声表滤波器需求增长价格趋稳

上网时间: 2000年07月01日? 作者:James Jiang? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:声表滤波器? 射频? 微波陶瓷滤波器?

过去10年,无线寻呼和蜂窝通信迅猛发展,在1GHz以内的无线通信应用中,声表滤波器以其明显的尺寸和性能优势占领了这一领域的应用。虽然CDMA技术在中国尚处于起步阶段,还没有真正进入市场,但声表滤波器在该领域的应用前景诱人。

近年来微波陶瓷滤波器制造工艺有了显著发展,其尺寸缩小所带来的多方面性能优势在2GHz和更高的频率范围压倒了声表滤波器相应的指标。微波陶瓷滤波器不仅改善电路性能,还可节省成本。在1.5~2W以上功率范围的应用也只有微波陶瓷滤波器才能胜任。

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射频声表滤波器应用增长、中频应用渐减

在WLAN和WLL应用领域,声表滤波器全面占领其中频滤波部分,而微波陶瓷滤波器则基本上占据了射频滤波应用,特别是在3.5GHz和5GHz波段。在Bluetooth应用领域,由于其传送距离短、数据率不高,将省略中频滤波级,而只用微波陶瓷射频滤波器。

采用零中频技术可省略无线通信系统中的中频滤波级,达到削减整机成本的目的。虽然零中频技术已发展多年,并且某些类型的寻呼和GSM手机也已采用,但是目前的零中频技术无法满足电路对高性能的要求,该技术并没有大面积推广。另外,采用零中频技术并不会对声表滤波器市场造成大的影响。

现代无线通信系统中有源器件数量不断减少,集成度不断提高。而包括声表滤波器在内的无源器件的集成,即实现声表滤波器模块化也成了制造商认真考虑的问题。EPCOS正采用LTCC技术将声表滤波器与手机目前余下的几块IC集成在一起;而Sawtek公司则与IC制造商合作,进行模块化工作。

声表滤波器主导1GHz无线通信应用

以个人移动通信为主的无线通信迅猛发展,声表滤波器的市场需求也相应不断增长,产量迅速提高。声表滤波器在尺寸和性能上的优势明显,主宰着1GHz及以下频率范围的无线射频应用,广泛用于射频级滤波和中频级滤波。

对于带外抑制和尺寸大小要求很高的无线射频滤波应用,声表滤波器通常是一种具有相当竞争力的滤波解决方案。Sawtek Inc.研发部经理Sunder Gopani说:“由于移动电话的发射和接收频带相当靠近,只有声表滤波器优异的带外抑制性能可以很好地满足这种应用要求。”

GSM移动通信系统是目前中国个人移动通信的主流,但是CDMA技术将会是今后发展最快的一种技术。据Sawtek公司的中国代理商Sanetronic Company Ltd的Charly Song说,该公司正在推广Sawtek公司的CDMA基站和手机用声表滤波器。虽说目前中国市场主要由GSM占领,他们仍在花精力去推广CDMA用的声表滤波器。Charly Song认为:CDMA在一、两年后会有市场,我们现在正在做前期推广工作。

由于2.4GHz ISM频带的频率高,生产声表滤波器的技术难度相当大,目前这个频带的声表射频滤波器几乎没人能生产。但是,随着滤波器设计和工艺水平的不断提高,我们相信生产技术困难会在将来被克服。

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Thomas Baier博士
EPCOS AG的声表滤波器开发部

与微波陶瓷滤波器不同,声表滤波器不会因为印刷电路板的不同而在性能上有明显变化,工作相当稳定。在信号处理过程中,微波陶瓷滤波器整个器件都在起作用,但声表滤波器滤波过程实际上仅限制在压电晶体表面几个微米深度的范围内。所以,Thomas Baier说:“声表滤波器尺寸缩小的潜力还相当大,目前声表滤波器的外形尺寸受限于封装技术,而不是滤波器的结构。”将来声表滤波器的尺寸还可缩得更小,例如一个2GHz的声表滤波器目前的尺寸是2×2×0.8mm3,将来底面积可以缩小到1mm2以下。

“将来的声表滤波器将从片式和有接合线式的设计过渡到倒装片式封装,外形尺寸将进一步缩小40%。”Sunder Gopani认为。

微波陶瓷滤波器满足2GHz以上频率范围需求

声表滤波器和微波陶瓷滤波器各有优势,在将来都会有显著的增长。但是EPCOS AG的声表面波器件开发部Thomas Baier博士认为:“声表滤波器的产量仍会比微波陶瓷滤波器大。声表滤波器在小型化和集成化方面有更大的潜力。然而微波陶瓷滤波器却以其理想的器件尺寸为高性能应用及2GHz或2GHz以上频率范围的无线通信应用提供另一种低价而高性能的选择。

Thomas Baier说:“对于1,800 MHz及以上的无线系统,就通带附近的带外抑制和插入损耗而言,微波陶瓷滤波器的性能也相当好。”在许多无线通信系统上,最近几年微波陶瓷滤波器尺寸缩小所带来的优势已经超过了声表滤波器尺寸的优势。采用微波陶瓷滤波器,滤波器系统级数将减少,线路的总体性能如灵敏度还可以获得进一步改善,而这种采用微波陶瓷滤波器方案的成本只有声表方案的几分之一。

在以2.5GHz为中心的频率区,声表滤波器与陶瓷滤波器一样都可获得广泛应用,但是,在带外抑制要求不太严格和功率处理能力大于1.5W的应用场合则通常采用陶瓷滤波器。

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Sawtek的声表滤波器封装已小于3×3mm

然而,Thomas Baier博士认为:大功率的双工器和2GHz及以上的频率范围通常采用微波陶瓷滤波器。随着2GHz的移动电话系统进入市场,微波陶瓷滤波器将以其良好的高频特性和小型化优势占领高频无线射频应用市场。

对于GSM系统,功率处理能力已不再是关键所在(至少在GPRS或EDGE系统进入实用以前)。但是,全双工系统(如CDMA)仍然需要微波陶瓷滤波器所具有的大功率承受能力。

微波陶瓷滤波器有着优异的温度稳定性,其滤波指标性能不受室外温度的变化的影响。Thomas Baier说:“微波陶瓷滤波器解决方案将成为室外和汽车应用的最佳解决方案,设计师通常不必为微波陶瓷滤波器考虑相关的环境条件因素。”另外,几年来微波陶瓷滤波器尺寸已经有了相当大的缩小,2.5GHz滤波器已经小到3×3 mm2,高度小于1.6mm。

无线数据通信领域,声表滤波器用于中频,陶瓷滤波器用于射频

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EPCOS的GSM中频声表滤波器已缩小到5mm×5mm

WLAN(IEEE 802.11)、WLL、CDPD Modem、Bluetooth和Home射频等是无线数据通信和家庭射频通信应用的几种形式。IEEE 802.11标准是为WLAN而建立起来的,它采用直接系列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)技术,今后WLAN会有迅速发展的环境。CDPD modem已经投入应用,而Bluetooth和家用射频技术正积极进入市场。

在面对无线局域网(WLAN)以及HiperLAN (DSSS)系统市场未来的增长势头,声表滤波器和微波陶瓷滤波器的市场前景相当看好。Thomas Baier说:“由于短期内不会出现零中频的WLAN解决方案,所以WLAN还将用到中频声表滤波器。微波陶瓷滤波器插入损耗小于1dB,将用于目前大部分WLAN系统的射频级。但是声表滤波器具有集成平衡-不平衡变换器的功能,在2.5GHz以下应用领域,射频声表滤波器的需求也会不断增长。”

声表中频滤波器是无线数据通信系统的关键元件。Brian Balut说:“声表中频滤波器在无线局域网(WLAN)和无线本地环(WLL)市场的应用,归功于其体积小、价格低和其它技术无法实现的性能所形成的综合优势。”

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Brian Balut副总裁
Sawtek公司销售和市场部

在3.5GHz和5GHz波段的WLL系统,微波陶瓷滤波器将用于射频级滤波,声表滤波器用于第一和第二中频滤波,在这里,没有其它技术可以替代声表滤波器。声表滤波器设计师已经花费了多年的时间对WLL系统的射频滤波器性能进行优化。Sawtek公司的Brian Balut说:“WLL和Bluetooth是未来声表滤波器应用的一部分。”

第一代Bluetooth系统将采用声表中频滤波器。往后可能就采用零中频结构了。虽然目前大多数的Bluetooth系统都把低性能的微带滤波器集成到LTCC板上,但是,随着UMTS的推出,人们会改用声表滤波器和微波陶瓷滤波器。Brian Balut说:“由于Bluetooth无线数据传输技术的数据率相对较低且传送距离较短,不需要高性能的中频滤波器,所以Bluetooth系统可能不会采用中频声表滤波器。”

零中频技术发展慢,对声表滤波器影响小


采用零中频技术可以不用中频滤波器等某些元件直接把射频信号下变频到基带信号,其优点是省去使用中频滤波器。零中频技术的发展大约经历了10年历史,并且已经在某些寻呼机和GSM电话中应用了零中频技术。

接收机的射频和中频链路都有声表滤波器。零中频技术只是取消中频滤波器,而且目前只有在某些对抗干扰要求不高的应用才选用零中频技术,零中频技术仍然有许多技术问题需要解决。Sawtek公司销售和市场部副总裁Brian Balut说:“零中频技术的优势在于整机的大小和价格因素,而劣势则在于接收机的选择性、灵敏度、动态范围和DC偏置等方面。一般来说,整机抗干扰的灵敏度越高,则调制方案越复杂,实现直接变频的难度就越高。”

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基于声表滤波器的振荡器特别适于商用LMDS

零中频技术的应用将使得GSM系统对中频滤波器的需求逐渐减少,这是人们预料之中的事,不少中频滤波器厂商根据预测减少了产量。但是,Thomas Baier说:“零中频技术在GSM系统的推广应用及中频滤波器需求的减少都比我们预期的慢,这造成了目前中频声表滤波器的供货紧张。”

最近有几家公司宣布推出零中频产品,所有这些产品都用于移动电话,这将改变GSM手机的结构。Brian Balut说:“用于CDMA的零中频技术也有人在研究,但一般认为仍要过好几年才能出现实用产品。”随着移动电话向多频段、多模化方向发展,手机内声表滤波器的个数会不断增加。根据结构的不同,一个双频手机有多达七个声表滤波器,其中只有两个是中频滤波器。因而,即使采用零中频技术,对声表滤波器的影响也是相当有限的。由于蜂窝移动通信的基站对通信的性能指标要求高,所以Brian Balut说:“蜂窝电话的基站等基础设施,现在或不久的将来还是不会考虑采用零中频方式的。”

总的来说,零中频技术虽然可用于某些应用场合,但并不是任何场合都满足技术要求。随着手机因性能特点和标准不断增多而日趋复杂,环境对手机的干扰也将同时增加,零中频的实现将变得越来越困难。同时,由于声表滤波器主要用于手机的射频部分,而射频部分恰好与零中频无关,所以零中频对声表滤波器行业的影响可望变得最小。

声表滤波器模块概念正在崛起


现代射频芯片组通常采用平衡放大器和混频器,要与可平衡输入输出的滤波器配合才能实现最佳性能。与微波陶瓷滤波器相比,声表滤波器能直接与电路平衡相接,取代平衡-不平衡变换器而不增加费用。另外,声表滤波器能很容易实现阻抗变换,使滤波器的阻抗与芯片组的阻抗实现完美匹配,有效地减少电感和电容等匹配元件。

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EPCOS的声表波滤器集成了平衡-不平衡变换器

EPCOS专有的声表滤波器芯片倒装技术完全适合于多层LTCC集成技术,可实现无源器件的高度集成。将来,基于LTCC技术且复杂性更高的声表滤波器模块将缩短收发机的设计周期,并节省费用。声表滤波器技术的最新进展是制造出了微型尺寸的声表滤波器和双工器,它们在800 MHz频率能适应2W的功率要求。

目前,移动电话中包含数片射频IC以及许多无源器件。今后短期内的主要任务将是把所有这些无源器件与简单的半导体器件(如开关二极管)集成在一起,缩成几个模块。由于声表滤波器是所有无源器件中最精密的,所以这种集成将由声表滤波器制造商来完成。EPCOS将以其专有芯片尺寸的声表滤波器封装技术和多层LTCC技术来应付这种挑战。Thomas Baier说:“可以相信,将来这种LTCC声表滤波器模块会把余下的几块射频IC也集成进去。”声表滤波器与IC集成的主要难点是:声表滤波器必须密闭封装,主要原因是声表滤波器模片表面不能被其它东西接触。

纵观目前的手机电路板,大多数的元器件之间的集成都是在有源器件之间进行的。手机的有源器件个数不断减少,无源器件却不断增多。然而,Brian Balut说:“关键的无源器件,如声表滤波器制造商和IC制造商只有在设计阶段进行沟通才能最终减少其它无源器件,如匹配电感和电容的个数。Sawtek正积极与IC制造商合作,以便简化工程师采用声表滤波器的设计工作。”

Brian Balut说:“就声表滤波器与IC集成的未来,目前有两种不同的意见。一种意见认为,基于单片IC技术的单片无线系统最终会开发出来,主要理由是,不同的技术可分别满足无线系统不同部分的性能要求。另一种意见是,理想的集成途径是结合多种IC技术以及声表滤波器和其它无源器件的多片模块方案。”

市场需求和资源限制将促进声表滤波器与射频IC的集成。虽然不少技术难题仍然没有解决,但已经有许多制造商在投入大量的人力物力,相信声表滤波器与IC集成的解决方案会多种多样。

声表滤波器供求平衡,价格稳定


市场供需矛盾仍然是声表滤波器价格变化的主要因素。世界各地移动通信迅猛发展,双频和多模手机将成为主流产品,声表射频滤波器的需求将进一步显著增长。Sawtek和其它制造商都在积极增加声表滤波器的产量。过去,各声表滤波器制造商的生产能力已经有所提高,将来还会进一步提高,但是这种不断增产的过程并不会使得声表滤波器供不应求,因为多频段手机的市场需求不断增长,而且每个多模手机需要的滤波器数量比单模手机所需的多,滤波器的需求也相应增长许多,正好可以消耗各厂商的生产增长量。Sunder Gopani说:“从现在起到2001年为止,声表滤波器的供需趋于平衡。”

同样,由于EPCOS在迅速扩大微波陶瓷滤波器和双工器的生产能力,所以选用微波陶瓷滤波器生产手机的制造商也不会遇到供应短缺现象。Thomas Baier说:“从今年下半年起到明年底,声表滤波器和微波陶瓷滤波器的价格将大体保持稳定,但是,在个别时段价格还会下降。”

无线通信在过去几年实现了飞跃发展,可以预见,无线通信的未来会更加辉煌。未来第三代移动通信等技术将对声表滤波器和陶瓷滤波器有巨大的需求。制造商早已料到这种需求增长,已经提前增加了产量,从现在起到明年,声表滤波器和陶瓷滤波器的价格还会增长,并逐渐趋于稳定。


Wireless 2000预告

第三届中国无线电技术研讨暨展览会将分于2000年8月3、4日于广州和2000年8月7、8日于上海举行。本次盛会将展示世界众多厂商全新的无线通信解决方案。参加本次活动,不仅能发现许多新型元器件及其全新的应用,还将了解到以下领域的最新发展趋势:混合信号射频设计、多制式蜂窝手机通信、射频集成电路设计中的集成度问题、家用射频/蓝牙/IEEE 802.11等通信标准、基站设计、调制技术、卫星通信数字扩展频谱、无线本地环和第三代无线通信。

本次研讨会上,厂家将带来一些特别的解决方案。

Agilent Technology介绍如何选择合理的CDMA手机射频方案;Conexant Systems带来GSM蜂窝移动电话的应用解决方案,包括从天线一直到麦克风的一整套基准参考设计,重点则放在手机的射频部分;Philips Semiconductors的一种射频基准参考设计方案,能使任何没有太多射频印制板设计知识的GSM手机制造商也可以尽快定型他们的最终产品;Stanford Microdevices告诉你如何采用AlGaAs、InGaP-GaAs 和SiGe 半导体技术的HBT射频集成电路来设计基站和转发器,还会就线性、功率效率及可靠性等方面来阐述HBT技术的诸多优势。Tellabs分析IP对未来GSM语音应用的影响,旨在确定、分析并评估在这些场合中实现语音传输的各种潜在方法,以及对通信网络运营商和普通用户的意义。Winbond/ISD介绍一个包含语音存储特性及众多模拟功能的语音录音机能对来电信息进行半双工和全双工录音的解决办法,该方案还具备数字答录机的所有功能;CDMA Development Group将阐述了CDMA网络将要面临的发展历程,以及可能为通信服务运营商和通信设备制造商带来的好处;Tegic Communications介绍的WIM方案采用方便的T9文本软件输入技术,它兼容于所有的因特网即时信息服务应用和无线通信网络,可同时支持基于WAP及SMS的即时信息服务。

Hexawave阐述的功率射频/微波晶体管的增益测量将具体分析包括匹配线路损耗在内的增益测试电路。Ohmega Technologies将对PRT技术作一个全方位的回顾,内容涉及它的制造、工艺、可靠性及在印制板上具体应用。Xilinx将讨论采用FPGA作为SDR器件信号处理器时所遇到的载波与信号时序同步控制问题。以一个实现相干解调功能的16-QAM Costas环路为例,说明采用FPGA的便利所在。然后再用差分匹配滤波控制系统来解释信号的时序恢复。

Solomon Systech Limited认为未来的下一代移动电话将更加轻盈小巧并嵌入更多的使用功能,要达到此目标必须依赖集成度极高的液晶显示器封装技术。香港X'Tals就解决石英晶体固有的休眠问题详细探讨石英晶体固有的休眠问题,并提出了几种需要重视的测试注意事项。Vishay Sprague将分析了便携式电子产品所使用的贴片式铝电解电容器、多层陶瓷电容器和钽电容器的技术、它们各自的优缺点和需要重视的技术规格参数。Fuji Polymer解释在设计袖珍型蜂窝电话时采用人造橡胶连接器的各种优点,比较了市场现有各种人造橡胶连接器的优劣。

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Phonon的声表滤波器

Phonon公司从1982年开始设计和生产声表滤波器,主要产品有用户定制的声表滤波器件和子系统,广泛用于现代太空通信、便携式通信产品。

www.phonon.com

RFM生产SMT滤波器

RF Mononlithics公司的滤波器产品用于70 MHz-1 GHz通信领域,包括蜂窝基站、手机、中继器、GPS、卫星和微波无线应用、WLL、多媒体和WLAN,具有表面安装型产品。

www.rfm.com

EPCOS主功无线通信声表滤波

EPCOS的声表滤波器应用于蜂窝电话、无绳电话和寻呼机等。具有尺寸小、长期稳定性好等特点。

www.epcos.com

2.488GHz声表滤波器

Vectron公司的2.488GHz声表滤波器应用于时钟和数据恢复,它采用密封封装。尺寸大小为9mm×7mm。还可用于数字视频传送和前向纠错。

www.vectron.com

Andersen Labs

1Andersen Labs生产电信设备用的声表滤波器,其中心频率范围从20MHz到1.2GHz,最大抑制达60dB,有DIP和表面安装型封装。

www.andersenlabs.com

受访人名录

Thomas Baier博士

EPCOS AG的声表滤波器开发部

EPCOS北京分公司

电话:(010) 6857 9006

E-mail: sales.cn@epcos.com

Brian Balut副总裁

Sawtek公司销售和市场部

Sunder Gopani经理

Sawtek, Inc.研发部

国内分销商Sanetronic

电话:(0755) 518 1122

E-mail: shenzhen@sanetronic.com


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