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面向TDD系統(tǒng)手機(jī)的SAW濾波器技術(shù)動(dòng)向分析

發(fā)布時(shí)間：2013-12-25 來(lái)源：村田 責(zé)任編輯：xueqi

【導(dǎo)讀】一般的攜帶終端通常在語(yǔ)音通話時(shí)是不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的。而北美已開始盛行語(yǔ)音通話時(shí)也能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的SVLTE通信服務(wù)。此外，在中國(guó)通過(guò)GSM進(jìn)行語(yǔ)音服務(wù)，通過(guò)TD-LTE進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這兩者同時(shí)進(jìn)行的SGLTE的通信服務(wù)也已在計(jì)劃中，IC制造商和組裝廠商的對(duì)應(yīng)也已迅速進(jìn)行。詳情請(qǐng)看本文分析。
 
前言
 
近年來(lái)在手機(jī)中增加相機(jī)、GPS、移動(dòng)電視播放、NFC等功能的多功能應(yīng)用非常引人注目。同時(shí)，隨著搭載了智能手機(jī)和平板設(shè)備這種高性能應(yīng)用處理器的高端設(shè)備的興起，除了如今的通話功能，還增加了舒適快捷瀏覽器、流媒體、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、云就緒功能，不僅是導(dǎo)航這種全新的服務(wù)，高品質(zhì)化通信功能成了必不可少的要素。
 
作為這些移動(dòng)終端中共同謀求的功能，我們將就各種網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)進(jìn)行舉例。手機(jī)通信規(guī)格至今為止的主流仍是被稱為GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的2G系統(tǒng)。而搭載比GSM更高品質(zhì)、數(shù)據(jù)傳輸更快的3G系統(tǒng)UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）如今也常見了。最近，主要的一些國(guó)家也開始了對(duì)被稱為L(zhǎng)TE（長(zhǎng)期革命）的這種下一代通信規(guī)格的服務(wù)，無(wú)線也可進(jìn)行跟有線一樣的高速數(shù)據(jù)通信。
 
一般的攜帶終端通常在語(yǔ)音通話時(shí)是不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的。而北美已經(jīng)開始盛行語(yǔ)音通話時(shí)也能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的SVLTE（同步語(yǔ)音和LTE）通信服務(wù)。此外，在中國(guó)通過(guò)GSM進(jìn)行語(yǔ)音服務(wù)，通過(guò)TD-LTE（TDD系統(tǒng)的LTE）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這兩者同時(shí)進(jìn)行的SGLTE（同步GSM和LTE）的通信服務(wù)也已在計(jì)劃當(dāng)中，IC制造商和組裝廠商的對(duì)應(yīng)也已迅速進(jìn)行。
 
TDD和TD-LTE
 
所謂TDD（時(shí)分雙工）是指，通過(guò)基站和移動(dòng)終端雙方向的通信方式中的一個(gè)，上行線和下行線使用相同頻率的電波的方式。與之相反，上行線和下行線使用不同頻率電波的方式稱之為FDD（頻分雙工）。
 
 
圖1：TDD和FDD的比較
 
LTE是手機(jī)的通信規(guī)格，這種規(guī)格是標(biāo)準(zhǔn)的3GPP機(jī)構(gòu)（第三代合作伙伴計(jì)劃）在2009年3月認(rèn)證的。它是UMTS（第3代手機(jī)）和未來(lái)的4G（第4代手機(jī)）的中間技術(shù)，當(dāng)時(shí)被稱為3.9G，因被ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）認(rèn)可，便被改稱為4G，市場(chǎng)上也因此這樣來(lái)命名。
 
一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)情況下稱使用FDD的FDD-LTE為L(zhǎng)TE，而不稱為FDD-LTE，這就跟使用了TDD的LTE被稱為TD-LTE區(qū)分開來(lái)了。TD-LTE能在相同頻率下進(jìn)行傳輸跟接收，可以說(shuō)頻率配置比FDD-LTE相對(duì)簡(jiǎn)單些。TD-LTE基本上除了FDD跟TDD之間的不同以外，它跟FDD-LTE在技術(shù)上來(lái)說(shuō)幾乎一樣，使用跟3G相同的頻帶，可根據(jù)不同的情況在帶寬寬度1.4、3、5、10、15、20MHz中選擇使用。而LTE只支持?jǐn)?shù)據(jù)包通信，語(yǔ)音通信是通過(guò)被稱為VoLTE的VoIP技術(shù)來(lái)支持的，一般來(lái)說(shuō)主要支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，想要真正普及語(yǔ)音服務(wù)的話，還需要時(shí)間。TD-LTE是中國(guó)正在積極推進(jìn)的服務(wù)項(xiàng)目，日本也開始了使用2.5GHz帶寬進(jìn)行的服務(wù)，北美也在計(jì)劃當(dāng)中，可見今后必將在全世界普及。
 
TD-LTE的RF電路
 
如圖2所示，是TD-LTE(SGLTE)的電路圖。
 
 
圖2：TD-LTE (SGLTE對(duì)應(yīng)) 的電路圖
 
現(xiàn)在的TD-LTE對(duì)應(yīng)終端，為了對(duì)應(yīng)語(yǔ)音通話，三重模式和雙模式的GSM和UMTS是必不可少的。GSM就預(yù)見到了海外漫游的這個(gè)問(wèn)題，因此一般能對(duì)應(yīng)850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz四個(gè)不同頻帶，在接收側(cè)的每一個(gè)頻帶上都逐個(gè)搭載了濾波器。UMTS的band1為FDD，所以需要雙工器（天線雙工器）。
 
在中國(guó)，TD-LTE用頻帶根據(jù)3GPP被分為Band38、Band39、Band40。由于是TDD系統(tǒng)，并不需要雙工器，傳輸側(cè)有對(duì)應(yīng)高功率的濾波器，2個(gè)收信用濾波器分別用在主要的電路側(cè)。LTE系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的是MIMO技術(shù)，由于是多天線的構(gòu)造，多個(gè)電路側(cè)都搭載了一個(gè)收信用濾波器。
 
上圖的電路是語(yǔ)音跟數(shù)據(jù)可同時(shí)通信的SGLTE的電路，由于GSM和TD-LTE2個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，所以它具備搭載2個(gè)收發(fā)器IC的特征。但是，當(dāng)一個(gè)終端上數(shù)據(jù)同時(shí)在2個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸?shù)脑?，?huì)引起發(fā)送功率自動(dòng)從另一方電路返回的干擾現(xiàn)象，這有可能會(huì)導(dǎo)致收信質(zhì)量劣化的結(jié)果。因此，在每個(gè)傳輸電路中，為了充分減小接收頻率的功率，組裝的設(shè)計(jì)難易度就明顯上升了。村田制作所開發(fā)了SGLTE終端，對(duì)應(yīng)了組裝廠商的需求，將TD-LTE用陷波濾波器（具有只減少特定頻率的功能的濾波器）和迅速減少TD-LTE帶寬的GSM1800用接收濾波器成功商品化。
[page]
 
TD-LTE用SAW設(shè)備的產(chǎn)品一覽
 
村田制作所所有已發(fā)布的TD-LTE用SAW濾波器的產(chǎn)品陣容如圖1.2.3所示。表1為雙工器，表2為陷波器，表3為單濾波器。
 
表1：TD-LTE用雙工器的產(chǎn)品一覽

Size (mm)

Application

Balanced/

Unbalanced

Impedance

(Ω)

MURATA P/N

Pinassignment

Comment

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-200

SAWFD1G90CP0F0A

2in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-200

SAWFD1G90CQ0F0A

2in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-200

SAWFD1G90CA0F0A

1in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-200

SAWFD1G90CB0F0A

1in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-100

SAWFD1G90CR0F0A

2in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-100

SAWFD1G90BH0F0A

2in2out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-100

SAWFD1G90AH0F0A

1in2out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

SAWFD1G90KA0F0A

1in2out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

SAWFD1G90KC0F0A

1in2out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

SAWFD1G90LA0F0A

2in2out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

SAWFD1G90KZ0F0A

1in1out

 

1.5×1.1×0.5

Band38_Band40

Balance

50-100

SAWFD2G35CM0F0A

2in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band38_Band40

Balance

50-100

SAWFD2G35CA0F0A

1in4out

 

1.5×1.1×0.5

Band34_Band39

Balance

50-100

SAWFD2G35BJ0F0A

2in2out

 

1.8×1.4×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

SAWEN1G90PA0F0A

1in2out

Post PA

1.8×1.4×0.5

Band38_Band40

Unbalance

50-50

SAWEN2G35PN0F0A

1in2out

Post PA
 
從決定開發(fā)TD-LTE開始，為了響應(yīng)IC制造商和組裝廠商的減小RF面積的要求，因此將Band34和Band39、Band38和Band40組裝品雙工器產(chǎn)品化。雙工器是一種綜合了外圍設(shè)備功能的人氣產(chǎn)品，往往被作為首選。
 
作為引腳連接來(lái)說(shuō)，既是平衡品也是標(biāo)準(zhǔn)的2in4out型號(hào)，將輸入的SW功能復(fù)合化的1in4out型號(hào)，通過(guò)綁定濾波器的輸出來(lái)將LNA數(shù)量減少到1個(gè)的2in2out型號(hào)這3類產(chǎn)品已經(jīng)被產(chǎn)品化。作為非平衡產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)的2in2out型號(hào)、輸入SW功能復(fù)合化的1in2out型號(hào)，村田的原產(chǎn)品的輸入和輸出都綁定起來(lái)的1in1out型號(hào)這3類產(chǎn)品也已經(jīng)被產(chǎn)品化。需要怎樣的引腳連接型號(hào)，需要根據(jù)組裝廠商使用的收發(fā)器IC和設(shè)計(jì)思路作選擇。
 
表2：TD-LTE用陷波器的產(chǎn)品一覽

Size (mm)

Application

Balanced/

Unbalanced

Impedance

(Ω)

Type

MURATA P/N

Comment

1.4×1.1×0.5

N-DCS

Unbalance

50-50

Notch

SACEA1G81TA0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

N-DCS

Unbalance

50-50

Notch

SACEA1G81TB0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

N-DCS

Unbalance

50-50

Notch

SACEA1G82TA0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band34_Band39

Unbalance

50-50

Notch

SACEA1G90TB0F0A

Post PA
 
表2中，PA（功率放大器）的段后位置，通過(guò)傳輸頻率，減少了其他頻帶的接收頻率信號(hào)的陷波器。村田制作所從以前開始就已經(jīng)量產(chǎn)了頻率在800MHz左右的陷波器，此次，覺(jué)得有必要產(chǎn)品化新的1.8GHz、1.9GHz高頻帶產(chǎn)品。一般來(lái)說(shuō)，頻率越高陷波器的設(shè)計(jì)難度就隨之上升。但是，村田還是采用了獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)技術(shù)和充分利用電磁場(chǎng)仿真器成功地將其產(chǎn)品化。
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表3：TD-LTE用濾波器的產(chǎn)品一覽

Size (mm)

Application

Balanced/

Unbalanced

Impedance

(Ω)

MURATA P/N

Comment

1.1×0.9×0.5

N-DCS

Balance

50-150

SAFFB1G81AB0F0A

For GSM1800

1.1×0.9×0.5

N-DCS

Balance

50-150

SAFFB1G82AB0F0A

For GSM1800

1.1×0.9×0.5

Band38

Balance

50-100

SAFFB2G59FL0F0A

 

1.1×0.9×0.5

Band39

Balance

50-100

SAFFB1G90FB0F0A

 

1.1×0.9×0.5

Band39

Balance

50-100

SAFFB1G90FC0F0A

 

1.1×0.9×0.5

Band40

Balance

50-100

SAFFB2G34FA1F0A

 

1.1×0.9×0.5

Band40

Unbalance

50-50

SAFFB2G35AA0F0A

 

1.4×1.1×0.5

AXGP

Unbalance

50-50

SAFEA2G56MA0F00

Post PA

1.4×1.1×0.5

AXGP

Unbalance

50-50

SAFEA2G56MB0F00

Post PA

1.4×1.1×0.5

AXGP

Unbalance

50-50

SAFEA2G56MC0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

AXGP

Unbalance

50-50

SAFEA2G56KA0F00

 

1.4×1.1×0.5

AXGP

Balance

50-100

SAFEA2G56FC0F00

 

1.4×1.1×0.5

AXGP

Balance

50-200

SAFEA2G56FB0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band34

Unbalance

50-50

SAFEA2G01MA0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band34

Unbalance

50-50

SAFEA2G01AL0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band34

Balance

50-100

SAFEA2G01FA0F0A

 

1.4×1.1×0.5

Band34

Balance

50-200

SAFEA2G01FL0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band38

Unbalance

50-50

SAFEA2G59MA0F00

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band38

Unbalance

50-50

SAFEA2G59MB0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band38

Unbalance

50-50

SAFEA2G59KB0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band38

Balance

50-100

SAFEA2G59FM0F0A

 

1.4×1.1×0.5

Band38

Balance

50-150

SAFEA2G59FL0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band38+AXGP

Unbalance

50-50

SAFEA2G58MA0F00

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band38+AXGP

Balance

50-100

SAFEA2G58FA0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band39

Unbalance

50-50

SAFEA1G90MA0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band39

Unbalance

50-50

SAFEA1G90AA0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band39

Balance

50-100

SAFEA1G90FA0F0A

 

1.4×1.1×0.5

Band40

Unbalance

50-50

SAFEA2G34MA1F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band40

Balance

50-100

SAFEA2G34FA1F0A

 

1.4×1.1×0.5

Band40

Unbalance

50-50

SAFEA2G35MB0F00

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band40

Unbalance

50-50

SAFEA2G35MC0F0A

Post PA

1.4×1.1×0.5

Band40

Unbalance

50-50

SAFEA2G35KB0F00

 

1.4×1.1×0.5

Band40

Balance

50-100

SAFEA2G35FC0F0A

 

1.4×1.1×0.5

Band40

Balance

50-150

SAFEA2G35FB0F00

 
 
表3是濾波器的產(chǎn)品一覽。Application一欄中寫著N-DCS的產(chǎn)品是窄帶寬GSM1800用的濾波器。這是考慮到TD-LTE頻帶削減的產(chǎn)品，根據(jù)客戶的需求量產(chǎn)了2個(gè)種類。不僅僅面向中國(guó)，還對(duì)應(yīng)了僅限日本使用的獨(dú)特的AXGP的2.5GHz帶寬中使用的濾波器的產(chǎn)品化，仔細(xì)對(duì)應(yīng)客戶的需求，通過(guò)強(qiáng)化產(chǎn)品陣容，肩負(fù)著將TD-LTE在全世界普及的重?fù)?dān)。
 
結(jié)語(yǔ)
 
在現(xiàn)有的UMTS、LTE市場(chǎng)，為了提高品質(zhì)、擴(kuò)大服務(wù)范圍，正在進(jìn)行對(duì)頻率的拓展。TD-LTE可以在同一頻率中進(jìn)行接收跟傳輸，比起FDD-LTE頻率配置更加簡(jiǎn)單，作為有限并且珍貴的資產(chǎn)，頻率的有效利用今后有望更加普及。此外，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)追求的多波段化、多模化，組裝中RF部分的面積也成了大課題。
 
村田制作所以單濾波器和雙濾波器為中心進(jìn)行產(chǎn)品的展開，以減少元器件個(gè)數(shù)，削減RF面積，更有甚者以縮短組裝廠商的綜合開發(fā)周期為目的，強(qiáng)化了對(duì)于模塊產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)。由于模塊產(chǎn)品的小型化構(gòu)造，內(nèi)置的SAW濾波器的小型化是不可缺少的條件，采用了獨(dú)特的構(gòu)造成功地連模具尺寸也實(shí)現(xiàn)了小型化，現(xiàn)在正在為更小的尺寸和薄型化進(jìn)行研究。
 
今后，將針對(duì)組裝廠商的小型化、薄型化、 復(fù)合化和低成本化等各種各樣的需求，促進(jìn)客戶跟多層電路板技術(shù)和模塊設(shè)計(jì)技術(shù)的融合，強(qiáng)化作為綜合元器件供應(yīng)商的協(xié)同效應(yīng)的產(chǎn)品開展，為模塊市場(chǎng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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