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如果有人問5G的必備需求，那么我可能會談?wù)摯笠?guī)模MIMO和許多奇特的并行DSP處理，也可能需要基礎(chǔ)架構(gòu)中新的智能方法來進(jìn)行鏈路自適應(yīng)和智能網(wǎng)絡(luò)切片。但是，在射頻前端，有一個(gè)器件十分重要，這就是濾波器，濾波器從周圍的無線電雜音中抽出感興趣的RF通道，而忽略了其他所有的頻率。這個(gè)級別的濾波器看起來與常規(guī)電路（模擬或數(shù)字）完全不同它們作用在壓電基板上;一端的電子換能器(由輸入的無線電信號驅(qū)動)刺激機(jī)械動作，從而產(chǎn)生聲波。它會傳播到另一端，在那里聲波會觸發(fā)第二個(gè)換能器，將聲波信號轉(zhuǎn)換回電信號。看起來可能要做的工作還很多，但是魔術(shù)是管理這些聲波。就像微型樂器一樣，濾波器（下面還有一個(gè)空腔）的諧振頻率范圍很窄。在該頻率范圍之外的所有事物都被抑制為不存在。對于樂器，共振范圍取決于設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)–尺寸，厚度，材料和腔體。看起來要完成的工作并不多，但神奇的是如何處理聲波。就像微型樂器一樣，濾波器（下面還有一個(gè)空腔）的諧振頻率范圍很窄。在該頻率范圍之外的所有信號都被抑制。共振范圍取決于設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)–尺寸，厚度，材料和腔體。2G，3G和4G前端使用了表面聲波（SAW）濾波器，其中該聲波沿著設(shè)備的表面?zhèn)鞑ァ＿@些顯然具有很高的成本效益，但僅限于?2GHz以下的頻率，此時(shí)濾波器的選擇性開始下降。這對于3G來說很不錯(cuò)，對于4G來說是處于邊緣，而到了5G頻率就不能使用了。這促使人們轉(zhuǎn)向可以支持更高頻率，成本更高的體聲波（BAW）濾波器。成本上升的原因之一是設(shè)計(jì)此類濾波器的復(fù)雜性。您會發(fā)現(xiàn)，由于它們是機(jī)電產(chǎn)品，因此它們實(shí)際上是MEMS設(shè)備。即使你看不到任何運(yùn)動，聲波也是壓電（PE）結(jié)構(gòu)中的機(jī)械變形。典型的濾波器是位于空腔頂部的兩個(gè)電極之間的PE薄膜。我們之前已經(jīng)談到了設(shè)計(jì)MEMS時(shí)遇到的挑戰(zhàn)–沒有可以可靠地建模的預(yù)定義單元或定義明確的PDK。

還有第二個(gè)問題，聲波會到達(dá)他們想去的地方。雖然看起來正方形或矩形結(jié)構(gòu)似乎是構(gòu)建這些事物的邏輯方法，但聲波可以從末端反射，也可以在表面?zhèn)鞑ァ煞N效應(yīng)都可能干擾理想的整體性能。因此，以有趣的形狀（例如不規(guī)則的五邊形）構(gòu)造結(jié)構(gòu)(見上圖)，以抑制不良影響。此外，構(gòu)建諧振器網(wǎng)絡(luò)是很常見的，每個(gè)諧振器可以具有不同的幾何形狀。

現(xiàn)在，您已經(jīng)看到了問題–機(jī)電3D建模（因?yàn)槟诮ｓw聲波和表面聲波），通過奇特的幾何結(jié)構(gòu)以及很少的參考數(shù)據(jù)來指導(dǎo)模型。有人告訴我，生產(chǎn)這些濾波器的一些領(lǐng)先公司仍在使用design-fab-analyze-correct循環(huán)來優(yōu)化設(shè)計(jì)。沒有更好的方法。但這仍然值得，因?yàn)檫@些設(shè)備的容量巨大–在包括手機(jī)在內(nèi)的所有5G邊緣設(shè)備中都需要用到。但是現(xiàn)在有了更好的方法，那就是從定制的PDK開始虛擬化這些設(shè)備的原型。比如采用Mentor / Tanner-SoftMEMS-OnScale解決方案。可以在Ledit中逐層設(shè)計(jì)器件（這在處理奇怪的形狀（如不規(guī)則的五邊形）方面很出色），然后通過添加材料定義，通過矩陣的壓電特性，厚度，過程數(shù)據(jù)，機(jī)械特性和邊界條件將其轉(zhuǎn)換為3D模型。然后在云端使用OnScale的可擴(kuò)展有限元分析，對整個(gè)事物或其中一部分進(jìn)行建模，他們甚至可以對完整的晶圓建模，觀察其邊緣的行為和成品率。更好的虛擬建模和更好的分析，一直到芯片級的分析。這將有助于縮短上市時(shí)間。