SAW濾波器救援無(wú)線產(chǎn)品，從不切實(shí)際的分立方案

過(guò)濾器一直在RF信號(hào)通路的重要組成部分。在過(guò)去，工程師們成為熟練的濾波器設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐的復(fù)雜性，以便創(chuàng)建基于分立元件真正的過(guò)濾器。然而，對(duì)于今天的無(wú)線設(shè)備和應(yīng)用，所需的過(guò)濾器規(guī)格越來(lái)越難以滿足使用這種方法作為RF頻譜變得更加擁擠，切成較小的裂片，而工作頻率增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GHz的閾值?，F(xiàn)實(shí)情況是，使用分立元件濾波器不能滿足性能，一致性(由于寄生電容)許多當(dāng)今的射頻產(chǎn)品，尺寸和成本的需求。

幸運(yùn)的是，整體狀裝置，例如彈性表面波被開(kāi)發(fā)，在過(guò)去幾十年(SAW)濾波器，并且這些提供所需的功能和特點(diǎn)。隨著SAW濾波器，工程師，而不是濾波器的設(shè)計(jì)主要涉及選擇過(guò)濾器作為一個(gè)單獨(dú)的完整實(shí)體。 SAW濾波器提供的性能，尺寸和成本有利的組合，并且被廣泛用于實(shí)施無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，LTE，GSM，藍(lán)牙，和許多其它無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序。

一種多頻帶智能手機(jī)可以具有十個(gè)或更多的聲表面波濾波器，履行許多角色：寬帶，窄帶，帶通，低通和高通，同時(shí)在系統(tǒng)級(jí)，以及在高度局部子電路(圖1)。其結(jié)果是，工程師的濾波器相關(guān)的活動(dòng)已經(jīng)從通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作的移位和相關(guān)聯(lián)的測(cè)試/調(diào)試到，相反，一個(gè)合適的，可用的過(guò)濾器的選擇(這是好事，對(duì)大多數(shù)工程師)。

在蜂窩電話的SAW器件的圖像

圖1：SAW濾波器被用在量在無(wú)線設(shè)備，對(duì)于前端濾波，窄多頻帶濾波，以及消除特定干擾源;它們可以是窄的或?qū)挼?，具有帶通，低通和高通FIR特性。 (太陽(yáng)誘電的提供)

SAW濾波器基礎(chǔ)知識(shí)

的SAW器件變換所述電子射頻信號(hào)能量為機(jī)械能在聲域。該過(guò)濾器是基于用作基板，例如石英，鈮酸鋰，鉭酸鋰，或鑭鎵硅酸鹽壓電材料。該基板的兩端封端以雕刻金屬層作為電 - 聲換能器，從梳狀指狀物形成為叉指換能器(IDT)，如圖2。

叉指換能的圖像

圖2：在壓電體襯底轉(zhuǎn)換撞擊電能到聲 - 機(jī)械能量的每一端梳狀叉指換能器，所述能量波則在表面上，在那里它被轉(zhuǎn)換回電能用IDT在接收端行進(jìn)。 (南佛羅里達(dá)大學(xué)提供)

電信號(hào)被施加到該裝置的一端，穿過(guò)壓電材料的表面，在那里其行進(jìn)如表面聲波(瑞利后稱為Rayleigh波，誰(shuí)分析它們?cè)敿?xì)地)轉(zhuǎn)換為聲能由源IDT和發(fā)動(dòng)。能量被再轉(zhuǎn)換回電子信號(hào)在遠(yuǎn)端由一個(gè)類似的但不完全相同的IDT，用來(lái)捕捉的能量。幸運(yùn)的是，整體電氣/聲學(xué)和互補(bǔ)的聲/電轉(zhuǎn)換過(guò)程是高效率的，達(dá)到99%或更高;這有助于保持SNR和信號(hào)完整性。

該SAW過(guò)濾結(jié)果的建設(shè)性和破壞性的干擾，由于當(dāng)波浪整個(gè)表面上移動(dòng)時(shí)的3000至12,000米/秒(取決于基體材料)發(fā)生的波延遲。在接收端的延遲輸出結(jié)合，得到一個(gè)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器響應(yīng)。該聲能的傳播速度是遠(yuǎn)，比電傳播慢得多，因此具有機(jī)械可行尺寸。通過(guò)調(diào)整行進(jìn)距離和IDT手指尺寸，因此它們的脈沖響應(yīng)，該SAW器件的駐波干涉圖形建立一個(gè)期望的濾波器的中心頻率，帶寬，類型，以及其他因素。

需要注意的是SAW是基本概念和實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的全電子，RLC-基于過(guò)濾器完全不同的;它不只是一個(gè)集成電路，單片再創(chuàng)作的RLC-類型的過(guò)濾器。然而，制造工藝在許多方面為標(biāo)準(zhǔn)的IC類似，這樣成熟的技術(shù)，投資和制造技術(shù)SAW器件的杠桿作用。像的RLC濾波器，它是一個(gè)無(wú)源設(shè)備，不需要電源。

散裝聲波(BAW)濾波器和FBAR(薄膜體聲波諧振器)處于第一外觀的SAW器件相似，但有一些重要的差異。在一個(gè)BAW裝置中，聲能行進(jìn)通過(guò)在壓電基板設(shè)置駐波，而不是在整個(gè)表面中的SAW濾波器。所述FBAR是在BAW方法的變型;它使用蝕刻腔具有懸浮的膜結(jié)構(gòu)內(nèi)，以達(dá)到預(yù)期的共振，因此，過(guò)濾。在一般情況下，SAW器件是在最適合只進(jìn)入單位千兆赫范圍內(nèi)，而B(niǎo)AW器件是在數(shù)GHz或更高更好的選擇。

雖然標(biāo)準(zhǔn)的SAW(和BAW)設(shè)備固定頻率器件，工作正在做，使他們與可接受的性能進(jìn)行可調(diào)諧濾波器;一些這方面的工作利用MEMS技術(shù)。以這種方式，單個(gè)設(shè)備可以被指示為“在飛行中”改變其工作頻率，以服務(wù)幾個(gè)條帶，在成本和空間的節(jié)省明顯的優(yōu)勢(shì)。

SAW濾波器參數(shù)

當(dāng)選擇SAW濾波器是感興趣的主要參數(shù)類似于用于常規(guī)過(guò)濾器(圖3)。這些包括中心頻率，帶寬，插入損耗，衰減，功率處理，和溫度穩(wěn)定性。由于它們的合理的良好性能，成本低，而且體積小，數(shù)十億這些設(shè)備都是由幾十個(gè)供應(yīng)商(其中許多人是大批量供應(yīng)，但其名稱不一般公知的)，具有獨(dú)特的數(shù)萬(wàn)每年產(chǎn)生型號(hào)。

聲表面波器件的頻率特性圖片

圖3：像傳統(tǒng)的被動(dòng)的RLC系濾波器，濾波器的性能的關(guān)鍵參數(shù)是中心頻率，帶內(nèi)的插入損耗，和出帶外衰減。 (太陽(yáng)誘電的提供)

其結(jié)果是，它是很難舉出典型的SAW規(guī)格，如每個(gè)可用裝置具有權(quán)衡諸如窄的帶寬，但更大的損失;沒(méi)有具有跨所有參數(shù)的“最佳”規(guī)格SAW器件。表面波中心頻率跨越大約50 MHz到幾GHz，與一個(gè)和中心頻率的10%之間的帶寬。插入損耗是介于3至30分貝，回波損耗可介于10至30分貝。

在一般情況下，SAW器件并不作為過(guò)濾器的高功率的信號(hào)，但它們通?？梢蕴幚?0到30 dBm的信號(hào)。非常關(guān)心的很多設(shè)計(jì)師是他們的頻率溫度系數(shù)(溫度系數(shù))，它可以在許多情況下的一個(gè)問(wèn)題。的SAW器件在-50 PPM / 2 C的典型溫度系數(shù)。也有更先進(jìn)的(并因此更昂貴的)的溫度補(bǔ)償?shù)腟AW配置，其具有溫度系數(shù)低至-15-25 ppm的/℃。

零件顯示不同的表現(xiàn)

在常見(jiàn)的應(yīng)用中使用的SAW濾波器，每一個(gè)適合于一個(gè)特定的應(yīng)用程序小生，兩個(gè)例子顯示幾千可用單位之間的多樣性。從太陽(yáng)誘電在F6QA1G585M2AT是設(shè)計(jì)用于GPS / GLONASS衛(wèi)星接收機(jī)，以1565.42到1605.886兆赫的通帶50Ω，單端設(shè)備。插入損耗是1和2之間dB的這種通帶，(圖4)內(nèi)，急劇增加，以更好地大于30 dB通帶外側(cè)。該過(guò)濾器裝在一個(gè)1.1×0.9 * 0.5毫米厚的封裝。

F6QA1G585M2AT的圖像從太陽(yáng)誘電的SAW濾波器

圖4：從太陽(yáng)誘電的F6QA1G585M2AT SAW濾波器對(duì)于在GPS / GLONASS接收機(jī)使用進(jìn)行了優(yōu)化，具有40 MHz的通帶中心在1585.653兆赫和急劇下降區(qū)切換的通帶之外。

還感興趣的RF設(shè)計(jì)者是如所示的史密斯圓圖上的輸入和輸出阻抗，(圖5和圖6)，用電路所需要的阻抗匹配在SAW濾波器的任一側(cè)，以盡量減少駐波(VSWR)和反射。

功能塊之間的阻抗匹配的圖像

圖5：射頻電路設(shè)計(jì)始終關(guān)注功能塊之間的阻抗匹配，所以F6QA1G585M2AT數(shù)據(jù)表中包含的輸入阻抗特性的史密斯圓圖。

在F6QA1G585M2AT的史密斯圓圖的圖像

圖6：同樣關(guān)鍵的是F6QA1G585M2AT輸出阻抗的史密斯圓圖。