摘要：濾波器在所有信號處理應用中都至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代無線技術(shù)的進步，對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，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(shè)計 已經(jīng)改為 濾波器選擇 ，大大簡化了這一過程。

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(shè)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(fā)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(shù)不斷膨脹的需求和創(chuàng)新，未來手機會需要更多的濾波器。

 
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(jié)構(gòu)和應用。
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：選擇濾聲器時應考慮的主要技術(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 濾波器 的結(jié)構(gòu)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(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（由南佛羅里達大學提供）

 
信號如何通過設(shè)備傳輸？
電信號被提供給設(shè)備的一端；此端的梳狀 IDT 將信號轉(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 IDT 轉(zhuǎn)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(fā)生的延遲在接收端的 IDT 處相結(jié)合，進而產(chǎn)生了有限沖激響應（FIR）濾波器響應。

通過調(diào)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(shù)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(shù)低至 -15 至 -25ppm/℃。
 

BAW 詳細信息

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)

 
信號如何通過設(shè)備傳輸？
位于石英頂部和底部的金屬片會激發(fā)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(xiàn)非常高的品質(zhì)（Q），從而轉(zhuǎn)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(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。

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