面向TDD系统手机的SAW滤波器的技术动向

前言

近年来在手机中增加相机、GPS、移动电视播放、NFC等功能的多功能应用非常引人注目。同时，随着搭载了智能手机和平板设备这种高性能应用处理器的高端设备的兴起，除了如今的通话功能，还增加了舒适・快捷浏览器、流媒体、数据访问、云就绪功能，不仅是导航这种全新的服务，高品质化通信功能成了必不可少的要素。

作为这些移动终端中共同谋求的功能，我们将就各种网络的对应进行举例。手机通信规格至今为止的主流仍是被称为GSM（全球移动通信系统）的2G系统。而搭载比GSM更高品质、数据传输更快的3G系统UMTS（通用移动通信系统）如今也常见了。最近，主要的一些国家也开始了对被称为LTE（长期革命）的这种下一代通信规格的服务，无线也可进行跟有线一样的高速数据通信。

一般的携带终端通常在语音通话时是不能进行数据通信的。而北美已经开始盛行语音通话时也能进行数据通信的SVLTE（同步语音和LTE）通信服务。此外，在中国通过GSM进行语音服务，通过TD-LTE（TDD系统的LTE）进行数据通信，这两者同时进行的SGLTE（同步GSM和LTE）的通信服务也已在计划当中，IC制造商和组装厂商的对应也已迅速进行。

TDD和TD-LTE

所谓TDD（时分双工）是指，通过基站和移动终端双方向的通信方式中的一个，上行线和下行线使用相同频率的电波的方式。与之相反，上行线和下行线使用不同频率电波的方式称之为FDD（频分双工）。


图1: TDD和FDD的比较

LTE是手机的通信规格，这种规格是标准的3GPP机构（第三代合作伙伴计划）在2009年3月认证的。它是UMTS（第3代手机）和未来的4G（第4代手机）的中间技术，当时被称为3.9G，因被ITU（国际电信联盟）认可，便被改称为4G，市场上也因此这样来命名。

一般来说，大多数情况下称使用FDD的FDD-LTE为LTE，而不称为FDD-LTE，这就跟使用了TDD的LTE被称为TD-LTE区分开来了。TD-LTE能在相同频率下进行传输跟接收，可以说频率配置比FDD-LTE相对简单些。TD-LTE基本上除了FDD跟TDD之间的不同以外，它跟FDD-LTE在技术上来说几乎一样，使用跟3G相同的频带，可根据不同的情况在带宽宽度1.4、3、5、10、15、20MHz中选择使用。而LTE只支持数据包通信，语音通信是通过被称为VoLTE的VoIP技术来支持的，一般来说主要支持数据通信，想要真正普及语音服务的话，还需要时间。TD-LTE是中国正在积极推进的服务项目，日本也开始了使用2.5GHz带宽进行的服务，北美也在计划当中，可见今后必将在全世界普及。

TD-LTE的RF电路

如图2所示，是TD-LTE(SGLTE)的电路图。


图2: TD-LTE (SGLTE对应) 的电路图

现在的TD-LTE对应终端，为了对应语音通话，三重模式和双模式的GSM和UMTS是必不可少的。GSM就预见到了海外漫游的这个问题，因此一般能对应850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz四个不同频带，在接收侧的每一个频带上都逐个搭载了滤波器。UMTS的band1为FDD，所以需要双工器（天线双工器）。

在中国，TD-LTE用频带根据3GPP被分为Band38、Band39、Band40。由于是TDD系统，并不需要双工器，传输侧有对应高功率的滤波器，2个收信用滤波器分别用在主要的电路侧。LTE系统对应的是MIMO技术，由于是多天线的构造，多个电路侧都搭载了一个收信用滤波器。

上图的电路是语音跟数据可同时通信的SGLTE的电路，由于GSM和TD-LTE2个系统同时运行，所以它具备搭载2个收发器IC的特征。但是，当一个终端上数据同时在2个系统中进行传输的话，会引起发送功率自动从另一方电路返回的干扰现象，这有可能会导致收信质量劣化的结果。因此，在每个传输电路中，为了充分减小接收频率的功率，组装的设计难易度就明显上升了。村田制作所开发了SGLTE终端，对应了组装厂商的需求，将TD-LTE用陷波滤波器（具有只减少特定频率的功能的滤波器）和迅速减少TD-LTE带宽的GSM1800用接收滤波器成功商品化。

TD-LTE用SAW设备的产品一览

村田制作所所有已发布的TD-LTE用SAW滤波器的产品阵容如图1.2.3所示。表1为双工器，表2为陷波器，表3为单滤波器。

表1：TD-LTE用双工器的产品一览

Size (mm)ApplicationBalancedImpedanceMURATA P/NPinComment
/Unbalanced(Ω)assignment
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-200SAWFD1G90CP0F0A2in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-200SAWFD1G90CQ0F0A2in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-200SAWFD1G90CA0F0A1in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-200SAWFD1G90CB0F0A1in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-100SAWFD1G90CR0F0A2in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-100SAWFD1G90BH0F0A2in2out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-100SAWFD1G90AH0F0A1in2out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Unbalance50-50SAWFD1G90KA0F0A1in2out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Unbalance50-50SAWFD1G90KC0F0A1in2out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Unbalance50-50SAWFD1G90LA0F0A2in2out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Unbalance50-50SAWFD1G90KZ0F0A1in1out　
1.5×1.1×0.5Band38_Band40Balance50-100SAWFD2G35CM0F0A2in4out　
1.5×1.1×0.5Band38_Band40Balance50-100SAWFD2G35CA0F0A1in4out　
1.5×1.1×0.5Band34_Band39Balance50-100SAWFD2G35BJ0F0A2in2out　
1.8×1.4×0.5Band34_Band39Unbalance50-50SAWEN1G90PA0F0A1in2outPost PA
1.8×1.4×0.5Band38_Band40Unbalance50-50SAWEN2G35PN0F0A1in2outPost PA

从决定开发TD-LTE开始，为了响应IC制造商和组装厂商的减小RF面积的要求，因此将Band34和Band39、Band38和Band40组装品双工器产品化。双工器是一种综合了外围设备功能的人气产品，往往被作为首选。

作为引脚连接来说，既是平衡品也是标准的2in4out型号，将输入的SW功能复合化的1in4out型号，通过绑定滤波器的输出来将LNA数量减少到1个的2in2out型号这3类产品已经被产品化。作为非平衡产品来说，标准的2in2out型号、输入SW功能复合化的1in2out型号，村田的原产品的输入和输出都绑定起来的1in1out型号这3类产品也已经被产品化。需要怎样的引脚连接型号，需要根据组装厂商使用的收发器IC和设计思路作选择。

表2：TD-LTE用陷波器的产品一览

Size (mm)ApplicationBalancedImpedanceTypeMURATA P/NComment
/Unbalanced(Ω)
1.4×1.1×0.5N-DCSUnbalance50-50NotchSACEA1G81TA0F0APost PA
1.4×1.1×0.5N-DCSUnbalance50-50NotchSACEA1G81TB0F0APost PA
1.4×1.1×0.5N-DCSUnbalance50-50NotchSACEA1G82TA0F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band34_Band39Unbalance50-50NotchSACEA1G90TB0F0APost PA

表2中，PA（功率放大器）的段后位置，通过传输频率，减少了其他频带的接收频率信号的陷波器。村田制作所从以前开始就已经量产了频率在800MHz左右的陷波器，此次，觉得有必要产品化新的1.8GHz、1.9GHz高频带产品。一般来说，频率越高陷波器的设计难度就随之上升。但是，村田还是采用了独特的电路设计技术和充分利用电磁场仿真器成功地将其产品化。

表3：TD-LTE用滤波器的产品一览

Size (mm)ApplicationBalancedImpedanceMURATA P/NComment
/Unbalanced(Ω)
1.1×0.9×0.5N-DCSBalance50-150SAFFB1G81AB0F0AFor GSM1800
1.1×0.9×0.5N-DCSBalance50-150SAFFB1G82AB0F0AFor GSM1800
1.1×0.9×0.5Band38Balance50-100SAFFB2G59FL0F0A　
1.1×0.9×0.5Band39Balance50-100SAFFB1G90FB0F0A　
1.1×0.9×0.5Band39Balance50-100SAFFB1G90FC0F0A　
1.1×0.9×0.5Band40Balance50-100SAFFB2G34FA1F0A　
1.1×0.9×0.5Band40Unbalance50-50SAFFB2G35AA0F0A　
1.4×1.1×0.5AXGPUnbalance50-50SAFEA2G56MA0F00Post PA
1.4×1.1×0.5AXGPUnbalance50-50SAFEA2G56MB0F00Post PA
1.4×1.1×0.5AXGPUnbalance50-50SAFEA2G56MC0F0APost PA
1.4×1.1×0.5AXGPUnbalance50-50SAFEA2G56KA0F00　
1.4×1.1×0.5AXGPBalance50-100SAFEA2G56FC0F00　
1.4×1.1×0.5AXGPBalance50-200SAFEA2G56FB0F00　
1.4×1.1×0.5Band34Unbalance50-50SAFEA2G01MA0F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band34Unbalance50-50SAFEA2G01AL0F00　
1.4×1.1×0.5Band34Balance50-100SAFEA2G01FA0F0A　
1.4×1.1×0.5Band34Balance50-200SAFEA2G01FL0F00　
1.4×1.1×0.5Band38Unbalance50-50SAFEA2G59MA0F00Post PA
1.4×1.1×0.5Band38Unbalance50-50SAFEA2G59MB0F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band38Unbalance50-50SAFEA2G59KB0F00　
1.4×1.1×0.5Band38Balance50-100SAFEA2G59FM0F0A　
1.4×1.1×0.5Band38Balance50-150SAFEA2G59FL0F00　
1.4×1.1×0.5Band38+AXGPUnbalance50-50SAFEA2G58MA0F00Post PA
1.4×1.1×0.5Band38+AXGPBalance50-100SAFEA2G58FA0F00　
1.4×1.1×0.5Band39Unbalance50-50SAFEA1G90MA0F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band39Unbalance50-50SAFEA1G90AA0F00　
1.4×1.1×0.5Band39Balance50-100SAFEA1G90FA0F0A　
1.4×1.1×0.5Band40Unbalance50-50SAFEA2G34MA1F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band40Balance50-100SAFEA2G34FA1F0A　
1.4×1.1×0.5Band40Unbalance50-50SAFEA2G35MB0F00Post PA
1.4×1.1×0.5Band40Unbalance50-50SAFEA2G35MC0F0APost PA
1.4×1.1×0.5Band40Unbalance50-50SAFEA2G35KB0F00　
1.4×1.1×0.5Band40Balance50-100SAFEA2G35FC0F0A　
1.4×1.1×0.5Band40Balance50-150SAFEA2G35FB0F00


表3是滤波器的产品一览。Application一栏中写着N-DCS的产品是窄带宽GSM1800用的滤波器。这是考虑到TD-LTE频带削减的产品，根据客户的需求量产了2个种类。不仅仅面向中国，还对应了仅限日本使用的独特的AXGP的2.5GHz带宽中使用的滤波器的产品化，仔细对应客户的需求，通过强化产品阵容，肩负着将TD-LTE在全世界普及的重担。

结语

在现有的UMTS、LTE市场，为了提高品质、扩大服务范围，正在进行对频率的拓展。TD-LTE可以在同一频率中进行接收跟传输，比起FDD-LTE频率配置更加简单，作为有限并且珍贵的资产，频率的有效利用今后有望更加普及。此外，对应市场追求的多波段化、多模化，组装中RF部分的面积也成了大课题。

村田制作所以单滤波器和双滤波器为中心进行产品的展开，以减少元器件个数，削减RF面积，更有甚者以缩短组装厂商的综合开发周期为目的，强化了对于模块产品的对应。由于模块产品的小型化构造，内置的SAW滤波器的小型化是不可缺少的条件，采用了独特的构造成功地连模具尺寸也实现了小型化，现在正在为更小的尺寸和薄型化进行研究。

今后，将针对组装厂商的小型化、薄型化、 复合化和低成本化等各种各样的需求，促进客户跟多层电路板技术和模块设计技术的融合，强化作为综合元器件供应商的协同效应的产品开展，为模块市场的发展做出贡献。

村田制作所供稿