過濾器一直在RF信號通路的重要組成部分。在過去，工程師們成為熟練的濾波器設計理論和實踐的復雜性，以便創(chuàng)建基于分立元件真正的過濾器。然而，對于今天的無線設備和應用，所需的過濾器規(guī)格越來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，而工作頻率增加遠遠超出GHz的閾值?，F(xiàn)實情況是，使用分立元件濾波器不能滿足性能，一致性(由于寄生電容)許多當今的射頻產(chǎn)品，尺寸和成本的需求。
幸運的是，整體狀裝置，例如彈性表面波被開發(fā)，在過去幾十年(SAW)濾波器，并且這些提供所需的功能和特點。隨著SAW濾波器，工程師，而不是濾波器的設計主要涉及選擇過濾器作為一個單獨的完整實體。 SAW濾波器提供的性能，尺寸和成本有利的組合，并且被廣泛用于實施無線網(wǎng)絡，LTE，GSM，藍牙，和許多其它無線標準的應用程序。
一種多頻帶智能手機可以具有十個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，同時在系統(tǒng)級，以及在高度局部子電路(圖1)。其結果是，工程師的濾波器相關的活動已經(jīng)從通過一個復雜的設計工作的移位和相關聯(lián)的測試/調試到，相反，一個合適的，可用的過濾器的選擇(這是好事，對大多數(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線設備，對于前端濾波，窄多頻帶濾波，以及消除特定干擾源;它們可以是窄的或寬的，具有帶通，低通和高通FIR特性。 (太陽誘電的提供)
SAW濾波器基礎知識
的SAW器件變換所述電子射頻信號能量為機械能在聲域。該過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：在壓電體襯底轉換撞擊電能到聲 - 機械能量的每一端梳狀叉指換能器，所述能量波則在表面上，在那里它被轉換回電能用IDT在接收端行進。 (南佛羅里達大學提供)
電信號被施加到該裝置的一端，穿過壓電材料的表面，在那里其行進如表面聲波(瑞利后稱為Rayleigh波，誰分析它們詳細地)轉換為聲能由源IDT和發(fā)動。能量被再轉換回電子信號在遠端由一個類似的但不完全相同的IDT，用來捕捉的能量。幸運的是，整體電氣/聲學和互補的聲/電轉換過程是高效率的，達到99%或更高;這有助于保持SNR和信號完整性。
該SAW過濾結果的建設性和破壞性的干擾，由于當波浪整個表面上移動時的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合，得到一個有限脈沖響應(FIR)濾波器響應。該聲能的傳播速度是遠，比電傳播慢得多，因此具有機械可行尺寸。通過調整行進距離和IDT手指尺寸，因此它們的脈沖響應，該SAW器件的駐波干涉圖形建立一個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是基本概念和實現(xiàn)比傳統(tǒng)的全電子，RLC-基于過濾器完全不同的;它不只是一個集成電路，單片再創(chuàng)作的RLC-類型的過濾器。然而，制造工藝在許多方面為標準的IC類似，這樣成熟的技術，投資和制造技術SAW器件的杠桿作用。像的RLC濾波器，它是一個無源設備，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BAW裝置中，聲能行進通過在壓電基板設置駐波，而不是在整個表面中的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構內，以達到預期的共振，因此，過濾。在一般情況下，SAW器件是在最適合只進入單位千兆赫范圍內，而BAW器件是在數(shù)GHz或更高更好的選擇。
雖然標準的SAW(和BAW)設備固定頻率器件，工作正在做，使他們與可接受的性能進行可調諧濾波器;一些這方面的工作利用MEMS技術。以這種方式，單個設備可以被指示為“在飛行中”改變其工作頻率，以服務幾個條帶，在成本和空間的節(jié)省明顯的優(yōu)勢。
SAW濾波器參數(shù)
當選擇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)十億這些設備都是由幾十個供應商(其中許多人是大批量供應，但其名稱不一般公知的)，具有獨特的數(shù)萬每年產(chǎn)生型號。
聲表面波器件的頻率特性圖片
圖3：像傳統(tǒng)的被動的RLC系濾波器，濾波器的性能的關鍵參數(shù)是中心頻率，帶內的插入損耗，和出帶外衰減。 (太陽誘電的提供)
其結果是，它是很難舉出典型的SAW規(guī)格，如每個可用裝置具有權衡諸如窄的帶寬，但更大的損失;沒有具有跨所有參數(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器件并不作為過濾器的高功率的信號，但它們通常可以處理10到30 dBm的信號。非常關心的很多設計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問題。的SAW器件在-50 PPM / 2 C的典型溫度系數(shù)。也有更先進的(并因此更昂貴的)的溫度補償?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)
在常見的應用中使用的SAW濾波器，每一個適合于一個特定的應用程序小生，兩個例子顯示幾千可用單位之間的多樣性。從太陽誘電在F6QA1G585M2AT是設計用于GPS / GLONASS衛(wèi)星接收機，以1565.42到1605.886兆赫的通帶50Ω，單端設備。插入損耗是1和2之間dB的這種通帶，(圖4)內，急劇增加，以更好地大于30 dB通帶外側。該過濾器裝在一個1.1×0.9 * 0.5毫米厚的封裝。
F6QA1G585M2AT的圖像從太陽誘電的SAW濾波器
圖4：從太陽誘電的F6QA1G585M2AT SAW濾波器對于在GPS / GLONASS接收機使用進行了優(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設計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，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：射頻電路設計始終關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：同樣關鍵的是F6QA1G585M2AT輸出阻抗的史密斯圓圖。[!--empirenews.page--]
在點 - 點短距離無線鏈路中使用低得多的頻率，例如，從村田射頻Monolithics公司的RF2040E被集中在910.0兆赫，靶向902.0和928.0兆赫之間的帶通操作。其1 dB帶寬為31 MHz，此時插入損耗為2.0分貝(典型值)和3.0分貝(最大)。衰減靠近通帶為37分貝(圖7)，從通帶(圖8)增大到48分貝進一步。注意，這個過濾器在通帶相對平坦，約0.7 dB的典型紋波(圖9)。
村田RF整體耐火材料RF2040E SAW濾波器的圖像
圖7：從865.0的村田射頻Monolithics公司RF2040E SAW濾波器響應于965.0兆赫示出的1分貝帶寬隨著在通帶兩側的非對稱響應。
衰減村田RF2040E的圖像
圖8：移動進一步遠離通帶內，RF2040E在200至2000兆赫的范圍的增加的衰減由另外20至30dB，相比于接近通帶。
波紋的通帶內的圖像
圖9：在通帶內波紋是一個嚴密的1.0的分貝，這保持振幅失真低，并簡化了信號處理。
輸入阻抗為50Ω，而輸出阻抗為130Ω;再次，供應商提供的輸入和輸出的史密斯圓圖，以幫助阻抗匹配，(圖10和圖11)，分別最大輸入電平為15 dBm的這3.0×3.0毫米8引腳封裝，僅1毫米厚。
村田RF2040E輸入史密斯圓圖的圖像
圖10：RF2040E輸入的史密斯圓圖的匹配時，以盡量減少前端輸入放大器和SAW濾波器輸入端之間損耗和反射是非常關鍵的。
村田RF2040E 50Ω標稱輸入阻抗圖片
圖11：當RF2040E具有50Ω標稱輸入阻抗，輸出阻抗為130Ω;設計者必須考慮到這一點為以后的匹配階段。
下載文檔
