手機(jī)用小型SAW雙工器的開(kāi)發(fā)動(dòng)向

 前言

近年來(lái)安裝了高性能應(yīng)用的智能手機(jī)/平板電腦此類多功能設(shè)備在迅速普及。這種融合了通信功能的設(shè)備以流、導(dǎo)航、云對(duì)應(yīng)等多樣化而顯著突出。為了對(duì)應(yīng)這種功能的多樣化，實(shí)現(xiàn)舒適快速的通信方式，確保通信容量/通信頻率成為重大課題。

作為一種與通信終端共通的功能，我們?cè)诖肆信e各種網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)。手機(jī)通信規(guī)格在原來(lái)的GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))2G規(guī)格的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)、高速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G系統(tǒng)UMTS(通用移動(dòng)通信系統(tǒng))。最近幾年，也開(kāi)始導(dǎo)入稱為L(zhǎng)TE(長(zhǎng)期演進(jìn))這種第二代通信規(guī)格的服務(wù)。LTE是一種介于3G和4G之間的規(guī)格，也被稱為3.9G，是一種有望長(zhǎng)期發(fā)展的通信技術(shù)。

3G技術(shù)只是一種上行和下行達(dá)到數(shù)Mbps程度的速度，但是LTE卻以上行50Mbps以上，下行100Mbps以上的速度，達(dá)到了與固定通信網(wǎng)絡(luò)速度相同的目標(biāo)。GSM/UMTS對(duì)應(yīng)終端中，通常都是GSM搭載4個(gè)，UMTS搭載2-4個(gè)頻帶，如果要對(duì)應(yīng)LTE的話還會(huì)再追加1-2個(gè)頻帶。圖1是移動(dòng)設(shè)備中搭載的平均頻帶數(shù)的推測(cè)圖。網(wǎng)絡(luò)上的通信量增大的同時(shí)，保證了通信容量、通信頻率，LTE頻帶的搭載數(shù)量預(yù)測(cè)也將迅速增加。

圖1: 移動(dòng)設(shè)備中搭載的平均頻帶數(shù)量的推測(cè)

圖2中所示的是GSM/UMTS/LTE對(duì)應(yīng)終端的前端配置的示例圖。為了保證高品質(zhì)的通信質(zhì)量，搭載了多功能終端，特別是除了這些通信規(guī)格，Wi-Fi、Bluetooth、GPS等通信功能也都被普遍搭載。它維持著移動(dòng)設(shè)備的多功能化和多頻帶化，為了保證產(chǎn)品本身限定的容積內(nèi)的容納空間，構(gòu)成RF部分的電子元器件的小型化需求也日漸強(qiáng)烈。

圖2: GSM/UMTS/LTE對(duì)應(yīng)終端的前端配置的示例

前端配置部分的減容瘦身

移動(dòng)終端的前端部分搭載的電子元器件隨著通信功能的混載和搭載頻帶數(shù)量的增加，正在日漸小型化。在構(gòu)成無(wú)線通信設(shè)備的同時(shí)，RF收發(fā)器IC(RFIC;射頻集成電路)是必備的元器件。RFIC具有變化電波頻率、調(diào)節(jié)和調(diào)整信號(hào)功能。RFIC的接收端輸入端子的趨勢(shì)是由平衡輸入轉(zhuǎn)化成不平衡輸入，通過(guò)實(shí)現(xiàn)不平衡輸入的信號(hào)處理來(lái)達(dá)到削減RFIC端子數(shù)量的小型化目的。另外，PA的信號(hào)強(qiáng)度增加，采用了MMMB(多模多頻段)PA。如果只用對(duì)應(yīng)一個(gè)頻帶的PA構(gòu)成的話，那只搭載頻帶數(shù)的PA就變得非常必要了，MMMBPA對(duì)應(yīng)的是多波段，一個(gè)元器件就能覆蓋多個(gè)的頻帶。如果使用這個(gè)的話，可以通過(guò)減少元器件個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)縮小搭載面積的目的。電感器、電容這種匹配的元件也不例外，可以推進(jìn)從0603尺寸(0.6×0.3mm)到0402尺寸(0.4×0.2mm)的小型化。

圖3:前端配置部分的削減瘦身

數(shù)據(jù)的接收和傳輸使用不同的頻帶，而卻要同時(shí)通信的話那么為了達(dá)到接收和傳輸?shù)男盘?hào)分波段進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)，雙工器是必要條件。雙工器具有不同的頻帶，可以同時(shí)分別過(guò)濾傳輸信號(hào)和接收信號(hào)的頻率，并且具備防止傳輸電路流向接收電路的功能。兼?zhèn)淞穗p工器的小型化和高減衰兩個(gè)特質(zhì)的SAW雙工器也已普遍使用。它的FDD方式的搭載數(shù)量跟雙工器相同，而對(duì)SAW雙工器的小型化要求更加嚴(yán)格。

SAW雙工器的小型化

圖4所示是村田SAW雙工器產(chǎn)品尺寸的變遷。從舊的空腔3025尺寸(3.0×2.5mm)，到后來(lái)通過(guò)確立樹(shù)脂封止方法將CSP型號(hào)成功產(chǎn)品化，實(shí)現(xiàn)了小型化。再后來(lái)，通過(guò)改善電極設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，繼續(xù)完善對(duì)小型化的完善。于是，2013年成功地將1814尺寸 (1.8×1.4mm)的CSP型號(hào)SAW雙工器產(chǎn)品化。它比現(xiàn)在主流的2016尺寸(2.0×1.6mm)還要再減少20%的搭載面積，成為了支撐今后搭載頻帶數(shù)量增加的新技術(shù)。

圖4:產(chǎn)品尺寸走勢(shì)

表1所示的就是目前村田正在推進(jìn)的1814尺寸SAW雙工器的產(chǎn)品一覽。

Band1.2.5.8全球頻帶已經(jīng)被優(yōu)先產(chǎn)品化，LTE頻帶也擴(kuò)大了產(chǎn)品陣容，將預(yù)計(jì)從2013年底開(kāi)始依次推出。由于輸出頻帶跟接收頻帶的頻率間隔小的關(guān)系，難易度較高的Band2.3.26等產(chǎn)品中，通過(guò)使用LowTCF技術(shù)也已經(jīng)將產(chǎn)品成功產(chǎn)品化。此外，符合了RFIC的接收端子的不平衡化流向，接收端口就不平衡型號(hào)的雙工器達(dá)到了優(yōu)先充實(shí)的效果。

表1: 1814尺寸SAW雙工器的產(chǎn)品一覽(預(yù)計(jì))

圖5所示為Band7用的2016尺寸和1814尺寸的雙工器的傳輸端特性比較。為了跟Wi-Fi系統(tǒng)共存，必須在Wi-Fi頻帶中進(jìn)行高減衰的Band7雙工器2016尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改善。傳輸端的傳送特性是在Wi-Fi頻帶中進(jìn)行高減衰、實(shí)現(xiàn)了Band7傳輸頻帶的低插入損耗的目標(biāo)。雖然受到了1814尺寸小型化設(shè)計(jì)自由度的限制，我們還是注重了電極設(shè)計(jì)的舒適化、同時(shí)在芯片布局上花了足夠的心思，所以Band7的特性超越了2016尺寸。

圖5: 1814尺寸雙工器和2016尺寸雙工器的特性比較 (Band7)

今后的展望

列舉兩點(diǎn)今后的展望。

模塊產(chǎn)品的展開(kāi)

隨著更進(jìn)一步的移動(dòng)終端小型化和多頻段化的推進(jìn)，今后搭載元器件的小型化和復(fù)合化會(huì)成為必要的條件。通過(guò)分立器件產(chǎn)品的小型化實(shí)現(xiàn)的實(shí)裝面積的縮小已經(jīng)到達(dá)了界限，周邊產(chǎn)品的PA/SW/匹配元素等組合起來(lái)的模塊元件將來(lái)會(huì)成為必備品。村田制作所通過(guò)模塊產(chǎn)品用的獨(dú)特構(gòu)造成功開(kāi)發(fā)了甚至連模具尺寸都實(shí)現(xiàn)了小型化的產(chǎn)品，推進(jìn)了模塊產(chǎn)品小型化的進(jìn)程。

多路復(fù)用器的展開(kāi)

模塊終端進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)了高速化的通信，LTE的發(fā)展形勢(shì)“LTE-Advanced”的運(yùn)用也由此開(kāi)始。因?yàn)楦咚偻ㄐ诺膶?shí)現(xiàn)，使多個(gè)頻帶同時(shí)利用，并且可導(dǎo)入衡量通信頻帶廣帶寬化的CA技術(shù)。作為課題來(lái)說(shuō)，Low-Low、High-High的帶寬組合并不容易實(shí)現(xiàn)。作為該課題的解決方案，我們正在開(kāi)發(fā)如圖6所示，在一個(gè)輸入端口中連接2個(gè)雙工器的四通道多路復(fù)用器。此外，將2個(gè)雙工器并到一個(gè)產(chǎn)品中的整合方式實(shí)現(xiàn)了減少實(shí)裝面積，有望期待前端部分瘦身的效果。村田制作所今后將致力于開(kāi)發(fā)四通道多路復(fù)用器、三工(雙工器+單過(guò)濾器)這種多路復(fù)用器。

圖6: 四通道多路復(fù)用器