MMIC滤波器 时代已经到来

2023-11-24 15:01:09

在过去的10到15年里，射频消费市场已经迅速发展，提供了更高的数据速率和连接性，同时也支持不断增加的用户和连接设备。类似的市场演变正在航空航天和国防、测试和测量以及"新太空"市场中发生，在这些市场中，越来越多的高频技术正在被应用，用户数量大大增加。下一代系统将越来越多地支持多信道、多频段和多发射器结构，以提高性能，并提供实现多任务的能力，但代价是总信道数和总带宽的大量增加。这些信道得到了高速数据转换器的支持，使传统的超外差和直接转换接收机都能获得高瞬时带宽。图1说明了增加模数转换器（ADC）带宽的效果，它显示了随着更多的信号处理以数字方式进行，滤波器的要求也在变化。不断提高的ADC采样率使窄带滤波器能够以数字方式实现，但不断增加的信道数使滤波器的尺寸更加关键。这些趋势给特定解决方案的物理封装带来了令人难以置信的压力，人们期望在相同或有时更小的尺寸内支持更多信道和处理能力。

为了支持更高的信道密度，器件解决方案通常遵循一种更小尺寸和更高频率的演变。此外，许多系统块和子块已经通过开发单芯片集成解决方案（通常是硅集成电路），通过在单个封装内的多个芯片的新型封装（称为多芯片模块）或通过在同一封装内的硅和非硅集成电路的某种组合（通常称为"异质集成"）而被结合起来。毫无疑问，这些趋势将在可预见的未来继续下去，创新将是必要的，以进一步缩小高频硬件的尺寸。

滤波器通常用于提供信道或频带选择，并清理模拟信号链中存在的杂散和不需要的信号或噪声。当涉及到小型化和更高的信道密度时，滤波器是有问题的，因为它们占用了系统整体占地面积的大部分。考虑到它们的普遍性，我们很好奇为什么滤波器仍然是系统中进化程度[敏感词]的一块。它们通常缺乏可调谐性或可重配置性，它们很少被集成到更大的功能块或封装中，它们占用了大量的面积和体积，它们很容易受到工艺变化的影响，造成批次间的差异，而且它们通常是"公司内部"设计的，占用了宝贵的射频设计资源。

对空间和尺寸的要求迫使人们重新评估未来滤波器解决方案的性能权衡。新的趋势是优先考虑降低SWaP、可扩展性和快速定制滤波器的开发，而不是传统的低损耗（即高Q因子）、高带外抑制和高功率。随着转换器带宽的增加和更多的信号处理是以数字方式进行的，在模拟领域需要更少的信号处理。更少的处理意味着更少的转换器，因此，带来间隔更远的更少的毛刺。一些滤波器的指标，如信道选择滤波器的[敏感词]损耗将始终是重要的，但尺寸、可扩展性和开发时间正成为系统架构师更主要的关注点。

高性能系统的一个关键挑战是，滤波器通常是根据系统频率规划或一些独特的共存要求而定制的。这为小批量建立商业案例时带来了挑战，因为成本不能被多个客户平摊。此外，滤波器往往是立即需要的，因为它们被添加或改变以解决开发过程中出现的特定问题。这使得快速的、价格合理的、首次设计就成功的方法对解决特定的定制滤波器要求至关重要。