村田代理給您簡(jiǎn)述SAW和BAW濾波器
簡(jiǎn)介：為什么 SAW 和 BAW 相當(dāng)實(shí)用？
濾波器會(huì)評(píng)估信號(hào)并去除不需要的頻率，同時(shí)保留所需頻率。濾聲器是移動(dòng)設(shè)備中最常用的濾波器。一款高端智能手機(jī)必須要對(duì)多達(dá)15個(gè)頻段的2G、3G和4G無線接入方式的發(fā)送和接收路徑進(jìn)行濾波，同時(shí)要濾波的還包括：藍(lán)牙、Wi-Fi和其他無線通訊路徑。這些手機(jī)可能需要多達(dá)40多個(gè)濾波器；隨著下一代技術(shù)不斷膨脹的需求和創(chuàng)新，未來手機(jī)會(huì)需要更多的濾波器。
由分立元件構(gòu)成的濾波器已無法滿足當(dāng)今產(chǎn)品的性能、尺寸和成本要求。但值得慶幸的是，聲波濾波器（如SAW和BAW）支持工程師和開發(fā)人員在類似單片的完整封裝中選擇相應(yīng)的濾波器。濾聲器可以在高頻和低頻（高達(dá)6GHz）下工作，是物理上最小的濾波器之一，并且具有滿足復(fù)雜濾波要求的最佳性能和成本點(diǎn)。本文將討論SAW和BAW濾波器的特性、差異、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。
| 術(shù)語 | ||
|---|---|---|
| SAW | 表面聲波 | |
| BAW | 體聲波 | |
| 衰減 | 信號(hào)通過RF濾波器后引起的振幅損失，通常以分貝（dB）為單位。 | |
| 插入損耗 | 由于將元件插入信號(hào)路徑而導(dǎo)致的信號(hào)功率損耗。 | |
| 隔離 | 將一個(gè)信號(hào)與另一個(gè)信號(hào)分離以防止它們之間的無意交互（例如，傳輸和接收交互）。 | |
| Q因子 | 品質(zhì)因子（Q因子）是濾波器損耗的主要決定因素之一。Q值較低會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗較高并使濾波器拐角變圓。對(duì)于窄帶調(diào)制來說，這種拐角變圓的情況可能會(huì)產(chǎn)生問題。 | |
| 濾波通帶 | 信號(hào)通過且相對(duì)無衰減的區(qū)域。 | |
| 波紋 | 通帶中的插入損耗的變化。 | |
| 選擇性 | 濾波器測(cè)量通過抑制特定頻率（相對(duì)于濾波器中心頻率）的能力。選擇性通常表示為通過濾波器的損耗，這發(fā)生在與濾波器中心頻率的某些指定差異處。 | |
| 帶通 | 允許兩個(gè)頻率之間的所有頻率通過，同時(shí)抑制所有其他頻率。 |
濾聲器有什么用途？
前端過濾
窄帶多頻段濾波
消除特定的干擾源
窄帶或?qū)拵V波
低通或高通濾波
注意：選擇濾聲器時(shí)應(yīng)考慮的主要技術(shù)參數(shù)是頻率、功率容量、帶寬、插入損耗、衰減和溫度穩(wěn)定性。
| SAW 摘要信息 |
|---|
| （+）通常比BAW便宜 |
| （+）體積小于傳統(tǒng)的腔體和陶瓷濾波器 |
| （+）插入損耗低/抑制性較好 |
| （+）適用于GSM、CDMA、3G和一些4G頻段 |
| （-）頻率達(dá)到1GHz以上時(shí)，選擇性下降，但SAW的可工作頻率上限約為2.7GHz |
| （-）頻率超過2.7GHz時(shí)，由于性能下降，SAW的使用受到限制 |
| （-）這些設(shè)備對(duì)溫度敏感——基材在較高溫度下變得更易彎折，會(huì)使聲速受到負(fù)面影響。 |
SAW 濾波器 的結(jié)構(gòu)是什么？
- 實(shí)際的濾波器由壓電基材（一種為響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生電荷的材料）制成，例如鋰鈮酸鋰、鉭酸鋰、石英或鑭鎵硅酸鹽。每種材料均具有不同的電性能和溫度系數(shù)。
- 濾波器基板的兩側(cè)都覆蓋有由梳狀指形物形成的金屬層，該指形物用作叉指式換能器（IDT）。（圖.1）
圖 .1 ： SAW 濾波器的內(nèi)部組成（由南佛羅里達(dá)大學(xué)提供）
信號(hào)如何通過設(shè)備傳輸？
- 電信號(hào)被提供給設(shè)備的一端；此端的梳狀I(lǐng)DT將信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲能，并將其作為表面聲波發(fā)送到基板上。然后聲波被另一個(gè)IDT轉(zhuǎn)換回元件另一端的電子信號(hào)。
它如何過濾掉特定的頻率？
- 穿過基板表面的聲波移動(dòng)的速度慢于任一端上IDT的電氣速度。而穿過基板的波發(fā)生的延遲在接收端的IDT處相結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生了有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器響應(yīng)。
- 通過調(diào)整穿過基板的行進(jìn)距離和IDT指的尺寸，可改變沖激響應(yīng)。而這就決定了帶寬、中心頻率、類型和其他因素。
其他考慮因素
- 中心頻率的范圍從50MHz到約2.7GHz。
- 可處理10-30dBm信號(hào)，但不適用于高功率信號(hào)。
- 標(biāo)準(zhǔn)SAW中的頻率溫度系數(shù)存在問題（約-50ppm/℃），但也可以使用更為昂貴的溫度補(bǔ)償模型，其系數(shù)低至-15至-25ppm/℃。
| BAW 摘要信息 |
|---|
| （+）在高頻（1.5GHz-6GHz）下性能高于SAW |
| （+）優(yōu)秀的Q——通常情況下，其損耗極低且?guī)馑p大 |
| （+）濾波器尺寸隨著頻率的增加而降低，因此非常適用于要求苛刻的3G和4G應(yīng)用 |
| （+）對(duì)溫度變化的敏感度遠(yuǎn)低于SAW |
| （-）比SAW貴 |
BAW 詳細(xì)信息
BAW 濾波器的結(jié)構(gòu)是什么？
BAW通常使用石英晶體作為壓電基板。石英的頂部和底部均帶有金屬貼片。（圖.2）
圖 .2 ： BAW 濾波器的結(jié)構(gòu)
信號(hào)如何通過設(shè)備傳輸？
- 位于石英頂部和底部的金屬片會(huì)激發(fā)聲波，該聲波會(huì)在貼片和晶體之間來回反彈。BAW中的聲波以垂直方式傳播，而SAW濾波器則采用水平行進(jìn)路徑。
它如何過濾掉特定的頻率？
- 諧振頻率與薄膜厚度成反比，這同時(shí)適用于金屬和介電層。例如，減少頂層金屬的厚度可以增加共振頻率。這就是濾波器尺寸隨著頻率的升高而降低的原因。
- 通過將聲波能量存儲(chǔ)在壓電材料中，BAW可以實(shí)現(xiàn)非常高的品質(zhì)（Q），從而轉(zhuǎn)換成帶外衰減大且極具競(jìng)爭(zhēng)性的濾波器。
其他考慮因素
- 其他類型的BAW濾波器包括FBAR（薄膜體聲波諧振器）和BAW-SMR（固態(tài)裝配諧振器BAW）設(shè)備，其中包括能夠很好地捕獲聲波并產(chǎn)生高聲能的附加微結(jié)構(gòu)——因而在微波頻率和相同尺寸的條件下，此類濾波器的Q值要高于任何其他的濾波器。
文章摘要
濾波器在所有信號(hào)處理應(yīng)用中都至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代無線技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)濾波器的需求越來越少，但質(zhì)量要求卻越來越高。聲波濾波器不是借助分立元件來制作尺寸限制濾波器并處理寄生電容對(duì)濾波的影響，而是提供了更好的解決方案。這些無源、單片式濾波器采用了緊湊的IC設(shè)計(jì)，具有體積小、成本低且Q因子高的特點(diǎn)，并且能夠滿足高度特定和高性能的濾波要求。SAW濾波器適用于較低頻率（最高2.7GHz），BAW濾波器則適用于較高頻率（2.7GHz-6GHz）。得益于這些濾聲器，RF應(yīng)用的 濾波器設(shè)計(jì) 已經(jīng)改為 濾波器選擇 ，大大簡(jiǎn)化了這一過程。
編輯：amy 最后修改時(shí)間：2019-09-12
