『這個知識不太冷』了解多路復用器濾波器

『這個知識不太冷』系列，旨在幫助小伙伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點，結合產業現狀解讀，以此溫故知新、查漏補缺。

本章將更深入地介紹多路復用器濾波器，以及它們如何用于各種應用中。您將了解到多路復用器如何幫助設計人員創造出更復雜的無線產品。

多路復用器是一組射頻(RF)濾波器，它們組合在一起，但不會彼此加載，可以在輸出之間實現高度隔離。多路復用器被用于RF前端中靠近功率放大器(PA)的位置，對于載波聚合(CA)產生很大影響；天線復用器被用在射頻前端后面，以簡化與天線之間的路由。多路復用器濾波器可以包含多種濾波器，都集成在一個封裝中。圖1提供了嵌入在復雜的模塊設計中的多種類型的濾波器的示意圖。圖中的這些單獨的雙工器、帶通濾波器和陷波濾波器也可以成為多路復用器群組的一部分，稱為四工器、五工器和六工器，如圖2所示。

一個簡單的雙工器可以與其他的雙工器和濾波器組合，創建更復雜的多路復用器設計。就像頻分雙工(FDD)頻段是1和3，時分雙工(TDD)濾波器是頻段41。

如今的無線系統和設備必須支持更多的功能，所以它們需要使用更加小巧的組件。將多個不重疊的濾波器頻段集成到一個多路復用器中，可幫助減少射頻前端(RFFE)的組件數量和尺寸。圖2展示了一些類型的多路復用器設計，它們幫助減少總體的RFFE組件數量，以滿足新設備減小尺寸的要求。多路復用器使系統設計人員能夠優化、縮小和簡化整體設計，以滿足系統要求。

多路復用器是一種非常好的解決方案，并且在許多情況下，對于使用小間隔頻段的載波聚合 (CA) 組合，多路復用器是唯一切實可行的解決方案。多路復用器將聚合分量載波(CC)所需的所有發射和接收濾波器集成至一個元件中，不僅進行了必要的隔離，而且允許多個 CC同時連接到天線。

圖3：B1+B3+B7 六工器濾波器插入損耗測量

前文提到過，隔離程度和交叉隔離都是值得關注的重要參數。隔離程度是濾波器防止信號出現在RF電路或系統的某個節點上的能力。例如，需要在發射或接收路徑提供高水平隔離，以免各個信號相互滲透。

交叉隔離是指跨頻段的隔離，如圖4所示。雙工器要求在相應的Rx頻率輸出端對Tx信號進行大幅衰減。對于四工器這樣的多路復用器，需要在兩個接收輸出端對Tx信號進行大幅衰減。同樣，現在必須在兩個Rx輸出端隔離Rx頻率下的Tx信號，以控制Rx頻段下的噪聲。當您考慮所有的情況時，四工器中有八個重要的隔離，而雙工器中只有兩個。圖4展示了頻段1 Tx和Rx之間的隔離測量（上方的圖）。對于相同的組件，我們展示頻段3 Rx和頻段7 Tx之間的交叉隔離測量（下方的圖）。交叉隔離是對同一個組件中的兩個不同的Tx至Rx頻段之間的測量，隔離是對同一個頻段的Tx和Rx之間的測量。

4G LTE-Advanced Pro支持多達5個CC。5G新無線電 (NR) CA支持多達16個連續和非連續的CC，可以聚合頻譜高達約1GHz的新5G頻段，如圖6所示。雙連接允許用戶設備同時發送和接收數據。再加上CA，可以增加網絡的數據容量。

5G無線電訪問網絡(RAN) 專用于和現有的4G LTE網絡配合使用。3GPP版本15標準允許采用多種NR部署選項，例如非獨立 (NSA) 和獨立 (SA)。NSA使用的方案與CA非常相似。它組合采用LTE錨頻段進行控制，采用5G NR頻段提供更快的數據速率，如圖7所示。NSA是一種部署模型，在沒有端到端5G網絡的情況下提供5G服務。其中用到了EUTRA和NR雙連接。在EN-DC中，LT和5G NR載波同時使用。使用EN-DC時，一個設備傳輸兩個高功率RF信號。

這種配置需要在智能手機狹小的設備區域中集成兩條完整的上行鏈路信號路徑。這帶來了很大的挑戰，即需要避免兩個強信號彼此干擾。在這些情況下，必須實現高隔離濾波。