【導讀】面對復雜的系統設計挑戰，工程師們一直在努力尋求最簡單的解決方案。不妨看看 U-NII 1-8、5 和 6 GHz 解決方案。在本文中，我們將回顧一流的 bandBoost™ 濾波器如何提高系統設計容量和吞吐量，為工程師提供簡單靈活的解決方案，以實現復雜設計，同時幫助滿足嚴苛的最終產品合規性要求。
當今 Wi-Fi 發展概述
近年來，Wi-Fi 的使用率呈指數級增長。最近，由于 2020 年疫情的推動，居家工作、學校要求、游戲發展進步以及 5G 發展使 Wi-Fi 使用率飆升到了難以想象的水平。據 Statista 稱，與 2019 年同期相比，2020 年 3 月第 1 周居家數據使用率增加了 18%，其中日均數據利用率超過 16.6 GB。
隨著使用率的提高，人們也日益期待能夠隨顯示隨著無線技術的不斷進步，無線時隨地（如家里、外面和工作場所）使用 Wi-Fi。滿足這些期望需要使用更多的無線回程設備在互聯網和子網之間傳輸數據。它還需要利用現有技術的進步來滿足容量、范圍、信號可靠性以及無線服務提供商提供的新應用數量不斷增長的需求。圖 1 應用（從電子郵件到視頻會議、智能家居功能、游戲和虛擬現實）呈指數級增長。
深入了解：
○ 請閱讀 Qorvo 的白皮書，其中詳細介紹了 Wi-Fi 在過去 20 年來的發展歷程。
○ 了解有關我們行業領先的 BAW 濾波器解決方案的更多信息。
圖 1：Wi-Fi 的發展
802.11 標準現已發展至 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E，同時提供 5 GHz 以上至 6 GHz 頻段范圍（最高可達 7125 GHz）的服務，如圖 2 所示。這種更高的頻率范圍增加了我們的安全系統和流媒體的視頻容量。
圖 2：三頻段 Wi-Fi 頻段
然而，在更高頻率范圍內工作可能會帶來更多的挑戰，如更多的信號衰減和熱量增加，特別是試圖滿足小巧外形要求時。為直面這些挑戰，射頻前端 (RFFE) 工程師需將現有技術提升至全新水平。其中一個進步就是 BAW 濾波技術，該技術如今開始在 Wi-Fi 系統設計中廣泛使用。
如下圖 3 所示，Qorvo 有三種 BAW 濾波器型號，它們可以提高 Wi-Fi 的整體性能，最大限度地提高網絡容量，擴大 RF 范圍，并減少許多同時運行的不同家用無線電之間的干擾。
圖 3：bandBoost、edgeBoost 和 coexBoost 濾波器技術性能
5 GHz 和 6 GHz bandBoost 濾波器
在之前名為《Wi-Fi 三頻段系統的重要組成部分 - 5.2 GHz RF 濾波器》的博文中，我們探討了如何利用 bandBoost 濾波器（如 Qorvo QPQ1903 和 QPQ1904 來降低設計復雜性和實現共存。我們還探索了這些 bandBoost 濾波器如何實現較高隔離度，從而在天線設計中減少該功能，以降低天線成本。因此，RFFE 隔離參數不再完全依賴于天線。這可將天線和屏蔽的成本降低高達 20%。
這些 bandBoost BAW 濾波器在區分 U-NII-2A 頻段和 U-NII-2C 頻段方面可發揮關鍵作用，兩個頻段之間只有 120 MHz 的帶隙，如圖 4 所示。利用這些濾波器，我們能夠以最高吞吐量和容量使 Wi-Fi 覆蓋家庭的每個角落。通過在 Wi-Fi 系統設計中使用這種解決方案，最終用戶的容量增加了 4 倍。
無牌國家信息基礎設施 (U-NII)
由美國聯邦通信委員會定義的 U-NII 無線電頻段是 WLAN 設備和許多無線 ISP 使用的無線電頻譜的一部分。
截止 2021 年 3 月，U-NII 包含 8 個頻段范圍。U-NII 1 至 4 適用于 5 GHz WLAN（802.11a 及更高標準），而 U-NII 5 至 8 適用于 6 GHz WLAN (802.11ax)。U-NII 2 可進一步分為三個部分：A、B 和 C。
圖 4：5 GHz 和 6 GHz bandBoost 濾波器和 U-NII 1-4 頻段
這些濾波器比市場上 Wi-Fi 應用中使用的傳統濾波器明顯更小，從而可實現更緊湊的三頻帶無線電解決方案。它們還具有卓越的隔離性能，使設計人員可實現超過 80 dBm 的系統隔離性能。這有助于工程師滿足苛刻的 Wi-Fi 6 和 6E 要求。
圖 5：使用 QPQ1903 和 QPQ1904 bandBoost 濾波器的好處
在 6 GHz 范圍內增加多輸入、多輸出 (MIMO) 和更高頻率會增加系統溫度。隨著散熱要求的增加，必須使用可靠的 RFFE 組件。業內許多制造商的部件額定工作溫度范圍為 60℃ 至 80℃，但根據該頻率范圍內產生的系統溫度，工作溫度通常會更高。為解決這些設計挑戰，我們在提高 BAW 溫度性能方面耗費了大量時間。由于產品設計基于 Wi-Fi 5、6/6E 和即將到來的 Wi-Fi 7 進行，因此開發工作更具挑戰性，且隨著 BAW 打開了汽車領域等新市場，對更高溫度性能的需求已成為當務之急。
Qorvo BAW 技術工程師已設計出最高工作溫度超過 85℃（最高可達 +95℃）的創新型設備。這對產品設計人員和終端產品客戶都非常有益。如今，終端產品不再需要大型散熱器，因此可打造出更時尚的設備。同時，工程師可以更輕松地滿足系統散熱要求，從而減少了設計時間。另一個與熱量相關的進步就是，bandBoost BAW 產品可在 +95℃ 下工作，同時仍滿足 0.5 至 1 dBm 的插入損耗要求。
插入損耗的降低可將 Wi-Fi 范圍和接收質量提高 22%。由于改善了 RFFE 低噪聲放大器 (LNA) 的射頻信號，更低的插入損耗意味著更高的散熱性能。下圖 6 顯示了 QPQ1903 和 QPQ1904 edgeBoost™ BAW 濾波器的功能和優勢。
圖 6：QPQ1903 和 QPQ1904 的功能和優勢
這些濾波器不僅可以為 LNA 帶來好處，而且它們外形小巧、性能良好，可以安裝在包含 LNA、開關、PA 和濾波器的微型集成式 Wi-Fi 模塊封裝內。這可明顯改變終端產品的系統布局，簡化產品設計，并有助于縮短產品的上市時間。工程師們不再需要在其 PC 電路板上匹配和插入單獨的無源和有源組件，如今他們可以在復雜的集成模塊（稱為集成前端模塊 (iFEM)）中完成所有操作，從而創建一個可輕松安裝在設計中的即插即用解決方案。
QPF7219 2.4 GHz iFEM 就是一個經典范例，如圖 7 中所示。Qorvo 不僅提供了分立式 edgeBoost BAW 濾波器解決方案，以增加所有 Wi-Fi 通道的輸出和容量，還將該濾波器納入了我們的 iFEM (QPF7219) 中，為客戶提供具有相同容量和范圍性能的引腳兼容型直接替代器件。這為客戶提供了設計靈活性，可節省設計中的電路板空間，并且是市場上同類產品中的首款器件。
圖 7：edgeBoost 用作 iFEM 的內部分立式組件
對于 Wi-Fi 工程師來說，更小巧、更時尚的產品設計通常是首要考慮因素。但要實現這一目標，組件設計人員需要在許多設計領域開發更小巧的產品，而不僅僅是一兩個領域。從三頻段 Wi-Fi 芯片組的角度來看，Qorvo 已經正面解決了這個問題。Qorvo 提供了一組完整的 iFEM 替代產品，以滿足產品中許多信號傳輸和接收線路的需求。這使得 Wi-Fi 設計制造商能夠在三頻段終端產品設計中管理所有 UNII 和 2.4 GHz 頻段。
圖 8：2.4 GHz 和 5 GHz Wi-Fi 6 與物聯網三頻段前端解決方案
這個新的設計解決方案在 iFEM 內部采用了濾波器，相當于縮小了 PC 電路板，減少了屏蔽，如下圖 9 所示。屏蔽匹配和 PC 電路板空間的成本非常高，更不用說提供這些材料所需的額外時間了。通過將所有 RFFE 材料置于一個模塊中，系統設計人員可節省成本，加快設計速度，并縮短其產品上市時間。
圖 9：在 iFE 中使用濾波器技術可消除屏蔽問題，并縮小 RFFE 的整體尺寸
由于 Wi-Fi 系統設計人員不斷受到新規范要求的挑戰，他們需要更新或增強的技術來滿足需求。通過與客戶合作，我們可提供一流解決方案，以解決其終端客戶所面臨的散熱、性能、尺寸、干擾、容量、吞吐量和范圍等棘手問題。利用這些解決方案，我們的客戶能夠改進其設計，以滿足當今和未來的 Wi-Fi 發展需求。
1. 居家數據使用率增加了 18%
https://www.statista.com/statistics/1106821/covid-19-change-in-in-home-data-usage-in-us-2020/
2. 日均數據利用率超過16.6 GB
https://www.statista.com/statistics/1106863/covid-19-daily-in-home-data-usage-change-us-2020/
3. 《Wi-Fi 三頻段系統的重要組成部分 - 5.2 GHz RF 濾波器》
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/wifi-5-point-2-ghz-rf-filters
4. QPQ1903
https://www.qorvo.com/products/p/QPQ1903
5. QPQ1904
https://www.qorvo.com/products/p/QPQ1904
6. QPF7219 2.4 GHz iFEM
https://www.qorvo.com/products/p/QPF7219
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