【無(wú)線射頻芯片】-適合于V2V應(yīng)用的先進(jìn)RF濾波器

1/1適合于V2V應(yīng)用的先進(jìn)RF濾波器本文將探討有體聲波（BAW）濾波器技術(shù)的3個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：DSRC頻段中的802.11p、LTE與Wi-Fi共存和衛(wèi)星無(wú)線電，還會(huì)爭(zhēng)論與汽車應(yīng)用有關(guān)的牢靠性和溫度穩(wěn)定性。

Qorvo公司RobertAignerConnieMacKenzieAlexZajac

隨著數(shù)字化功能的增多，汽車會(huì)更多地依靠無(wú)線技術(shù)與外界保持通信。目前，很多車輛都支持LTE數(shù)據(jù)連接作為小型Wi-Fi熱點(diǎn)。將來幾年，利用5.9GHz專用短程通信（DSRC）頻段上的IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)車輛間（V2V）和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間（V2X）通信的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃目標(biāo)都將成為現(xiàn)實(shí)。

BAW濾波器的消失

互聯(lián)汽車不斷進(jìn)展，汽車將越來越多地使用與其他用途頻段更為接近的更高的RF頻段，而這些頻段之間的干擾將成為一個(gè)重要問題。如要避開在這些狀況下產(chǎn)生干擾，高性能RF帶通濾波器就應(yīng)具備高頻力量。這些濾波器須供應(yīng)陡峭的過渡帶，防止信號(hào)干擾相鄰頻段，且通帶應(yīng)具有低插入損耗，以保證輸出功率和掩蓋范圍。汽車應(yīng)用中使用的濾波器也必需能夠在惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行，在預(yù)期的汽車使用壽命內(nèi)牢靠運(yùn)行，同時(shí)適應(yīng)極端溫度和濕度。特殊是DSRC也帶來了挑戰(zhàn)，要在遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)手機(jī)頻段的頻率下供應(yīng)這樣的性能。

BAW濾波器具備全部這些特性，能夠供應(yīng)5.9GHz頻段所需的全部功能。BAW濾波器屬于聲波濾聲器，基于大量沉積層構(gòu)成，包括薄膜壓電層和板形電極。聲波垂直穿過這些沉積層，層厚打算諧振頻率，即：層厚越薄，頻率越高。BAW濾波器供應(yīng)陡峭過渡帶，其高品質(zhì)因數(shù)（Q）高達(dá)3000，尺寸遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)陶瓷和介質(zhì)濾波器。BAW濾波器選擇性精度高，尺寸小巧，被廣泛用于多種移動(dòng)設(shè)備，這些特性也使它們適合用于高級(jí)汽車RF應(yīng)用。

BAW濾波器一般用在高于1.5GHz并且需要高性能的應(yīng)用中，此技術(shù)基本上能夠適應(yīng)高達(dá)10GHz以及更高的工作頻率。

802.11p和歐洲收費(fèi)系統(tǒng)

5.9GHzDSRC頻段就是頻段推動(dòng)先進(jìn)RF濾波器技術(shù)極限的最佳示例，其頻率高于現(xiàn)有手機(jī)頻段的頻率,所需的過渡帶陡峭度也特別嚴(yán)格。在這種頻率下，傳輸鏈全部部件的損耗都將特別高，且鏈路預(yù)算將取決于濾波器防止與其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的力量。對(duì)于此頻段下運(yùn)行的802.11p系統(tǒng)，一個(gè)重要的問題是如何與歐洲電子收費(fèi)系統(tǒng)共存。在很多歐洲國(guó)家，這些收費(fèi)系統(tǒng)都在5795～5815MHz頻段工作，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）也制定了嚴(yán)格的帶外雜散要求。

截至目前，尚未消失支持802.11p系統(tǒng)滿意ETSI要求的可行且經(jīng)濟(jì)的解決方案。如圖1所示，解決方案必需能夠在整個(gè)DSRC頻段內(nèi)供應(yīng)低插入損耗，具備極為陡峭的過渡帶，以避開與收費(fèi)系統(tǒng)使用的頻譜（僅有15MHz的愛護(hù)間隔）產(chǎn)生干擾。假如不具備高品質(zhì)因數(shù)（Q1000），則濾波器無(wú)法應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?；跍y(cè)試結(jié)構(gòu)得出的仿真結(jié)果確認(rèn)BAW濾波器能夠超越這些需求，并且在這個(gè)頻段具備高于0.15%的頻率誤差。

圖1、仿真顯示支持802.11p的BAW濾波器性能可以避開與歐洲電子收費(fèi)系統(tǒng)的干擾

帶通仿真預(yù)估的溫度變化和15MHz愛護(hù)頻段頻率

在較大的溫度范圍內(nèi)，汽車濾波器必需滿意這些嚴(yán)格的要求，以及避開相鄰頻段之間的干擾時(shí)，溫度漂移濾波器頻率響應(yīng)隨溫度變化消失的漂移成為了最大阻礙。對(duì)于汽車應(yīng)用，由于其規(guī)定的運(yùn)行溫度范圍為-40～105℃，所以漂移問題尤其嚴(yán)峻。車輛的駕駛條件多變，有夏季的酷熱，也有冬季的寒冷，而濾波器所在的位置經(jīng)常面臨更大的溫差和熱應(yīng)力，例如車頂天線或發(fā)動(dòng)機(jī)艙。

相比其他濾聲器，BAW濾波器本身對(duì)溫度變化的敏感度較低，但即使如此，采納傳統(tǒng)BAW制造流程也可能無(wú)法達(dá)到歐洲對(duì)DSRC系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。要解決這個(gè)問題，就需要更加先進(jìn)的流程，制造出能夠更穩(wěn)定響應(yīng)溫度變化的濾波器。濾波器材料一般會(huì)隨溫度上升而軟化，這種狀況造成了溫度漂移，可通過添加二氧化硅（SiO2）來抵消這種影響，由于這種材料會(huì)隨溫度上升而變硬，而且這種溫度補(bǔ)償可將溫度漂移量降低至接近零，使BAW濾波器的頻率溫度系數(shù)（TCF）保持在02ppm/℃。

衛(wèi)星無(wú)線電和CS頻段

衛(wèi)星無(wú)線電是另一個(gè)示例，標(biāo)準(zhǔn)的BAW濾波器已經(jīng)無(wú)法滿意要求，需要溫度補(bǔ)償型BAW濾波器。

圖2、衛(wèi)星廣播/LTE30頻段共存的挑戰(zhàn)

衛(wèi)星數(shù)字廣播音頻服務(wù)（SDARS）頻段位于FDDLTEBand30的上行鏈路和下行鏈路頻段之間，在無(wú)線通信服務(wù)（WCS）頻譜上工作（見圖2）。SDARS頻譜每側(cè)只存在一個(gè)5MHz的愛護(hù)間隔。為了支持衛(wèi)星廣播服務(wù)的運(yùn)行，同時(shí)避開相鄰的WCS頻段相互干擾，需要使用一個(gè)TCF接近零的全溫度補(bǔ)償型BAW濾波器，且要內(nèi)嵌在汽車天線之中。

Wi-Fi和LTE共存

Wi-Fi和LTE通信在汽車中通常必需共存，因此要求兩者能在不干擾的狀況下同時(shí)運(yùn)行。很多車型目前都被用作Wi-Fi熱點(diǎn)，通過LTE數(shù)據(jù)連接，與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，駕乘者也可能同時(shí)在其移動(dòng)設(shè)備上使用。

最大的挑戰(zhàn)在于2.4GHzWi-Fi與LTEBand40/41之間的共存。Band40是一種TDDLTE頻段，在中國(guó)境內(nèi)使用，Band41則在中國(guó)和美國(guó)境內(nèi)使用，而Band7主要在歐洲使用，也接近Wi-Fi頻譜。LTEBand40和Wi-Fi頻道1之間只有1MHz的愛護(hù)間隔，Wi-Fi頻道14和LTEBand41之間也是如此。使用溫度穩(wěn)定型BAW濾波器，只需犧牲微小帶寬即可實(shí)現(xiàn)Wi-Fi與兩種頻段的共存。

牢靠性

對(duì)于用在汽車中的濾波器，牢靠性是一個(gè)重要問題，由于汽車的使用壽命比其他移動(dòng)設(shè)備要長(zhǎng)得多。因此，比起其他商業(yè)應(yīng)用，汽車濾波器應(yīng)接受更廣泛的測(cè)試和審核。美國(guó)汽車電子協(xié)會(huì)針對(duì)無(wú)源器件（例如濾波器）的AEC-Q200質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)高溫柔溫度變化條件下的穩(wěn)定性的嚴(yán)格應(yīng)力測(cè)試、耐濕性，以及機(jī)械應(yīng)力，例如沖擊、振動(dòng)和板子變形。

總結(jié)

隨著各類無(wú)線設(shè)備激增，更多無(wú)線頻段安排到更高頻率，以及全球頻譜管理仍舊維持碎片化流程，RF干擾抑制將變得更加具有挑戰(zhàn)性。溫度補(bǔ)償型BAW濾波器（例如Qorvo的NoDrift和Low