村田代理給您簡述SAW和BAW濾波器
簡介：為什么 SAW 和 BAW 相當實用？
濾波器會評估信號并去除不需要的頻率，同時保留所需頻率。濾聲器是移動設備中最常用的濾波器。一款高端智能手機必須要對多達15個頻段的2G、3G和4G無線接入方式的發送和接收路徑進行濾波，同時要濾波的還包括：藍牙、Wi-Fi和其他無線通訊路徑。這些手機可能需要多達40多個濾波器；隨著下一代技術不斷膨脹的需求和創新，未來手機會需要更多的濾波器。
由分立元件構成的濾波器已無法滿足當今產品的性能、尺寸和成本要求。但值得慶幸的是，聲波濾波器（如SAW和BAW）支持工程師和開發人員在類似單片的完整封裝中選擇相應的濾波器。濾聲器可以在高頻和低頻（高達6GHz）下工作，是物理上最小的濾波器之一，并且具有滿足復雜濾波要求的最佳性能和成本點。本文將討論SAW和BAW濾波器的特性、差異、結構和應用。
| 術語 | ||
|---|---|---|
| SAW | 表面聲波 | |
| BAW | 體聲波 | |
| 衰減 | 信號通過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路徑而導致的信號功率損耗。 | |
| 隔離 | 將一個信號與另一個信號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值較低會導致損耗較高并使濾波器拐角變圓。對于窄帶調制來說，這種拐角變圓的情況可能會產生問題。 | |
| 濾波通帶 | 信號通過且相對無衰減的區域。 | |
| 波紋 | 通帶中的插入損耗的變化。 | |
| 選擇性 | 濾波器測量通過抑制特定頻率（相對于濾波器中心頻率）的能力。選擇性通常表示為通過濾波器的損耗，這發生在與濾波器中心頻率的某些指定差異處。 | |
| 帶通 | 允許兩個頻率之間的所有頻率通過，同時抑制所有其他頻率。 |
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
窄帶或寬帶通濾波
低通或高通濾波
注意：選擇濾聲器時應考慮的主要技術參數是頻率、功率容量、帶寬、插入損耗、衰減和溫度穩定性。
| SAW 摘要信息 |
|---|
| （+）通常比BAW便宜 |
| （+）體積小于傳統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 |
| （-）頻率達到1GHz以上時，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，由于性能下降，SAW的使用受到限制 |
| （-）這些設備對溫度敏感——基材在較高溫度下變得更易彎折，會使聲速受到負面影響。 |
SAW 濾波器 的結構是什么？
- 實際的濾波器由壓電基材（一種為響應機械應力而產生電荷的材料）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。
- 濾波器基板的兩側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 濾波器的內部組成（由南佛羅里達大學提供）
信號如何通過設備傳輸？
- 電信號被提供給設備的一端；此端的梳狀IDT將信號轉換為聲能，并將其作為表面聲波發送到基板上。然后聲波被另一個IDT轉換回元件另一端的電子信號。
它如何過濾掉特定的頻率？
- 穿過基板表面的聲波移動的速度慢于任一端上IDT的電氣速度。而穿過基板的波發生的延遲在接收端的IDT處相結合，進而產生了有限沖激響應（FIR）濾波器響應。
- 通過調整穿過基板的行進距離和IDT指的尺寸，可改變沖激響應。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，但不適用于高功率信號。
- 標準SAW中的頻率溫度系數存在問題（約-50ppm/℃），但也可以使用更為昂貴的溫度補償模型，其系數低至-15至-25ppm/℃。
| BAW 摘要信息 |
|---|
| （+）在高頻（1.5GHz-6GHz）下性能高于SAW |
| （+）優秀的Q——通常情況下，其損耗極低且帶外衰減大 |
| （+）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應用 |
| （+）對溫度變化的敏感度遠低于SAW |
| （-）比SAW貴 |
BAW 詳細信息
BAW 濾波器的結構是什么？
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 濾波器的結構
信號如何通過設備傳輸？
- 位于石英頂部和底部的金屬片會激發聲波，該聲波會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在壓電材料中，BAW可以實現非常高的品質（Q），從而轉換成帶外衰減大且極具競爭性的濾波器。
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（固態裝配諧振器BAW）設備，其中包括能夠很好地捕獲聲波并產生高聲能的附加微結構——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
濾波器在所有信號處理應用中都至關重要。隨著現代無線技術的進步，對濾波器的需求越來越少，但質量要求卻越來越高。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設計，具有體積小、成本低且Q因子高的特點，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應用的 濾波器設計 已經改為 濾波器選擇 ，大大簡化了這一過程。
編輯：amy 最后修改時間：2019-09-12
