SAW和BAW滤波器概述 | 村田中文技术社区

作者:Digi-Key工程师 Kaili Simpson

简介:为什么 SAW 和 BAW 相当实用?

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。

文章摘要

滤波器在所有信号处理应用中都至关重要。随着现代无线技术的进步,对滤波器的需求越来越少,但质量要求却越来越高。声波滤波器不是借助分立元件来制作尺寸限制滤波器并处理寄生电容对滤波的影响,而是提供了更好的解决方案。这些无源、单片式滤波器采用了紧凑的IC设计,具有体积小、成本低且Q因子高的特点,并且能够满足高度特定和高性能的滤波要求。SAW滤波器适用于较低频率(最高2.7GHz),BAW滤波器则适用于较高频率(2.7GHz-6GHz)。得益于这些滤声器,RF应用的 滤波器设计 已经改为 滤波器选择 ,大大简化了这一过程。

文章来源:digikey

(0)

相关推荐

  • SAW滤波器基础——到底什么是SAW?

    大家好,我是小木匠,今天学点什么呢 上周我们一起学习了声波的基础知识:<声波和电磁波到底有什么区别?>,我们在文章中简单介绍了声波的原理,频率,波长以及波速.同时引出了声表面波滤波器SAW ...

  • 国产滤波器何去何从

    半导体行业观察 2271篇原创内容 公众号 最近滤波器很火,应各方要求,写一篇滤波器的文章,作为一个不是做滤波器的人来写滤波器,诚惶诚恐. 写作过程如有偏差,欢迎批评指正,及时学习修改,秉持客观公正, ...

  • 5G时代,FBAR 滤波器是否还有发展空间

    大家好,这里是[射频学堂]. 在之前的文章中,我们详细介绍过关于 声波滤波器的一些基础知识,声波滤波器主要包括表面波滤波器SAW,和体声波滤波器BAW,其中体声波滤波器,又有一个发展--薄膜声波滤波器 ...

  • 滤波器产业变局引发的思考

    来源:内容转载自公众号「钟林谈芯」,作者:钟林,谢谢. 半导体行业观察 最有深度的半导体新媒体,实讯.专业.原创.深度,50万半导体精英关注!专注观察全球半导体最新资讯.技术前沿.发展趋势.<摩 ...

  • 大家一起来欣赏一下那些常见的声波滤波器

    射频学堂 学射频,就来射频学堂! 131篇原创内容 公众号 大家好,我是RF小木匠,今天就整理的一些关于声波滤波器的文章资料,简单做个声波滤波器的概念科普. 最近在看关于声波滤波器的文章,也持续推出了 ...

  • 经典模拟滤波器仍值得研究吗?

    对于大多数的电路和系统来说,使用电感器.电容器和电阻器的模拟滤波器至关重要.无论是被动还是主动设计,透过具有高难度数学的理论结构.实际的「应用说明」(application note)设计与物料清单( ...

  • 大数据时代的突破性TI 体声波(BAW)技术

    时钟信号常用于同步电路,保证着相关电子组件得以同步运作.被形容为电子产品的心脏,可见时钟对电子产品的重要性. 传统的时钟使用石英晶体通过晶体振荡产生电子心跳,实现精确的节奏.但这些晶体的成本昂贵.易磨 ...

  • SAW滤波器技术知识简介 | 村田中文技术社区

    SAW滤波器是声表面波滤波器的简称,是采用石英晶体.压电陶瓷等压电材料,利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件,广泛应用于电视机及录像机中频电路中,以取代LC中频滤波器,使图像 ...

  • 盘点二极管及八大电路保护元器件 | 村田中文技术社区

    电路保护元器件应用领域广泛,只要有电的地方就有安装电路保护元器件的必要,如各类家用电器.家庭视听及数码产品.个人护理等消费类电子产品.计算机及其周边.手机及其周边.照明.医疗电子.汽车电子.电力.工业 ...

  • 电源基本知识问答二十条 | 村田中文技术社区

    电源基本知识问答二十条 | 村田中文技术社区

  • 电源设计中,十类常见元器件的解析 | 村田中文技术社区

    对于从事电源设计的工作中,会遇到各种复杂的电源问题,比如说各个元器件之间的兼容问题,还有就是如何精准选择替代元器件.要想设计出性能高的开关电源就必须弄懂弄通开关电源中各元器件的类型及主要功能.本文将总 ...

  • PCB布线 20 问 | 村田中文技术社区

    PCB布线 20 问 | 村田中文技术社区

  • 开关电源和普通电源到底有什么区别? | 村田中文技术社区

    什么叫开关电源? 随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新.目前,开关电源以小型.轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式. ...

  • 详解共模和差模电感电路 | 村田中文技术社区

    重要提示 所谓共模信号就是两个大小相等.方向相同的信号. 所谓差模信号就是两个大小相等.方向相反的信号. 图3-10所示是共模和差模电感器电路,这也是开关电源交流市电输入回路中的EMI滤波器,电路中的 ...

  • WiFi的十大常见误解 | 村田中文技术社区

    WiFi日益成为全球互联网连接的首选模式.据相关数据显示:到2020年,将会有240亿台设备连接到互联网上.而绝大多数设备将会使用无线的方式访问互联网.尽管越来越多的人知道WiFi,但是其实际上是如何 ...

  • 史上最全最详细无线通信传输技术及其频率分配汇总 | 村田中文技术社区

    注:表一为我国无委会1985年制定,表二为1992年制定.规定无绳电话频道间隔为25KHz,座机发射功率不得超过50mW,手机发射功率不得超过20mW.发射类别为F3E;F1D;G3E 注,315MH ...