SAW和BAW滤波器概述

Jacktang

SAW和BAW滤波器概述 [复制链接]

      滤波器会评估信号并去除不需要的频率，同时保留所需频率。滤声器是移动设备中最常用的滤波器。一款高端智能手机必须要对多达15个频段的2G、3G和4G无线接入方式的发送和接收路径进行滤波，同时要滤波的还包括：蓝牙、Wi-Fi和其他无线通讯路径。这些手机可能需要多达40多个滤波器；随着下一代技术不断膨胀的需求和创新，未来手机会需要更多的滤波器。

      由分立元件构成的滤波器已无法满足当今产品的性能、尺寸和成本要求。但值得庆幸的是，声波滤波器（如SAW和BAW）支持工程师和开发人员在类似单片的完整封装中选择相应的滤波器。滤声器可以在高频和低频（高达6GHz）下工作，是物理上最小的滤波器之一，并且具有满足复杂滤波要求的最佳性能和成本点。本文将讨论SAW和BAW滤波器的特性、差异、结构和应用。

术语
SAW	表面声波
BAW	体声波
衰减	信号通过RF滤波器后引起的振幅损失，通常以分贝（dB）为单位。
插入损耗	由于将元件插入信号路径而导致的信号功率损耗。
隔离	将一个信号与另一个信号分离以防止它们之间的无意交互（例如，传输和接收交互）。
Q因子	品质因子（Q因子）是滤波器损耗的主要决定因素之一。Q值较低会导致损耗较高并使滤波器拐角变圆。对于窄带调制来说，这种拐角变圆的情况可能会产生问题。
滤波通带	信号通过且相对无衰减的区域。
波纹	通带中的插入损耗的变化。
选择性	滤波器测量通过抑制特定频率（相对于滤波器中心频率）的能力。选择性通常表示为通过滤波器的损耗，这发生在与滤波器中心频率的某些指定差异处。
带通	允许两个频率之间的所有频率通过，同时抑制所有其他频率。

滤声器有什么用途？

前端过滤
窄带多频段滤波
消除特定的干扰源
窄带或宽带通滤波
低通或高通滤波
注意：选择滤声器时应考虑的主要技术参数是频率、功率容量、带宽、插入损耗、衰减和温度稳定性。

SAW 摘要信息
（+）通常比BAW便宜
（+）体积小于传统的腔体和陶瓷滤波器
（+）插入损耗低/抑制性较好
（+）适用于GSM、CDMA、3G和一些4G频段
（-）频率达到1GHz以上时，选择性下降，但SAW的可工作频率上限约为2.7GHz
（-）频率超过2.7GHz时，由于性能下降，SAW的使用受到限制
（-）这些设备对温度敏感——基材在较高温度下变得更易弯折，会使声速受到负面影响。

SAW 滤波器 的结构是什么？

• 实际的滤波器由压电基材（一种为响应机械应力而产生电荷的材料）制成，例如锂铌酸锂、钽酸锂、石英或镧镓硅酸盐。每种材料均具有不同的电性能和温度系数。
• 滤波器基板的两侧都覆盖有由梳状指形物形成的金属层，该指形物用作叉指式换能器（IDT）。（图.1）

图 .1 ： SAW 滤波器的内部组成（由南佛罗里达大学提供）

信号如何通过设备传输？

• 电信号被提供给设备的一端；此端的梳状IDT将信号转换为声能，并将其作为表面声波发送到基板上。然后声波被另一个IDT转换回元件另一端的电子信号。

它如何过滤掉特定的频率？

• 穿过基板表面的声波移动的速度慢于任一端上IDT的电气速度。而穿过基板的波发生的延迟在接收端的IDT处相结合，进而产生了有限冲激响应（FIR）滤波器响应。
• 通过调整穿过基板的行进距离和IDT指的尺寸，可改变冲激响应。而这就决定了带宽、中心频率、类型和其他因素。

其他考虑因素

• 中心频率的范围从50MHz到约2.7GHz。
• 可处理10-30dBm信号，但不适用于高功率信号。
• 标准SAW中的频率温度系数存在问题（约-50ppm/℃），但也可以使用更为昂贵的温度补偿模型，其系数低至-15至-25ppm/℃。

BAW 摘要信息
（+）在高频（1.5GHz-6GHz）下性能高于SAW
（+）优秀的Q——通常情况下，其损耗极低且带外衰减大
（+）滤波器尺寸随着频率的增加而降低，因此非常适用于要求苛刻的3G和4G应用
（+）对温度变化的敏感度远低于SAW
（-）比SAW贵

BAW 详细信息

BAW 滤波器的结构是什么？

BAW通常使用石英晶体作为压电基板。石英的顶部和底部均带有金属贴片。（图.2）

图 .2 ： BAW 滤波器的结构

信号如何通过设备传输？

• 位于石英顶部和底部的金属片会激发声波，该声波会在贴片和晶体之间来回反弹。BAW中的声波以垂直方式传播，而SAW滤波器则采用水平行进路径。

它如何过滤掉特定的频率？

• 谐振频率与薄膜厚度成反比，这同时适用于金属和介电层。例如，减少顶层金属的厚度可以增加共振频率。这就是滤波器尺寸随着频率的升高而降低的原因。
• 通过将声波能量存储在压电材料中，BAW可以实现非常高的品质（Q），从而转换成带外衰减大且极具竞争性的滤波器。

其他考虑因素

• 其他类型的BAW滤波器包括FBAR（薄膜体声波谐振器）和BAW-SMR（固态装配谐振器BAW）设备，其中包括能够很好地捕获声波并产生高声能的附加微结构——因而在微波频率和相同尺寸的条件下，此类滤波器的Q值要高于任何其他的滤波器。