提升您对Wi-Fi滤波器技术的认识

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本文来自 Qorvo半导体
 
为了扩展您对当今Wi-Fi RF滤波器技术的了解,从而帮助设计工程师创建面向全球市场的最前沿产品设计。在此篇博客文章中,Tony Testa为您分享有关bandBoost、coexBoost和edgeBoost等滤波器技术的实用建议,以及如何为工程师带来无线世界所需的减轻干扰并提高带通信号性能的能力。
 
问:对于市场上如此众多的RF标准,哪一种是实现最佳产品性能的理想滤波器技术?
 
答:网关、手机和其它无线设备中使用的滤波器技术对于减轻串扰、保持峰值信号性能以及优化系统效率至关重要。如果没有这些滤波器,设计人员将难以满足许多必需的系统级规范——这些规范为我们的住宅、企业和城市构建了无处不在、始终在线的连接。
 
问:Qorvo已基于所需的系统级性能需求创建了单独的滤波器。能否介绍一下相关情况,以及它们如何解决具体的设计挑战?
 
答:在早期与客户的合作中,Qorvo工程师发现需要使用滤波器技术来获得更佳的整体系统性能。我们便开始帮助客户将滤波器融入到他们的设计中,以实现一些重要的产品规格。这些滤波器还通过提供额外的裕量来确保最终产品通过认证,从而让产品设计工程师的工作更加轻松。
 
Qorvo提供三个种类的滤波器,分别称为bandBoost™、coexBoost™和edgeBoost™滤波器。它们的区别来自各自在系统中的工作方式。
 
coexBoost滤波器用于RF路径的接收和发送端,面向需要在Wi-Fi信号附近同时操作的应用。此类器具有陡峭的频段带缘,这对于维持Wi-Fi信号质量并确保与Wi-Fi发射器和接收器共存非常关键。
 
一个很好的例子是Band 40蜂窝信号和2.4 GHz Wi-Fi频段。Band 40的工作频率为2300至2400MHz,而Wi-Fi频段2.4GHz的工作频率为2412至2484MHz。这意味着Band 40的高段距离Wi-Fi 2.4 GHz频段仅12 MHz。因此,Band 40和Wi-Fi滤波器都需要陡峭的带缘——Wi-Fi coexBoost滤波器满足了这一需求,同时抑制了近距离Band 40信号对Wi-Fi信道发送和接收的干扰。
 
bandBoost滤波器在紧密排列的信号之间提供频段隔离。当多位用户位于同一信道空间内的不同信道中时,此类滤波器帮助多个Wi-Fi网络同时支持不同的用户,从而提高Wi-Fi多用户MIMO网络容量,并由此消除可能的网络干扰。
 
下面是一个应用实例。在当今的三频Wi-Fi系统中(2.4GHz、5.2GHz+5.6GHz配置),bandBoost滤波器被用来提升系统容量。此三个通道有时会同时使用,因此,这些滤波器使网络信号间的干扰最小化,并能够同时为回传和客户端通信划分频谱(U-NII 1-2a和UNII 2c-3)。
 
edgeBoost滤波器被添加到RFFE的发送端,以提高信号性能,特别是当Wi-Fi信号靠近Wi-Fi通道频段(例如通道1)边缘时。
 
例如,无线电不允许在其频段外以及靠近频段边缘的信道上产生“噪声”。但是,在信号以全功率传输的情况下,可能会在频带外出现“泄漏噪声”,通常可通过降低这些信道中的输出功率来解决,但这对整体信号的输出和范围都会造成影响;而通过采用edgeBoost滤波器,则无需降低输出功率。此类滤波器减少了频带外无线电信号的泄漏,因此无线电可以在边缘信道中以最大功率和最大范围传输。
 
问:哪类滤波器技术最适合这三种滤波应用?
 
答:我们首要的常用滤波器技术是体声波(BAW)。它最适合1 GHz或更高的频率;由于Wi-Fi的频率范围为2.4GHz、5GHz,包括即将迎来的6 GHz,因此BAW技术在这些频率范围内均非常适用。
 
BAW具有卓越的插损性能,有助于将RF路径损耗降至最低。BAW的其它优势包括其陡峭的带缘和卓越的热耗散特性。
 
BAW滤波器采用固贴式谐振器(SMR)结构,与薄膜体声波谐振器(FBAR)等其它滤波器技术相比,散热效率更高。SMR BAW使用压电谐振器下方固体层组成的声学反射器;该固体层与下面的硅基板直接相连,从而使滤波器内产生的热量通过反射层有效地远离压电谐振器。因此,任何系统热量的增加对SMR BAW滤波器和系统性能的影响微乎其微,使其成为滤波器技术中的一个良好选择。
 
问:通过采用这些滤波器,最终用户将如何从中获益?它们又为Wi-Fi设备制造商带来哪些价值?
 
答:coexBoost、bandBoost和edgeBoost滤波器可以在当今的Wi-Fi终端产品设计中发挥巨大作用,因为它们可以帮助系统设计人员缓解或完全消除系统级挑战。此外,这些滤波器可通过高度集成的RFFE或简单的即插即用分立产品的形式,为Wi-Fi系统设计人员创建可行的解决方案,缩短设计周期。
 
借助这些滤波器解决方案的关键架构和服务质量(QOS)优势,可在所有可用频谱上实现最佳功耗,以最大程度地利用全功率通道,为用户提供最大覆盖范围和牢靠的连接。由此产生的效果可一直累积并传递至服务提供商环节,确保消除“死角”并减少客服保修电话和上门服务频次。
 
问:Wi-Fi终端产品设计师如何在设计中使用这些滤波器?
 
答:及时创建任何最终产品并保证其获得最终认证的关键,是在手边准备好所有所需工具;这些滤波器正是提供了这一点。通过在高度集成的RFFE解决方案中使用coexBoostt、bandBoost和edgeBoost滤波器,我们可以帮助工程师减少繁琐而耗时的设计。例如,使用QPF7219 2.4 GHz iFEM这类的即插即用解决方案可获得所有RFFE功能——省去了添加调谐和匹配元件的麻烦,也节省了采用分立方式结构时通常所需的时间。
 
但是,话虽如此。我们也提供了分立形式BAW滤波器——面向需要更大灵活性Wi-Fi终端产品设计的带通和多路复用器拓扑结构(即885136、QPQ1903、QPQ1904、QPQ1907、QPQ2455、QPQ2456)。这些分立滤波器产品也是缓解上述所有Wi-Fi终端产品信号问题的即用型解决方案,并已在许多设计中起到了推动合规性的作用。
 
问:这些滤波器如何帮助运营商实现其部署和网络?
 
答:我们已经看到运营商成功运用这些滤波器来减轻干扰,并且以最佳的信号范围打造最佳的用户体验。对于运营商而言,用户体验是其最重要的关键绩效指标(KPI)之一;这是使用户满意并允许运营商满足其客户需求的原因。即使在与其它无线信号非常接近的情况下,这些滤波器也需要具备允许同时接收和发送的能力,这对于优化用户感受至关重要。当多个用户使用多个与无线相关的不同功能时,例如在电话上沟通、下载电影、调节房间温度、操作相机或在Echo Dot上与Alexa交谈,此类滤波器将减轻智能家居内部的干扰。
 
改进的服务质量(QoS)可以减少客户投诉、不必要的上门服务频次,和设备(扩展器)数量,由此让用户在其住所周围始终保持连接状态。
 
作者后记
 
围绕着我们的无线信号和连接标准时刻处于“开启模式”,这势必会引发一些交叉干扰。然而,在您的Wi-Fi终端产品设计中采用coexBoost、bandBoost和edgeBoost滤波器可以基本上解决此类问题。这些滤波器帮助设计人员构建性能最佳的产品,同时优化用户体验。我们的住宅、办公室、城市和机场周围无线信号的数量在不断增长,随着技术在无线生态系统中的不断发展,还将出现更多相关用例;这也意味着我们将需要更多的途径来减轻或完全消除交叉干扰的可能性,并探索扩展信号覆盖范围的技术。总之,此类滤波器将有助于系统设计师为未来的Wi-Fi产品打造最先进的产品。
 
还有其它想让Qorvo专家讨论的话题吗?将您的建议通过电子邮件发送给Qorvo博客团队,它可能会出现在即将发布的文章中。
 
关于作者
 
Tony Testa -- 无线连接业务部营销总监
 
Tony Testa激发了Qorvo无线连接产品的创新。凭借20多年来对行业联盟活动的支持和丰富的客户经验,他协助工程师创建了最先进的RF解决方案,对我们的日常生活产生深远影响。
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