工程师一直在寻找最简单的解决方案来应对复杂的系统设计挑战。无需再寻找 U-NII 1-8、5 和 6 GHz 领域的答案。在本文，我们回顾最先进的 bandBoost™ 滤波器如何帮助提高系统设计容量和吞吐量，为工程师的复杂设计提供简单、灵活的解决方案，同时帮助满足那些严格的最终产品合规性要求。
Wi-Fi 现状总结
多年来，Wi-Fi 的使用呈指数增长。最近，由于在家工作、学校要求、游戏进步，当然还有 5G，在 2020 年新冠大流行的推动下，Wi-Fi的使用已经飙升至难以想象的水平。根据 Statista 的数据，与 2019 年同期相比，2020 年 3 月的前几周家庭数据使用量增加了 18%，平均每日数据使用率超过 16.6 GB。
随着使用量的增加，人们对随时随地访问 Wi-Fi 的期望也随之增加——无论是在家里还是在工作场所。满足这些期望需要更多的无线回程设备来在互联网和子网之间传输数据。它还需要现有技术的进步，以达到无线服务提供商所看到的容量、范围、信号可靠性和不断增加的新应用程序（APP）数量。图 1 显示了无线应用的指数级增长——从电子邮件到视频会议、智能家居功能、游戏和虚拟现实——随着无线技术的不断发展。
图 1
图 1：Wi-Fi 的进步
802.11 标准现在已经发展到 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E，提供超过 5 GHz 和高达 7125 GHz 的 6 GHz 区域的服务，如图 2 所示。这个更高的频率范围增加了我们的视频容量以确保我们的安全系统和流媒体。
图 2
图 2：三频 Wi-Fi 频段
然而，在更高的频率范围内工作会带来挑战，例如更多的信号衰减和热量增加——尤其是在试图满足小尺寸要求时。为了正面应对这些挑战，射频前端 (RFFE) 工程师需要将现有技术提升到另一个层次。其中一项进步是 BAW 滤波器技术，现在在 Wi-Fi 系统设计中大量使用。
如下图 3 所示，Qorvo 拥有三种 BAW 滤波器变体，可提升整体 Wi-Fi 性能、最大化网络容量、增加射频覆盖范围并减轻同时运行的许多不同家庭无线电之间的干扰。
图 3
图 3：bandBoost、edgeBoost 和 coexBoost 滤波器技术性能
5 和 6 GHz 频段BandBoost 滤波器
在之前的一篇名为“Wi-Fi 三频系统的重要组成部分 – 5.2 GHz 射频滤波器”的博文中，我们探讨了使用 Qorvo QPQ1903 和 QPQ1904 等BandBoost 滤波器如何帮助降低设计复杂性并帮助实现共存。我们还探索了这些 bandBoost 滤波器如何提供高隔离度，帮助减少天线设计中的功能，从而实现更便宜的天线。因此，RFFE 隔离参数不再需要完全依赖于天线。这降低了天线和屏蔽成本——最多可降低 20% 的成本。
这些 bandBoost BAW 滤波器在将 U-NII-2A 波段与 U-NII-2C 波段分开方面发挥着关键作用，U-NII-2C 波段只有 120 MHz 的带隙，如图 4 所示。使用这些滤波器，我们可以获得 Wi- Fi 覆盖范围以最高的吞吐量和容量到达家中的每个角落。在 Wi-Fi 系统设计中使用此解决方案已显示最终用户的容量增加了 4 倍。
图 4
图 4：5 GHz 频段BandBoost 滤波器和 U-NII 1-4 频段
美国联邦通信委员会定义的 U-NII 无线电频段是 WLAN 设备和许多无线 ISP 使用的无线电频谱的一部分。截至 2021 年 3 月，U-NII 包括八个频段范围。 U-NII 1 到 4 用于 5 GHz WLAN（802.11a 和更新版本），5 到 8 用于 6 GHz WLAN (802.11ax)。 U-NII 2 进一步分为三个小子段：A、B 和 C。
这些滤波器比市场上 Wi-Fi 应用中使用的传统滤波器小得多，可实现更紧凑的三频无线电。它们还具有出色的隔离度，可为设计人员实现超过 80 dB 的系统隔离度。这有助于工程师满足严格的 Wi-Fi 6 和 6E 要求。
图 5
图 5：使用 QPQ1903 和 QPQ1904 bandBoost 滤波器的好处
添加多输入多输出 (MIMO) 和 6 GHz 范围内的更高频率会增加系统热耗。随着更多的散热热要求，强大的 RFFE 组件是必须的。大部分行业规定其部件在 60°C 至 80°C 范围内工作，但根据在此频率范围内产生的系统温度，需要更高的工作温度。为了解决这些挑战，我们花费了大量的设计时间来提高 BAW 的温度能力。随着 Wi-Fi 5、6/6E 和即将推出的 Wi-Fi 7 中的产品设计，开发变得更具挑战性，并且随着汽车领域等为 BAW 开辟新机遇，对更高温度能力的需求推动已经到来前沿。
Qorvo BAW 技术工程师通过设计超出通常 85°C 最高工作温度范围（最高可达 +95°C）的设备，提供了创新器件。这为产品设计师和最终产品客户带来了巨大的好处。现在可以实现更时尚的设备，因为最终产品不再需要大型散热器。这也缩短了设计时间，因为工程师可以更轻松地满足系统的散热要求。与热量相关的另一项进步是 bandBoost BAW 产品可在 +95°C 下工作，同时仍能满足 0.5 至 1 dB 的低插入损耗。
这种较低的插入损耗可将 Wi-Fi 范围和接收质量提高多达 22%。随着 RFFE 低噪声放大器 (LNA) 处的 RF 信号得到改善，较低的插入损耗还意味着提高了耐热能力和性能。下面，图 6 显示了 QPQ1903 和 QPQ1904 edgeBoost™ BAW 滤波器的特性和优势。
图 6
图 6：QPQ1903 和 QPQ1904 的特性和优势
这些滤波器不仅为 LNA 带来好处，而且它们体积小且性能良好，可以安装在包含 LNA、开关、PA 和滤波器的微型集成 Wi-Fi 模块封装内。这样做会彻底改变最终产品系统布局，使设计更容易并有助于加快上市时间。工程师不再需要将单个无源和有源组件匹配和插入到他们的 PC 板上，现在他们可以在这些称为集成前端模块 (iFEM) 的复杂集成模块中完成所有工作，轻松创建即插即用解决方案安装在他们的设计上。
一个完美的例子是 QPF7219 2.4 GHz iFEM，如图 7 所示。Qorvo 不仅提供了带有离散 edgeBoost BAW 滤波器的解决方案，以提高所有 Wi-Fi 信道的输出功率和容量。但 Qorvo 更进了一步，将这种滤波器包含在 iFEM（我们的 QPF7219）中，为客户提供插入式引脚兼容的替代品，提供相同的容量和范围性能结果。这为客户提供了设计灵活性和设计中的电路板空间，并且是市场上同类产品中的第一个。
图 7
图 7：在 iFEM 内部用作离散的 edgeBoost
对更小、更时尚的产品设计的需求始终是 Wi-Fi 工程师的首要考虑。但要实现这一目标，意味着组件设计师需要在设计的许多领域开发更小的产品，而不仅仅是在一两个领域。从三频 Wi-Fi 芯片组的角度来看，Qorvo 已经正面解决了这个问题。 Qorvo 提供了一整套 iFEM 替代方案，以解决产品中的许多信号传输和接收线路。这允许 Wi-Fi 设计制造商在三频最终产品设计中管理所有 UNII 和 2.4 GHz 频段。
图 8
图 8：具有物联网三频前端解决方案的 2.4 GHz 和 5 GHz Wi-Fi 6
这种在 iFEM 内部结合滤波器的新设计解决方案等同于更小的 PC 板和更少的屏蔽措施，如下图 9 所示。屏蔽匹配和 PC 板空间很昂贵，更不用说提供这些材料所需的额外设计时间了。通过将所有 RFFE 材料放置在一个模块中，系统设计人员可以节省成本、加快设计速度并更快地将产品推向市场。
图 9
图 9：将滤波器技术置于 iFEM 中可消除屏蔽并降低整体 RFFE 外形尺寸
随着 Wi-Fi 系统设计人员不断面临新规范要求的挑战，他们需要更新或增强的技术来满足需求。通过与我们的客户合作，我们提供了最先进的解决方案，以解决最终客户遇到的棘手的散热、性能、尺寸、干扰、容量、吞吐量和范围方面的困难。这些解决方案使他们能够改进他们的设计，以满足当今和未来的 Wi-Fi 应用浪潮。
（参考来源：Qorvo）
