大家好，這里是【射頻學(xué)堂】,。

在之前的文章中,，我們詳細(xì)介紹過關(guān)于 聲波濾波器的一些基礎(chǔ)知識，聲波濾波器主要包括表面波濾波器SAW,，和體聲波濾波器BAW,，其中體聲波濾波器，又有一個發(fā)展——薄膜聲波濾波器FBAR,。

關(guān)于5G,，我們也介紹過很多次,。5G這次變革不僅僅是移動通信制式的升級，其對射頻器件的影響也很大,，尤其在射頻前端，比如介質(zhì)波導(dǎo)濾波器的大規(guī)模應(yīng)用,，和大規(guī)模天線系統(tǒng)的應(yīng)用,。今天我們通過一篇關(guān)于博通Broadcom的采訪，看一下 FBAR 在5G及以后有什么更大的應(yīng)用和發(fā)展,？

5G 移動通信是通過更高頻段的開放和頻段重組來實現(xiàn)的,。這導(dǎo)致需要新組件，這些組件必須滿足對插入損耗,、更寬的帶寬和更陡峭的帶外抑制的更嚴(yán)格要求,，同時始終確保以更低的成本實現(xiàn)更小的占位面積。盡管已經(jīng)嘗試了許多濾波技術(shù),，但未來是通過當(dāng)前 SAW,、BAW 和 FBAR 濾波技術(shù)的不斷增量創(chuàng)新來實現(xiàn)的。Broadcom 是手機射頻前端濾波器的市場領(lǐng)導(dǎo)者,。

Yole Développement (Yole) 的技術(shù)和市場分析師 Cédric Malaquin與FBAR 技術(shù)總監(jiān) Rich Ruby和Broadcom 的首席技術(shù)策略師 William Muller 進行了討論,。

訪問過程記錄如下：

Cédric Malaquin (CM)：您能否向我們的讀者介紹一下您在博通的職位和使命？

William Muller (WM)：我使用首席技術(shù)戰(zhàn)略家這個頭銜,。我的簡介是隨時了解手機射頻前端 (RFFE) 領(lǐng)域的發(fā)展,，以幫助指導(dǎo)我的部門分配資源的位置。為此,，我與服務(wù)提供商和監(jiān)管機構(gòu)就方向問題（他們的需求,，我們的能力）以及作為包括 3GPP 在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)的代表進行交流。

Rich Ruby (RR)：我是 FBAR 的技術(shù)總監(jiān),。FBAR（薄膜體聲波諧振器）是 Broadcom 的體聲波 (BAW) 壓電濾波版本,。我一直在尋找“顛覆性”的方法來改進我們的產(chǎn)品（尺寸、成本,、性能）,，并密切關(guān)注我們?yōu)槭謾C市場開發(fā)的技術(shù)的正交應(yīng)用。

CM：請介紹一下博通,、它的產(chǎn)品和公司的目標(biāo)市場,？

WM：Broadcom 是一家多元化的公司，通常專注于通信市場,、企業(yè)存儲,、工業(yè)和企業(yè)軟件的技術(shù)。Rich 和我工作的無線半導(dǎo)體部門專注于為 RFFE 開發(fā)多技術(shù)模塊,。我們的客戶是領(lǐng)先的手機制造商,。

CM：您能否描述一下博通上一年（2018 年）的總體情況,？

WM：博通是一家上市公司。您可以查看提交的財務(wù)結(jié)果,。我會說“好”,。

CM：在您看來，5G 在非獨立模式（即 LTE 和 5G 的雙連接）下的影響是什么,？

WM：看來大多數(shù)早期 5G 部署將是非獨立 (NSA),。這在很大程度上是由經(jīng)濟驅(qū)動的，因為轉(zhuǎn)換為 5G 核心可能需要大量投資,。NSA 允許通過 NR 鏈路（NR 是 5G 空中接口）發(fā)送數(shù)據(jù),，而網(wǎng)絡(luò)控制是通過 LTE 鏈路（LTE 是 4G 空中接口）完成的。這種雙連接（DC,，或 3GPP 中的 EN-DC）允許現(xiàn)有的 4G 網(wǎng)絡(luò)控制運行,，但仍然利用 5G 的頻譜優(yōu)勢進行數(shù)據(jù)傳輸。如果沒有這種能力,，5G 的部署會慢得多,。

根據(jù)定義，NSA 意味著必須維護兩個鏈接才能進行呼叫,。同時進行兩次傳輸可能會導(dǎo)致重大的操作挑戰(zhàn),，因為信號可能會以減弱甚至阻止接收的方式進行交互,。因此,，NSA 在線性方面面臨更多挑戰(zhàn)，并且更需要隔離信號,。這增加了高抑制濾波的效用,，以最小化交互,，以及復(fù)用，以共享天線端口,。共享天線在 5G 下變得更加重要,，因為某些頻段的標(biāo)準(zhǔn)要求 4×4 MIMO（多入多出），這意味著必須使用 4 個接收天線,。

CM：博通是否希望在過濾技術(shù)方面進行顛覆性創(chuàng)新,，以解決手機中不斷增加的過濾器數(shù)量問題，而無需額外空間和價格溢價,？

WM：根據(jù)定義,，破壞性變化很難預(yù)料。但是,，我相信當(dāng)前技術(shù)的持續(xù)發(fā)展比任何破壞性變化更有可能,。已安裝的技術(shù)基礎(chǔ)似乎非常有能力支持迄今為止為 5G 確定的要求。到目前為止，我們已經(jīng)能夠?qū)⒚總€頻段所需的占位面積每年縮小約 15-20%,，從而補償增加的功能,。成熟的大批量工藝通常也比全新的工藝成本更低。由于可調(diào)方案固有的選擇性降低,，因此需要多個同時連接意味著可調(diào)濾波不是解決方案,。我想說 5G 的最大挑戰(zhàn)不是來自我們有答案的過濾器，而是來自天線,，在很多情況下我們沒有,。

RR：我同意可調(diào)濾波器不是答案。由于載波聚合頻段的存在,，多個可調(diào)濾波器必須在各種“已批準(zhǔn)”的 CA 頻段（例如 CA B1/B3/B7 à CA B25.B66、B30）之間并行切換,。

迄今為止,，可調(diào)諧濾波器甚至還沒有表現(xiàn)出從一個頻段切換到另一個頻段的良好性能。我們還研究了新的導(dǎo)波 SAW（表面聲波）設(shè)備（有時稱為 IHP SAW）,。盡管從它們?yōu)?SAW 社區(qū)帶來新生命的角度來看令人興奮,，但鑒于體聲學(xué)在尺寸或性能方面缺乏優(yōu)勢，我們不希望這項技術(shù)具有破壞性,。

定期提出 A/D 和 D/A 技術(shù)作為一種完全替代濾波器的方法,。要實現(xiàn)更換濾波器所需的寬動態(tài)范圍以及線性度和功率處理能力（并在合理的功率預(yù)算下）將極具挑戰(zhàn)性。我想說,，在接下來的 5 到 10 年里,，你會看到越來越多的壓電濾波器技術(shù)“拋光”到手機中。

我們還研究了使用 FBAR 的新型循環(huán)器,，但沒有看到該技術(shù)與手機的交叉點,。  

CM：一旦大規(guī)模 MIMO 有源天線的功率水平和要求降低到足夠低，Broadcom 是否也希望進入基礎(chǔ)設(shè)施市場,？

WM：制作我們提供的那種產(chǎn)品需要一個相當(dāng)大的團隊,。到目前為止，我們發(fā)現(xiàn)我們做得更好,，專注于手機的集成解決方案而不是其他應(yīng)用程序,。很難與手機空間所需的體積競爭。至于降低5G基礎(chǔ)設(shè)施的功率：也許吧,，但早期對128×128元基站的興趣已經(jīng)觸及網(wǎng)絡(luò)部署成本的現(xiàn)實,，現(xiàn)在對32×32甚至16×16解決方案的興趣更大。與早先設(shè)想的小型蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同,，多家運營商預(yù)計會推出宏覆蓋,。因此，相比之下,，手機的數(shù)量更加引人注目,。

CM：您是否認(rèn)為該行業(yè)將向 12 英寸晶圓用于 FBAR 技術(shù),？博通在這個話題上的立場是什么？

RR：我們不斷評估轉(zhuǎn)向 12 英寸晶圓的可能性,。隨著 MIMO 為手機添加更多過濾器,，過濾器的數(shù)量最終可以證明不止一家供應(yīng)商采用 12 英寸。但是,，我親自參與過多次轉(zhuǎn)換,，從 3 英寸到 4 英寸的轉(zhuǎn)換，我可以說這并不容易實現(xiàn),。目前,，我們有足夠的能力來支持客戶的需求。

CM：據(jù)您介紹,，F(xiàn)BAR 技術(shù)是否會處理上述 3.5 GHz 5G NR 頻段（N77,、N78、N79）,，這些頻段將成為 5G 的主要頻段,？

WM：首先，意見略有不同,。在我看來,，聲稱這些是 5G 的“主要頻段”是一種過于簡單化的說法。例如,，n41 在全球范圍內(nèi)可能比 n77 或 n79 更重要,。在美國，許多人認(rèn)為新的毫米波頻段將成為“主要頻段”,。對我來說,，“主要”是部署的反映，我相信 5G 將部署在運營商可用的任何未使用頻譜上,。然而,，我確實同意，在世界的許多地方,，包括歐洲,，這很可能是在 n78 上。但是,，我們不應(yīng)忘記,，傳統(tǒng)頻段對 5G 仍然很重要，尤其是可能未被充分利用的頻段,，例如 n28,、n71 甚至 n5。

但是為了解決您的問題的要點，F(xiàn)BAR 確實可以為這些新的更高頻段提供服務(wù),。我們可以使用單個聲學(xué)濾波器支持 n78 或 n79,。我們還可以通過包含 LC 結(jié)構(gòu)和 FBAR 諧振器的混合結(jié)構(gòu)來支持 n77。這種基于 FBAR 的濾波器可以解決 WiFi 頻譜的共存問題,，在 n78 和 n79 上實現(xiàn)異步操作,，并為 n78 操作提供更受保護的環(huán)境。我們相信此類解決方案將用于一些被視為增加重要功能的手機,。我們不希望這樣的解決方案被普遍采用,，至少在早期實現(xiàn)中是這樣。

RR：我認(rèn)為所有在 6 GHz 以下使用的濾波器都將使用壓電技術(shù)或集成無源器件 (IPD),。壓電技術(shù)將用于需要陡峭滾降和復(fù)雜多路復(fù)用的地方,。在性能不是那么重要的地方，您會看到 IPD 技術(shù),。

但一個有趣的問題是 BAW（體聲波）濾波器技術(shù)在什么頻率開始出現(xiàn)故障,？我們已經(jīng)展示了可以解決高達 10 GHz 應(yīng)用的技術(shù)。如果 10 至 20 GHz 區(qū)域的頻段開放,，我們也可以支持該區(qū)域。然而,，在某些時候,，可以在低損耗基板或芯片上圖案化足夠的濾波器，而且進出封裝的寄生損耗也會變得過大,。因此,，頻率并不是 BAW 設(shè)備的限制因素，而是替代更簡單的技術(shù)或集成方案,。

CM：是否還有空間在已經(jīng)高度密集的功率放大器模塊中集成更多 FBAR 濾波器,？

WM：簡而言之，是的,。即將出現(xiàn)的技術(shù)元素允許在 RFFE 中實現(xiàn)更小的過濾面積,。博通在這個方向上做出了重大努力。也適用于允許更密集組裝的技術(shù),，例如雙面組裝,、更小的禁止區(qū)域、更密集的球柵陣列等,。我們有幾年的清晰路線圖來跟蹤迄今為止已確定的需求,。

RR：我同意。我們正在努力減少進入前端模塊的所有組件的面積,。鑒于過濾器在當(dāng)今模塊中占據(jù)的面積最大,，我們努力朝著這個方向進行創(chuàng)新。

CM：根據(jù)您的技術(shù)專長和您對射頻電子行業(yè)的愿景，您是否預(yù)見到 LTE 手機射頻前端中的濾波功能數(shù)量會受到限制,？

WM：限制來自成本和尺寸,，但如前所述，至少對于旗艦手機而言,，我們迄今為止能夠跟上行業(yè)需求,。從我們目前看到的情況來看，預(yù)期的未來需求不是我們關(guān)心的問題,。

RR：我曾經(jīng)寫過一篇 Op Ed 文章（2016 年）,，我預(yù)測每部手機大約有 100 個過濾器。今天,，旗艦手機有 60 多個濾波器（由分集和 MIMO 模塊以及主要前端模塊驅(qū)動）,。我堅信大約 100 個過濾器/電話會發(fā)生。而且,，我不認(rèn)為這個數(shù)字是一個大問題,。如果很明顯需要更多數(shù)量的過濾器，例如 300 多個過濾器/電話,，那么我們將看到針對地理區(qū)域（例如亞洲,、美洲、歐洲等...）的電話分叉,；完全支持主要區(qū)域的數(shù)據(jù)速率,，而其他地理區(qū)域則較少。

CM：一旦5G網(wǎng)絡(luò)變得獨立,，您預(yù)計手機的過濾功能會減少嗎,？

WM：總之，“不”,。仍然需要支持傳統(tǒng)頻段,。4G 將在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中保持活躍，并在更長的時間內(nèi)保持活躍,，早于第一個 SA 網(wǎng)絡(luò),。5G 還利用了載波聚合 (CA)。因此,，我預(yù)計在任何可見的未來都不會減少過濾要求,。

RR：除了遺留問題之外，設(shè)計一個適用于大量國家和服務(wù)提供商的單一電話板的想法將始終保持較高的過濾器數(shù)量,。減少手機頻段數(shù)量以支持一個國家的一個地區(qū)或一個服務(wù)提供商的替代方案,，開始看起來像早期的“諾基亞模式”，在諾基亞手機出現(xiàn)的高峰期,，他們制造和支持 200 多種不同的手機產(chǎn)品.

CM：您想為我們的讀者補充一些最后的話嗎,？

微信：從 3G 到 LTE 的過渡為智能手機中的高性能聲學(xué) BAW 濾波帶來了巨大的需求,，但僅在 1 到 2 年的網(wǎng)絡(luò)密集化之后。FBAR 過濾現(xiàn)在滿足了這些需求,，而且數(shù)量非常大,。我們在 5G 中看到了一個并行場景。隨著濾波器在 MIMO 豐富的 NR 環(huán)境中激增,，并且隨著復(fù)用需求的增加以支持新頻段的 CA 和 DC,，我們預(yù)計我們的 FBAR 技術(shù)將繼續(xù)提供一些可用的最高性能解決方案。一些 OEM 和運營商甚至?xí)谒麄兊牡谝粋€智能手機實施中要求高性能 BAW 濾波,。憑借擴展的 8 英寸容量,、不斷努力縮小解決方案尺寸、改進 BAW 性能以及滿足 6GHz 及以上要求的能力,，Broadcom 完全有能力滿足 5G 新無線電時代的需求,。

RR：想象一個沒有用于射頻濾波器的壓電諧振器的世界。電話將使用早期的陶瓷濾波器技術(shù)（陶瓷雙工器為 5 X 5 X30 mm 3體積）,。相比之下,，Broadcom FBAR 過濾器體積通常要小 3000 到 4000 倍。接下來,，想象一個只有 SAW 的壓電濾波器的世界,。SAW 在 1 GHz 或更低頻率附近工作得很好，但很難滿足 2 GHz 或更高頻率的功率,、插入損耗,、隔離度和線性度規(guī)范。雖然 SAW 用于僅接收應(yīng)用的較高頻率,，例如在分集模塊中，但功率限制是基本的：SAW 不適用于較高頻率的傳輸,。并且需要 Tx 來維護下載鏈接,，例如用于同步。然而,，1 GHz 以下的帶寬根本不足以為用戶提供 100 MHz 帶寬并滿足每秒千兆位下載速度的目標(biāo),。僅使用 SAW，即可下載大數(shù)據(jù)內(nèi)容（電影,、流媒體等）,。...) 根本就不是我們詞匯表的一部分。FBAR 于 1993 年左右在惠普實驗室開始,。它是第一個用于蜂窩應(yīng)用的大容量 BAW 技術(shù),；我們于 2001 年推出了第一款獨立的 FBAR 雙工器。到 2013 年,，我們已在每部智能手機中銷售,。今天,，所有高性能智能手機都使用 FBAR 或其他 BAW 技術(shù)。簡而言之,，您可以說 FBAR 是現(xiàn)代智能手機的關(guān)鍵推動者,。

受訪者

William Mueller擁有 Harvey Mudd College 的 BSE 和加州大學(xué)伯克利分校的 MSEE。

William 在 RF 領(lǐng)域擁有超過 45 年的經(jīng)驗,，專注于組件級設(shè)計和 RF 前端架構(gòu),。在過去的 34 年里，他一直在 Avantek-HP-Agilent-Avago-Broadcom（同一個工作組,，不同名稱）工作,，目前他是 Broadcom Inc. 無線半導(dǎo)體部門的首席技術(shù)戰(zhàn)略家。

William 熟悉射頻功率放大器和低噪聲放大器設(shè)計,，以及 FBAR 濾波器設(shè)計,。他活躍于標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)（3GPP、MIPI）,、行業(yè)論壇（IWPC,、GTI、IEEE）和監(jiān)管機構(gòu)（FCC,、Ofcom）,。

William 在研討會上發(fā)表了大量論文，并擁有三項與 RF 前端組件相關(guān)的專利,。 

Rich Ruby博士（加州大學(xué)伯克利分校）是技術(shù)總監(jiān),，IEEE Fellow。

Rich 于 1984 年加入惠普實驗室,，從事超導(dǎo),、電子束光刻、X 射線光刻和封裝方面的工作,。1993 年,，他開始研究獨立體聲波諧振器設(shè)備 (FBAR)，此后一直堅持使用該技術(shù),。

他為 FBAR 濾波器和雙工器的聲學(xué)特性,、可制造性和封裝做出了許多貢獻。Rich 于 2001 年至 2003 年將第一批 FBAR 雙工器 HPMD7901 和 7904 商業(yè)化,。第一個全硅芯片級封裝 FBAR 雙工器于 2004 年推出,。今天，Avago/Broadcom 每年向移動市場銷售超過 20 億個 FBAR 濾波器.

多年來,，Rich 獲得了 Samuel Silver 獎,、Barney Oliver 獎、Bill Hewlett 獎,、CB Sawyer 紀(jì)念獎,、美國物理研究所物理工業(yè)應(yīng)用獎和最近的加州大學(xué)伯克利分校杰出校友,。Rich 在 FBAR 設(shè)備領(lǐng)域擁有 90 多項專利。

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