面向TDD系統手機的SAW濾波器的技術動向
前言
近年來在手機中增加相機、GPS、移動電視播放、NFC等功能的多功能應用非常引人注目。同時，隨著搭載了智能手機和平板設備這種高性能應用處理器的高端設備的興起，除了如今的通話功能，還增加了舒適・快捷瀏覽器、流媒體、數據訪問、云就緒功能，不僅是導航這種全新的服務，高品質化通信功能成了必不可少的要素。
作為這些移動終端中共同謀求的功能，我們將就各種網絡的對應進行舉例。手機通信規格至今為止的主流仍是被稱為GSM（全球移動通信系統）的2G系統。而搭載比GSM更高品質、數據傳輸更快的3G系統UMTS（通用移動通信系統）如今也常見了。最近，主要的一些國家也開始了對被稱為LTE（長期革命）的這種下一代通信規格的服務，無線也可進行跟有線一樣的高速數據通信。
一般的攜帶終端通常在語音通話時是不能進行數據通信的。而北美已經開始盛行語音通話時也能進行數據通信的SVLTE（同步語音和LTE）通信服務。此外，在中國通過GSM進行語音服務，通過TD-LTE（TDD系統的LTE）進行數據通信，這兩者同時進行的SGLTE（同步GSM和LTE）的通信服務也已在計劃當中，IC制造商和組裝廠商的對應也已迅速進行。
TDD和TD-LTE
所謂TDD（時分雙工）是指，通過基站和移動終端雙方向的通信方式中的一個，上行線和下行線使用相同頻率的電波的方式。與之相反，上行線和下行線使用不同頻率電波的方式稱之為FDD（頻分雙工）。
圖1: TDD和FDD的比較
LTE是手機的通信規格，這種規格是標準的3GPP機構（第三代合作伙伴計劃）在2009年3月認證的。它是UMTS（第3代手機）和未來的4G（第4代手機）的中間技術，當時被稱為3.9G，因被ITU（國際電信聯盟）認可，便被改稱為4G，市場上也因此這樣來命名。
一般來說，大多數情況下稱使用FDD的FDD-LTE為LTE，而不稱為FDD-LTE，這就跟使用了TDD的LTE被稱為TD-LTE區分開來了。TD-LTE能在相同頻率下進行傳輸跟接收，可以說頻率配置比FDD-LTE相對簡單些。TD-LTE基本上除了FDD跟TDD之間的不同以外，它跟FDD-LTE在技術上來說幾乎一樣，使用跟3G相同的頻帶，可根據不同的情況在帶寬寬度1.4、3、5、10、15、20MHz中選擇使用。而LTE只支持數據包通信，語音通信是通過被稱為VoLTE的VoIP技術來支持的，一般來說主要支持數據通信，想要真正普及語音服務的話，還需要時間。TD-LTE是中國正在積極推進的服務項目，日本也開始了使用2.5GHz帶寬進行的服務，北美也在計劃當中，可見今后必將在全世界普及。
TD-LTE的RF電路
如圖2所示，是TD-LTE(SGLTE)的電路圖。
圖2: TD-LTE (SGLTE對應) 的電路圖
現在的TD-LTE對應終端，為了對應語音通話，三重模式和雙模式的GSM和UMTS是必不可少的。GSM就預見到了海外漫游的這個問題，因此一般能對應850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz四個不同頻帶，在接收側的每一個頻帶上都逐個搭載了濾波器。UMTS的band1為FDD，所以需要雙工器（天線雙工器）。
在中國，TD-LTE用頻帶根據3GPP被分為Band38、Band39、Band40。由于是TDD系統，并不需要雙工器，傳輸側有對應高功率的濾波器，2個收信用濾波器分別用在主要的電路側。LTE系統對應的是MIMO技術，由于是多天線的構造，多個電路側都搭載了一個收信用濾波器。
上圖的電路是語音跟數據可同時通信的SGLTE的電路，由于GSM和TD-LTE2個系統同時運行，所以它具備搭載2個收發器IC的特征。但是，當一個終端上數據同時在2個系統中進行傳輸的話，會引起發送功率自動從另一方電路返回的干擾現象，這有可能會導致收信質量劣化的結果。因此，在每個傳輸電路中，為了充分減小接收頻率的功率，組裝的設計難易度就明顯上升了。村田制作所開發了SGLTE終端，對應了組裝廠商的需求，將TD-LTE用陷波濾波器（具有只減少特定頻率的功能的濾波器）和迅速減少TD-LTE帶寬的GSM1800用接收濾波器成功商品化。
TD-LTE用SAW設備的產品一覽
村田制作所所有已發布的TD-LTE用SAW濾波器的產品陣容如圖1.2.3所示。表1為雙工器，表2為陷波器，表3為單濾波器。
表1：TD-LTE用雙工器的產品一覽
| Size (mm) | Application | Balanced | Impedance | MURATA P/N | Pin | Comment | | /Unbalanced | (Ω) | assignment | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-200 | SAWFD1G90CP0F0A | 2in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-200 | SAWFD1G90CQ0F0A | 2in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-200 | SAWFD1G90CA0F0A | 1in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-200 | SAWFD1G90CB0F0A | 1in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-100 | SAWFD1G90CR0F0A | 2in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-100 | SAWFD1G90BH0F0A | 2in2out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-100 | SAWFD1G90AH0F0A | 1in2out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | SAWFD1G90KA0F0A | 1in2out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | SAWFD1G90KC0F0A | 1in2out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | SAWFD1G90LA0F0A | 2in2out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | SAWFD1G90KZ0F0A | 1in1out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band38_Band40 | Balance | 50-100 | SAWFD2G35CM0F0A | 2in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band38_Band40 | Balance | 50-100 | SAWFD2G35CA0F0A | 1in4out | | | 1.5×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Balance | 50-100 | SAWFD2G35BJ0F0A | 2in2out | | | 1.8×1.4×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | SAWEN1G90PA0F0A | 1in2out | Post PA | | 1.8×1.4×0.5 | Band38_Band40 | Unbalance | 50-50 | SAWEN2G35PN0F0A | 1in2out | Post PA |
從決定開發TD-LTE開始，為了響應IC制造商和組裝廠商的減小RF面積的要求，因此將Band34和Band39、Band38和Band40組裝品雙工器產品化。雙工器是一種綜合了外圍設備功能的人氣產品，往往被作為首選。
作為引腳連接來說，既是平衡品也是標準的2in4out型號，將輸入的SW功能復合化的1in4out型號，通過綁定濾波器的輸出來將LNA數量減少到1個的2in2out型號這3類產品已經被產品化。作為非平衡產品來說，標準的2in2out型號、輸入SW功能復合化的1in2out型號，村田的原產品的輸入和輸出都綁定起來的1in1out型號這3類產品也已經被產品化。需要怎樣的引腳連接型號，需要根據組裝廠商使用的收發器IC和設計思路作選擇。
表2：TD-LTE用陷波器的產品一覽
| Size (mm) | Application | Balanced | Impedance | Type | MURATA P/N | Comment | | /Unbalanced | (Ω) | | 1.4×1.1×0.5 | N-DCS | Unbalance | 50-50 | Notch | SACEA1G81TA0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | N-DCS | Unbalance | 50-50 | Notch | SACEA1G81TB0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | N-DCS | Unbalance | 50-50 | Notch | SACEA1G82TA0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band34_Band39 | Unbalance | 50-50 | Notch | SACEA1G90TB0F0A | Post PA |
表2中，PA（功率放大器）的段后位置，通過傳輸頻率，減少了其他頻帶的接收頻率信號的陷波器。村田制作所從以前開始就已經量產了頻率在800MHz左右的陷波器，此次，覺得有必要產品化新的1.8GHz、1.9GHz高頻帶產品。一般來說，頻率越高陷波器的設計難度就隨之上升。但是，村田還是采用了獨特的電路設計技術和充分利用電磁場仿真器成功地將其產品化。
表3：TD-LTE用濾波器的產品一覽
| Size (mm) | Application | Balanced | Impedance | MURATA P/N | Comment | | /Unbalanced | (Ω) | | 1.1×0.9×0.5 | N-DCS | Balance | 50-150 | SAFFB1G81AB0F0A | For GSM1800 | | 1.1×0.9×0.5 | N-DCS | Balance | 50-150 | SAFFB1G82AB0F0A | For GSM1800 | | 1.1×0.9×0.5 | Band38 | Balance | 50-100 | SAFFB2G59FL0F0A | | | 1.1×0.9×0.5 | Band39 | Balance | 50-100 | SAFFB1G90FB0F0A | | | 1.1×0.9×0.5 | Band39 | Balance | 50-100 | SAFFB1G90FC0F0A | | | 1.1×0.9×0.5 | Band40 | Balance | 50-100 | SAFFB2G34FA1F0A | | | 1.1×0.9×0.5 | Band40 | Unbalance | 50-50 | SAFFB2G35AA0F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G56MA0F00 | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G56MB0F00 | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G56MC0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G56KA0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Balance | 50-100 | SAFEA2G56FC0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | AXGP | Balance | 50-200 | SAFEA2G56FB0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band34 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G01MA0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band34 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G01AL0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band34 | Balance | 50-100 | SAFEA2G01FA0F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | Band34 | Balance | 50-200 | SAFEA2G01FL0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band38 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G59MA0F00 | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band38 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G59MB0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band38 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G59KB0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band38 | Balance | 50-100 | SAFEA2G59FM0F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | Band38 | Balance | 50-150 | SAFEA2G59FL0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band38+AXGP | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G58MA0F00 | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band38+AXGP | Balance | 50-100 | SAFEA2G58FA0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band39 | Unbalance | 50-50 | SAFEA1G90MA0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band39 | Unbalance | 50-50 | SAFEA1G90AA0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band39 | Balance | 50-100 | SAFEA1G90FA0F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G34MA1F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Balance | 50-100 | SAFEA2G34FA1F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G35MB0F00 | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G35MC0F0A | Post PA | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Unbalance | 50-50 | SAFEA2G35KB0F00 | | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Balance | 50-100 | SAFEA2G35FC0F0A | | | 1.4×1.1×0.5 | Band40 | Balance | 50-150 | SAFEA2G35FB0F00 |
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表3是濾波器的產品一覽。Application一欄中寫著N-DCS的產品是窄帶寬GSM1800用的濾波器。這是考慮到TD-LTE頻帶削減的產品，根據客戶的需求量產了2個種類。不僅僅面向中國，還對應了僅限日本使用的獨特的AXGP的2.5GHz帶寬中使用的濾波器的產品化，仔細對應客戶的需求，通過強化產品陣容，肩負著將TD-LTE在全世界普及的重擔。
結語
在現有的UMTS、LTE市場，為了提高品質、擴大服務范圍，正在進行對頻率的拓展。TD-LTE可以在同一頻率中進行接收跟傳輸，比起FDD-LTE頻率配置更加簡單，作為有限并且珍貴的資產，頻率的有效利用今后有望更加普及。此外，對應市場追求的多波段化、多模化，組裝中RF部分的面積也成了大課題。
村田制作所以單濾波器和雙濾波器為中心進行產品的展開，以減少元器件個數，削減RF面積，更有甚者以縮短組裝廠商的綜合開發周期為目的，強化了對于模塊產品的對應。由于模塊產品的小型化構造，內置的SAW濾波器的小型化是不可缺少的條件，采用了獨特的構造成功地連模具尺寸也實現了小型化，現在正在為更小的尺寸和薄型化進行研究。
今后，將針對組裝廠商的小型化、薄型化、 復合化和低成本化等各種各樣的需求，促進客戶跟多層電路板技術和模塊設計技術的融合，強化作為綜合元器件供應商的協同效應的產品開展，為模塊市場的發展做出貢獻。
村田制作所供稿
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