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(wú)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(wú)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(lái)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(wú)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(kāi)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(yǔ) | ||
|---|---|---|
| SAW | 表面聲波 | |
| BAW | 體聲波 | |
| 衰減 | 信號(hào)通過(guò)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(wú)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(lái)說(shuō)，這種拐角變圓的情況可能會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。 | |
| 濾波通帶 | 信號(hào)通過(guò)且相對(duì)無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)，同時(shí)抑制所有其他頻率。 |
濾聲器有什么用途？
前端過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾掉特定的頻率？
- 穿過(guò)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(guò)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(guò)調(diào)整穿過(guò)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(wèn)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(wú)線技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)濾波器的需求越來(lái)越少，但質(zhì)量要求卻越來(lái)越高。聲波濾波器不是借助分立元件來(lái)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(wú)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(guò)程。
編輯：amy 最后修改時(shí)間：2019-09-12
