【技术分享】当滤波器遇到5G,是机遇还是挑战?

日期:2019-11-19 作者:润欣科技创研社 返回列表

前言


5G(5th-generation)第五代移动通信技术,是4G之后的延伸。从1G到5G,功能是逐渐增加的,5G意味着更高的传输速率,消耗更短的时间。根据全球移动通信协会显示的报告来看,到2025年,中国5G用量是4.54亿,位居世界之首,因此中国有着非常大的用户以及市场需求。随着政策的推动,各大运营商的部署,5G的网络建设已全面驶入快车道。那在这个风口面前,射频前端的用量肯定会增加,里面所包含的滤波器,又该何去何从,其中目前处于劣势的国产品牌,是否能实现弯道超车?


1、滤波器简介


滤波器,顾名思义,一种选频装置,相当于频率的筛子,用来减少或者消除噪声和干扰。主要是将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比,得到所需的信号。

 

2、滤波器种类


滤波器按照工艺,主要分为SAW(声表滤波器)滤波器、BAW(体声波滤波器)滤波器,LTCC(低温共烧陶瓷滤波器)滤波器;


LTCC的显著优点之一是其一致性好、精度高,成本低,缺点是Q值较小;SAW又分为普通SAW滤波器和TC-SAW(温补)滤波器。如下图一为SAW&BAW的结构。SAW滤波器是由压电材料和两个基本的IDT金属电极构成,由图可看出其不适合大约2.5G 以上频率、对温度变化敏感,但是优点是技术相比较而言比较成熟,相对于 BAW价格较低。BAW滤波器又分为SMR和FBAR两种技术的滤波器;其中FBAR工艺结构如下图,由上下电极及压电薄膜构成,通过频率公式F=V/R可知,BAW工艺的滤波器更适合2GHZ-2.5GHZ以上的频率,且有体积小,插损小,受温度影响小等优点,当然相对的缺点就是价格较SAW比较高一些。        


总结来说,普通的SAW和TC-SAW,肯定是在2.5G以下比较有优势,BAW在2.5G以上比较有优势;综合成本和各产品的优缺点考虑,肯定未来还是多种工艺并存发展的。


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3、知名滤波器公司


在国外知名滤波器企业中,Murata、 TAIYO、TDK等是SAW工艺的; Avago、Qorvo、Rf360等是BAW工艺的;国外公司通过收购和整合来占领市场,比如:Avago先后收购了LSI、Broadcom、Emulex企业,最终更名为Broadcom;是一家设计、研发并向全球客户广泛提供各种模拟半导体设备的供应商;TDK于2008年收购EPCOS,获得后者的SAW/BAW生产技术。Skyworks通过2016年收购其与松下的合资公司,完成对松下滤波器部门的收购,获得SAW技术;通过收购韩国MEMS Solution获得TC-SAW和Fbar技术。


而国内公司虽然目前处于弱势状况,但是也大力投入研发和生产。比如无锡好达、中电26所、中电55所、北京长峰 等,主要从事SAW滤波器的研发和生产。而更高技术要求的BAW工艺(FBar)国内量产的只有天津诺思、中电26所;其他的像汉天下、RDA都有相关的开发研究,但并无完整的产线。这里重点介绍一下我们国产的骄傲,天津诺思。


诺思(天津)微系统有限公司成立于2011年,公司总注册资本人民币3亿元。是中国首家FBAR生产企业。公司采用IDM模式,即产品开发+ 产品生产制造+ 产品销售。核心技术团队包括国家 “千人计划 ”特聘专家,国家 “青年千人计划 ”特聘专家等 ,建设了亚洲首座具有完全知识产权的FBAR晶圆厂。公司研发的射频滤波芯片技术打破了国际市场垄断,填补了国内技术空白,标志我国移动终端产业迈向国际高端的“芯片级”。

 

4、5G 对滤波器的需求


射频前端,包括发射通道和接受通道,由功率放大器、低噪放、开关、双工器、滤波器、谐振器等组成;其中滤波器扮演者非常重要的角色;      


在中国5G频段划分上,中国联通和中国电信获得了较为国际主流的频段,中国移动的情况则复杂很多。


移动:获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源,其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段,2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE(4G)频。


联通:3500-3600MHz

电信:3400-3500MHz


主要如下图所示:

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随着频段的清晰,各大滤波器厂商也都研发生产了相对应频段的滤波器。


在应用上,全球设备厂商加快研发进度,5G网络建设全面进入发展期。随着5G网络的分步演进,为了节省成本和空间,5G SOC的和射频的芯片集成将是趋势。但是5G技术伴随着载波聚合来提升频谱的使用效率,而载波聚合会带来频段数量的大幅度增加,对比4G LTE到4G LTE-Advanced pro,到5G频段,将会是指数倍的增加,每增加一个频段,至少要增加2个滤波器。


总结:


1、5G随着更高,更多的频段,会同步射频元器件的用量增加,尤其是滤波器用量的增加,由于高频段的原因,会更适合BAW工艺滤波器的增加。在这方面,润欣科技代理的国产滤波器品牌,诺思,专注于FBAR工艺的滤波器以及双工器;并且润欣已在部分客户的5G基站应用上设计支持成功,有了良好的开端。


2、随着5G更大宽带的需求,在一定条件下需要使用适合大带宽的LTCC(低温共烧陶瓷滤波器)滤波器;润欣科技在LTCC支持上,有代理CHILISIN品牌的LTCC产品。除此之外,SAW滤波器,润欣科技也有代理的SAWNICS和 KYOCERA品牌的滤波器解决方案,并且有专门的技术团队来支持;润欣科技非常关注滤波器的市场,希望能抓住5G的这个大机遇。


因此,在5G滤波器应用中,SAW滤波器和BAW滤波器都是主流,SAW适合低成本,低速率;BAW适合高速率,高性能要求;LTCC适合更大宽带的需求。5G的到来,对滤波器是个很大的机遇,由于目前滤波器市场主要份额还是被美系以及日系厂商所占据,因此,这是国产滤波器的一个挑战,但更是国产滤波器厂商的大机遇。

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