射频SAW滤波器芯片功率耐受指标的重要性

一：5G移动终端发射功率等级

滤波器是射频前端重要的芯片之一，主要功能是“滤波”，即通过有用信号，阻挡干扰信息。随着5G时代2.6GHz、 3.5GHz较高频率的应用，无线信号传播路损增大、穿透能力变差，同时手机发射功率小，因此上行信号容易成为系统瓶颈。为了应对更多频段同时工作、更高频率下良好通信效果等需求，移动终端在某些特定场景下，移动终端射频发射功率要求达到较高水平。   3GPP38.101定义手机终端发射功率等级主要包含： 1）Power Class 1（31dbm，最大上浮2db，暂未正式启用）, 2）Power Class 2（26dbm，最大上浮2db，5G NR 的TDD频段） 3）Power Class 3（23dbm，最大上浮2db，所有FDD频段） 目前主要应用了Power Class 2, Power Class 3两个等级标准； NB-IoT模组功率等级主要包括：Power Class 3（23dbm），Power Class5（20dBm），Power Class6（14dBm）。  

二：5G移动终端对滤波器/双工器功率耐受水平要求

移动终端一个典型的射频前端电路如下所示：

根据终端功率等级要求，5G NR手机发射链路在TDD工作模式下，天线处（C点）的功率要求达到26dbm，FDD工作模式下要求达到23dbm+2db，而在天线到滤波器/双工器之间，还有如天线开关、天线调谐器等射频器件，一般电路损耗在3-4db左右，所以要求B点（滤波器输出）功率最大为32dbm（TDD工作模式）和29dbm（FDD工作模式）；滤波器/双工器插入损耗一般在2-3db左右，所以系统对于滤波器/双工器的功率输入（A点）要求达到35dbm（TDD工作模式）和32dbm（FDD工作模式），在特定情况下，PA瞬时输出功率可能高于上述功率水平，所以，为了避免滤波器/双工器在实际工作中特定使用场景下出现烧毁的现象，则要求滤波器/双工器的瞬时功率耐受水平达到33dbm以上水平。  

三：高功率需求为滤波器设计和制造带来挑战

5G终端由于要支持更多的通信频段、更复杂的通信技术（比如载波聚合、多天线等），导致手机电路异常拥挤，器件小型化 、集成化成为了必然的趋势，比如双工器尺寸已经从传统的1.8mm*1.4mm*0.55mm发展到1.6mm*1.2mm*0.55mm甚至在一些场景下要求达到1.5mm*1.1mm*0.35mm水平，在体积降低的情况下，产品性能指标比如插入损耗、隔离度和功率耐受等却比之前提出了更高的要求，要同时达到小尺寸、高性能、高功率耐受，对于滤波器的研发设计和生产制造带来了巨大的挑战。以SAW（声表面波）双工器为例，器件Q值、加工材料、温度漂移特性等每一项都是实现小尺寸、高性能、高功率耐受产品的拦路虎。

从材料方面来看

随着声表面波滤波器尺寸的减小和工作频率的增加，电极线条和叉指条之间的距离越来越细小、金属厚度越来越薄，金属材料原子迁移现象对器件的可靠性影响越大，而更大的功率，将进一步加速上述现象的发生，使器件更快出现失效，故声表滤波器件对于芯片使用的金属材料特性提出了极高的要求。

从Q值方面来看

SAW滤波器在不同Q值下，带内插损差距达到2db左右，而最大的差距体现（插损最大值）一般在滤波器通带截止频率附近，滤波器插损越大，为了达到要求的输出功率，PA将给滤波器输入更大的功率；更大的插损将导致器件工作温度上升更快，器件性能恶化时间更短；在同等条件下，低Q值谐振器要实现小尺寸、高性能、高功率耐受产品将更困难；而产品的Q值又与研发设计能力、材料、工艺水平直接相关。

从温度漂移特性上来看

声学滤波器工作温度不同时，器件的通带将会出现频率漂移现象，比如温度增高时，通带会整体往低频偏移，等效来看，将出现通带插损，特别是通带高频截止频率处插损出现较大幅度增加，插损增加会导致器件发热现象更严重器件工作温度将更高，更高的温度又导致更严重的温度漂移现象发生，从而出现恶性循环。 特别是用声学原理制作的双工器，由于双工器的发射通路是持续工作的，所以，器件的发热现象、温度漂移影响将更严重。也就是说，用声学原理研发、设计、制造小尺寸、高性能、高功率耐受的双工器/多工器所面临的挑战和困难尤其突出。  

四：结论     

在5G时代，SAW滤波器/双工器由于其高性价比的优势，将会继续占据射频滤波器芯片领域绝大部分应用场景，目前掌握了高功率SAW技术的企业都采用同一款芯片将性能做到极致（小尺寸、高性能、高功率耐受）来同时满足不同应用场景（比如手机和NB-IoT）策略，这种策略将大大降低产品总体成本。 从产品发展趋势和产品竞争力角度： 1、面对器件小型化且同时具备高性能、高功率的行业大趋势，掌握了高功率SAW技术的企业之所以具有强竞争力在于他们普遍采取综合性能一步到位的一款产品覆盖尽可能多的应用场景策略来增强企业产品力。 2、目前很多头部手机客户，从实际应用需求角度对于滤波器/双工器芯片功率耐受明确提出了需要达到32dbm的要求；而掌握了高功率SAW技术的企业的产品已经普遍达到了32dbm及以上水平。 3、射频发射模组的集成度越来越高，需要被集成的滤波器/双工器产品尺寸做得越来越小、性能越来越高，同时还要能满足高功率要求，这是分立器件向射频模组产品发展最核心的基本条件之一。 从企业的产品角度综合而言：SAW要把功率做上去，是关联到材料、工艺和设计多个环节的工作，是需要EDA的模型涵盖了高功率材料在特定工艺条件下的准确数据的，所以高功率SAW器件其实是一个公司综合技术实力的体现。

审核编辑 ：李倩