就一定会增加滤波器的复杂性。TriQuint中国区移动产品销售总监江雄在9月份IIC期间的一次主题演讲中表示，"LTE的采用将会推动 RF总体有效市场（TAM）大幅增长。"

他指出，未来几年，高性能滤波器会以年均复合增长率40%~50%的速度增长（如图1所示）。他强调，这里的高性能滤波器主要指体声波（BAW）和温度补偿声表面波（TC-SAW）这两种滤波器。

不同类型的手机中采用的滤波器类型和数量都是不一样的，比如在功能机时代，只需要普通的SAW滤波器就足够了；就算是3G手机时代，对BAW滤波器和 TC-SAW滤波器的需求也不大。但是到了4G时代，一款智能手机必须要对多个频段的2G、3G和4G无线接入方式的发送和接收路径进行滤波，同时还要对 WiFi、蓝牙和GPS接收器等的接收路径进行滤波，而高端智能手机可能需要用到滤波器的地方会更多。这些频带范围都不相同，又不能相互干扰，这必然需要更多的滤波器来对这些信号进行隔离。

而SAW滤波器由于本身的局限性，一般只适用于1.5GHz以下的应用。另外它也易受温 度变化的影响。高于1.5GHz时，TC-SAW和BAW滤波器则更具性能优势。BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小，这使得它非常适合要求非常苛刻的3G和4G应用。还有就是即便在高宽带设计中，BAW对温度变化也没有那么敏感，同时它还具有极低的插入损耗和非常陡峭的滤波器边缘。"BAW的集成化更 高、性能更好、带宽的抑制能力更强，而且它为大于2GHz的LTE频带进行了优化。"江雄在演讲中提到。

智能手机中的高级滤波器需求 会持续增加，从图2中我们可以看到移动设备中的RF器件发展主要有三个趋势：一是功率放大器市 场是从持平到缓慢下降，江雄认为这主要是因为宽带放大器的应用造成的；二是CMOS开关和调谐元件会稳步增长，调谐元件目前很多手机没有，但以后的手机基 本都会具备；三是滤波器的增长是非常迅速的。他认为这后面的原因比较多，但最主要的是频带扩散、载波聚合和分集接收/WiFi。

对于在4G时代，为什么需要采用载波聚合技术，江雄是这样解释的，"LTE-Advanced在低移动性下峰值速率达到1Gbps，高移动性下峰值速率达到100Mbps。那么为了支持这样的峰值速率，我们需要更大的带宽。而对运营商来说，频谱资源相对来说是比较紧的，每个运营商分到的频谱资源不多，特别是连续的频谱资源时非常有限的。为了解决这个问题，LTE-Advanced就提出了载波聚合的解决方案。"

载波聚合目前有两种实现方式，一是连续载波聚合，将相邻的数个较小的载波整合为一个较大的载波；另一个是非连续载波聚合，就是将离散的多载波聚合起来，当作一个较宽的频带使用，通过统一的基带处理实现离散频带的同时传输。

其实滤波器技术经历了不同的发展阶段，据江雄回忆，十几年前的SAW滤波器还是陶瓷封装的，陶瓷封装很坚固，也很耐用；后来日本的村田将它做成了塑料封装。 再后来发展成现在的WLP封装。这种晶圆级的封装是以BGA技术为基础，是一种经过改进和提高的CSP。有人又将WLP称为圆片级-芯片尺寸封装。圆片级封装技术以圆片为加工对象，在圆片上同时对众多芯片进行封装、老化、测试，最后切割成单个器件，可以直接贴装到基板或印刷电路板上。它使封装尺寸减小至IC芯片的尺寸，生产成本大幅下降。

"众所周知，智能手机厂商对成本都比较敏感，一般都会尽可能降低制造成本。同样，如果滤波器的成本过高，肯定会提高手机厂商的成本。而在整个滤波器的成本中，所占比重最大的可能很多人都猜不到是哪一部分。"江雄在演讲中表示，"其实滤波器里 面部分的成本并不高，最高的部分在于封装，对于陶瓷封装来说，封装的成本占整个滤波器成本的50%左右，塑料封装的成本占85%以上。而现在的WLP封装成本很低，使得滤波器的成本一下就降下来了。"

"这是一种颠覆性的技术。"他抑制