5G的第一必備器件
2019-12-22 16:53:02 EETOP如果有人問5G的必備需求，那么我可能會談論大規模MIMO和許多奇特的并行DSP處理，也可能需要基礎架構中新的智能方法來進行鏈路自適應和智能網絡切片。但是，在射頻前端，有一個器件十分重要，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。這個級別的濾波器看起來與常規電路（模擬或數字）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動)刺激機械動作，從而產生聲波。它會傳播到另一端，在那里聲波會觸發第二個換能器，將聲波信號轉換回電信號。看起來可能要做的工作還很多，但是魔術是管理這些聲波。就像微型樂器一樣，濾波器（下面還有一個空腔）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，共振范圍取決于設備的機械設計–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。共振范圍取決于設備的機械設計–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，其中該聲波沿著設備的表面傳播。這些顯然具有很高的成本效益，但僅限于?2GHz以下的頻率，此時濾波器的選擇性開始下降。這對于3G來說很不錯，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計此類濾波器的復雜性。您會發現，由于它們是機電產品，因此它們實際上是MEMS設備。即使你看不到任何運動，聲波也是壓電（PE）結構中的機械變形。典型的濾波器是位于空腔頂部的兩個電極之間的PE薄膜。我們之前已經談到了設計MEMS時遇到的挑戰–沒有可以可靠地建模的預定義單元或定義明確的PDK。
還有第二個問題，聲波會到達他們想去的地方。雖然看起來正方形或矩形結構似乎是構建這些事物的邏輯方法，但聲波可以從末端反射，也可以在表面傳播。兩種效應都可能干擾理想的整體性能。因此，以有趣的形狀（例如不規則的五邊形）構造結構(見上圖)，以抑制不良影響。此外，構建諧振器網絡是很常見的，每個諧振器可以具有不同的幾何形狀。
現在，您已經看到了問題–機電3D建模（因為您正在建模體聲波和表面聲波），通過奇特的幾何結構以及很少的參考數據來指導模型。有人告訴我，生產這些濾波器的一些領先公司仍在使用design-fab-analyze-correct循環來優化設計。沒有更好的方法。但這仍然值得，因為這些設備的容量巨大–在包括手機在內的所有5G邊緣設備中都需要用到。但是現在有了更好的方法，那就是從定制的PDK開始虛擬化這些設備的原型。比如采用Mentor / Tanner-SoftMEMS-OnScale解決方案。可以在Ledit中逐層設計器件（這在處理奇怪的形狀（如不規則的五邊形）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，過程數據，機械特性和邊界條件將其轉換為3D模型。然后在云端使用OnScale的可擴展有限元分析，對整個事物或其中一部分進行建模，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間。
