中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據麥姆斯咨詢(xún)介紹，通過(guò)利用更高頻段以及頻段重組來(lái)實(shí)現5G移動(dòng)通信，這對相關(guān)射頻元器件提出了新需求——必須能夠應對更嚴格的插入損耗要求、更大的帶寬以及更高的帶外抑制性能，同時(shí)還要能夠以更低的成本確保更小的占位面積。盡管業(yè)界已經(jīng)探索了很多種濾波技術(shù)，但在不遠的未來(lái)，該領(lǐng)域預計仍將在當前的聲表面波（SAW）、體聲波（BAW）和薄膜體聲波諧振器（FBAR）濾波技術(shù)上做持續的增量創(chuàng )新。在智能手機射頻前端濾波器領(lǐng)域，博通（Broadcom）無(wú)疑是市場(chǎng)領(lǐng)導者。
Yole技術(shù)與市場(chǎng)分析師Cedric Malaquin近日采訪(fǎng)了Broadcom首席技術(shù)戰略官William Muller和FBAR技術(shù)總監Rich Ruby，和他們一起交流了5G時(shí)代濾波技術(shù)的現狀及發(fā)展趨勢。Yole及其子公司System Plus Consulting和KnowMade也分別從市場(chǎng)、技術(shù)以及知識產(chǎn)權方面對5G應用的濾波器技術(shù)進(jìn)行了深入研究，以下為訪(fǎng)談實(shí)錄：
Cedric Malaquin（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CM）：兩位好！請你們先介紹一下自己，以及各自在Broadcom的工作職責。
William Muller（以下簡(jiǎn)稱(chēng)WM）：我目前在Broadcom的職位是首席技術(shù)戰略官。我的職責是把握手機射頻前端（RF Front End, RFFE）領(lǐng)域的發(fā)展，以指導我的部門(mén)分配資源。為此，我會(huì )與服務(wù)提供商和監管機構就方向問(wèn)題（他們的需求，我們的能力）對接交流，同時(shí)也作為包括3GPP在內的標準機構代表。
Rich Ruby（以下簡(jiǎn)稱(chēng)RR）：我是Broadcom的FBAR技術(shù)總監。FBAR是Broadcom版本的BAW壓電濾波器。我一直在探究“突破性”方法來(lái)改進(jìn)我們的射頻產(chǎn)品（尺寸、成本、性能），同時(shí)也在關(guān)注我們?yōu)槭謾C市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)的垂直應用。
CM：請你們介紹一下Broadcom，其產(chǎn)品供應及面向的市場(chǎng)？
WM：Broadcom是一家多元化的公司，廣泛專(zhuān)注于通信市場(chǎng)、企業(yè)存儲、工業(yè)和企業(yè)軟件等技術(shù)。我和Rich Ruby所在的無(wú)線(xiàn)半導體部門(mén)，專(zhuān)注于為射頻前端開(kāi)發(fā)多技術(shù)模組。我們的客戶(hù)都是全球領(lǐng)先的手機制造商。
CM：請介紹一下2018年Broadcom的總體表現。
WM：Broadcom是一家上市公司，您可以查看相關(guān)的財務(wù)報告，就我而言，我會(huì )說(shuō)表現“不錯”。
CM：在您看來(lái)，5G非獨立組網(wǎng)模式（Non-Standalone, NSA）的影響是什么，意味著(zhù)LTE和5G的雙連接？
WM：目前看來(lái)早期5G的推出大多數都是非獨立組網(wǎng)（NSA）。這在很大程度上取決于經(jīng)濟因素，因為轉換為5G核心網(wǎng)需要大量的投資。NSA允許數據通過(guò)NR鏈路（NR是5G無(wú)線(xiàn)空口技術(shù)）發(fā)送，而網(wǎng)絡(luò )控制通過(guò)LTE鏈路完成。這種雙連接允許現有4G網(wǎng)絡(luò )控制功能，但仍然利用5G的頻譜優(yōu)勢進(jìn)行數據傳輸。如果沒(méi)有此功能，5G的部署速度會(huì )慢得多。
根據定義，NSA意味著(zhù)必須保持兩個(gè)鏈路才能進(jìn)行呼叫。兩路同時(shí)傳輸可能導致巨大的運行挑戰，因為信號會(huì )以靈敏度劣化（De-sense）甚至阻礙接收的方式相互作用。因此，NSA在線(xiàn)性方面遇到了更大挑戰，并且更加需要隔離信號。這增加了高抑制濾波的作用，以最小化相互作用，以及多路復用，以共享天線(xiàn)端口。在5G下共享天線(xiàn)變得更加關(guān)鍵，因為某些頻帶的標準要求4 x 4多輸入多輸出（MIMO），這意味著(zhù)必須使用4個(gè)接收天線(xiàn)。
CM：Broadcom預期在濾波技術(shù)方面是否會(huì )出現顛覆性創(chuàng )新，使得在沒(méi)有額外空間和溢價(jià)的情況下解決手機中持續增多的濾波器問(wèn)題？
WM：就定義層面來(lái)說(shuō)，突破性變革很難預期。不過(guò)，我認為更有可能的是現有技術(shù)的持續發(fā)展，而非某種突破性變革。已裝機使用的技術(shù)基礎似乎已經(jīng)能夠很好地支持5G目前提出的要求。迄今為止，我們已經(jīng)能夠將每個(gè)頻段所需的占用空間每年縮小約15~20%，從而補償增加的功能。通常，成熟的大批量工藝也比全新的工藝成本低。由于可調諧方案固有的低選擇性，因此對于多個(gè)同時(shí)連接的需求，意味著(zhù)可調諧濾波并不是解決問(wèn)題的答案。在我看來(lái)，5G最大的挑戰，并不是來(lái)自我們已有的濾波器，而是來(lái)自天線(xiàn)，在很多情況下我們還沒(méi)有好的解決方案。
RR：我同意可調諧濾波器不是解決問(wèn)題的答案。由于載波聚合頻帶的存在，多個(gè)可調諧濾波器必須在各種“已批準”的CA頻段之間并行切換（例如，CA B1/B3/B7 à CA B25.B66，B30）。
目前為止，可調諧濾波器甚至沒(méi)有表現出從一個(gè)頻段到另一個(gè)頻段的良好性能切換。我們還研究了新的導波SAW器件（有時(shí)稱(chēng)為IHP SAW）。盡管該技術(shù)給SAW帶來(lái)了新生，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)確實(shí)喜人，但由于在尺寸或性能方面和體聲波器件相比缺乏優(yōu)勢，我們預計這項技術(shù)并不具有突破性。
周期性模數（A/D）和數模（D/A）技術(shù)被提出作為一種替代濾波器的途徑。要實(shí)現替代濾波器所需要的寬動(dòng)態(tài)范圍、線(xiàn)性度和功率處理（以及合理的功率預算）將極具挑戰。我想說(shuō)的是，在接下來(lái)的5~10年內，預計我們將會(huì )看到越來(lái)越多經(jīng)過(guò)“修飾”的壓電濾波器技術(shù)進(jìn)入智能手機。
我們還研究了采用FBAR的新型環(huán)行器，但現在還沒(méi)有看到這種技術(shù)和手機應用的結合點(diǎn)。
CM：一旦大規模MIMO有源天線(xiàn)的功率水平和要求降到足夠低，Broadcom是否有意進(jìn)入基礎設施市場(chǎng)？
WM：我們供應的射頻產(chǎn)品需要龐大的團隊才能完成。到目前為止，我們更專(zhuān)注于智能手機的集成解決方案，而不是其它應用。其它應用很難跟智能手機領(lǐng)域的需求量進(jìn)行競爭。至于5G基礎設施功率水平的降低，有可能，但早期對128 x 128單元基站的興趣已經(jīng)觸及了網(wǎng)絡(luò )部署的成本現實(shí)，現在對32 x 32甚至16 x 16解決方案的興趣更大。與早期設想的小型蜂窩網(wǎng)絡(luò )相反，不少運營(yíng)商預計將推出宏覆蓋。因此，相比之下，手機市場(chǎng)帶來(lái)的需求量就更吸引人了。
CM：就你們看來(lái)，行業(yè)是否正在為FBAR技術(shù)轉向12英寸晶圓？Broadcom在這方面的立場(chǎng)是什么？
RR：我們一直在評估轉向12英寸晶圓的可能性。隨著(zhù)MIMO為手機增加了更多的濾波器，濾波器的數量增長(cháng)最終可能會(huì )推動(dòng)不止一家供應商轉向12英寸。不過(guò)，從3英寸到4英寸的轉換開(kāi)始，我親自參與了多次轉換，可以說(shuō)要實(shí)現12英寸的轉換并不容易。目前，我們有足夠的產(chǎn)能來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。
CM：在你們看來(lái)，FBAR技術(shù)會(huì )處理3.5 GHz以上5G新空口頻段（N77、N78、N79）嗎？哪個(gè)將成為5G的主要頻段？
WM：首先，意見(jiàn)略有差異。在我看來(lái)，斷言這些將普遍成為5G“主要頻段”過(guò)于草率了。例如，N41在全球范圍內可能比N77或N79更重要。在美國，許多人認為新的毫米波頻段將成為“主要頻段”。對我而言，所謂的“主要頻段”還是要看部署的情況，我認為5G可以部署在運營(yíng)商可用但未用的任何頻譜上。不過(guò)，我也確實(shí)同意，包括歐洲在內的全球許多地方，很可能主要頻段是在N78。但是，我們不應該忘記傳統頻段對5G仍然很重要，尤其是潛在未充分利用的頻段，如N28、N71甚至N5。
對于您問(wèn)題的要點(diǎn)，FBAR確實(shí)可以服務(wù)這些新的更高頻段。我們可以用單個(gè)聲波濾波器支持N78或N79。我們還能以具有L-C結構以及FBAR諧振器的混合結構支持N77。這種基于FBAR的濾波器可以解決與WiFi頻譜共存的問(wèn)題，在N78和N79上實(shí)現異步運行，并為N78運行提供更受保護的環(huán)境。我們相信這些解決方案將用于一些被視為增加重要功能的手機中。我們預計這種解決方案不會(huì )得到普遍采用，至少在早期應用中應該不會(huì )。
RR：我認為在6 GHz以下使用的所有濾波器都將使用壓電技術(shù)或集成無(wú)源器件（IPD）。壓電技術(shù)將用于需要陡峭滾降（roll-off）和復雜多路復用的應用。對于性能不那么重要的應用，你會(huì )看到IPD技術(shù)。
但一個(gè)有趣的問(wèn)題是BAW濾波器技術(shù)可以支持多高的頻率？我們已經(jīng)展示了可以滿(mǎn)足高達10 GHz應用的BAW濾波器技術(shù)。如果10~20 GHz頻段開(kāi)放，我們也可以支持這個(gè)范圍。不過(guò)，在某些情況，可以在低損耗襯底或芯片上制作合適的濾波器，當然，進(jìn)出封裝的寄生損耗也會(huì )變得過(guò)大。因此，頻率不是BAW器件的限制因素，而是替代更簡(jiǎn)單的技術(shù)或集成方案。
