濾波器一直是射頻訊號通路中必不可少的組成部分。在過去，工程師必須熟練掌握濾波器設計理論和實踐的複雜性，以便基於分立元件建立真正的濾波器。然而，今天的無線裝置和應用程式，所需的過濾器的規格是滿足使用這種方法為射頻頻譜越來越擁擠越來越困難，切成小長條，當工作頻率的提高，以及超越ghz的門檻。現實的情況是，採用分立元件濾波器不能滿足效能、一致性(由於寄生)，大小，和今天的許多射頻產品成本的需要。
幸運的是，像聲表面波(saw)濾波器這樣的單片整合器件在過去幾十年中得到了發展，並提供了所需的功能和特性。有了saw濾波器，工程師們首先關心的是作為乙個完整的實體選擇濾波器，而不是濾波器設計。saw濾波器提供了效能、尺寸和成本的良好組合，廣泛應用於wi-fi、lte、gsm、藍芽和許多其他無線標準的應用中。
多頻帶智慧型手機可以有十個或更多的saw濾波器，在系統級以及高度區域性化的子電路中實現許多功能：寬頻、窄帶、通帶、低通和高通，如圖1所示。結果，工程師們與過濾器相關的活動已經從複雜的設計和相關的測試/除錯工作轉向了選擇乙個合適的、可用的過濾器(這對大多數工程師來說是一件好事)。
蜂窩**中saw器件的影象
圖1：saw濾波器在無線裝置中大量使用，用於前端濾波、窄帶多頻帶濾波和消除特定干擾源;它們可以窄或寬，具有帶通、低通和高通fir特性。(凱利訊半導體提供)
saw濾波器的基礎知識
聲表面波器件將電子射頻訊號能量轉化為聲域中的機械能。過濾器是基於作為基片的壓電材料，如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰、或矽酸鎵鑭。該基板的兩端用乙個雕刻的金屬層作為電聲換能器，由梳狀的手指作為叉指換能器(idt)形成，如圖2所示。
叉指換能器影象
圖2：壓電基片兩端的梳狀叉指換能器將衝擊電能轉換為聲機械能，然後能量波穿過表面，在接收端由idt轉換回電能。
電訊號被施加到器件的一端，由idt源轉換成聲能，並在壓電材料表面發射，表面聲波傳播(稱為lord rayleigh之後的瑞利波，詳細分析了它們)。然後，能量通過乙個相似但並不完全相同的idt轉換為遠端的電子訊號，以捕獲能量。幸運的是，整個電氣/聲學和互補的聲學/電轉換過程是高效的，達到99%或更好;這有助於保持訊雜比和訊號完整性。
saw濾波器的結果來自於建設性的和破壞性的干擾，由於波的延遲，當波穿過表面在3000公尺到12000公尺/秒(取決於襯底材料)時發生。接收端的延遲輸出結合在一起，產生有限脈衝響應(fir)濾波器響應。聲能的傳播速度遠比電的傳播速度慢，因而具有機械可行的尺寸。通過調整idt手指的移動距離和尺寸，以及由此產生的脈衝響應，saw器件的駐波干涉圖案建立了所需的濾波器中心頻率、頻寬、型別和其他因素。
注意，saw在基本概念和實現方面與傳統的全電子、基於rlc的濾波器完全不同，它不僅僅是乙個積體電路，也就是rlc型濾波器的單片重新建立。然而，製造過程在許多方面與標準積體電路相似，因此saw器件利用了成熟的技術、投資和製造專門知識。像rlc濾波器一樣，它是無源器件，不需要電源。
體聲波(baw)濾波器和fbar(薄膜體聲波諧振器)相似，首先出現的saw器件，但有一些重要的差異。在baw器件、聲能量通過壓電基板建立駐波，而不是在表面，如在saw濾波器。諧振器是乙個變化的定量方法;採用蝕刻腔內懸浮膜結構來實現所需的共振，因此，濾波。總的來說，saw器件充其量只適合進入個位數千兆赫範圍，而baw器件是乙個更好的選擇，在幾個ghz的高。
雖然標準見(和baw)裝置是固定頻率的裝置，工作是讓他們執行的可調諧濾波器和可接受的效能;有些工作利用mems技術。這樣，乙個裝置就可以被指示改變它的工作頻率「飛行」服務多個波段，在成本和空間節省方面有明顯的優勢。
saw濾波器的引數
選擇saw濾波器時的主要引數與傳統濾波器相似(圖3)。這些包括中心頻率、頻寬、插入損耗、衰減、功率處理和溫度穩定性。由於其效能良好、成本低、體積小，數十家廠商每年生產數十億臺這種裝置(其中許多是大容量**商，但其名稱一般不為人所知)，有數萬種型號。
聲表面波器件的頻率特性影象
圖3：與傳統的無源rlc濾波器一樣，濾波器效能的關鍵引數是中心頻率、帶內插入損耗和帶外衰減。(凱利訊半導體提供)
因此，很難引用典型的saw規範，因為每個可用的裝置都有諸如帶寬窄、損耗大的折衷方案;沒有saw裝置在所有引數中都有「最佳」規範。saw中心頻率跨度約50兆赫到幾千兆赫，頻寬在中心頻率的10%到1之間。插入損耗在3到30分貝之間，回波損耗可以在10到30分貝之間。
一般來說，saw器件不打算用作大功率訊號的濾波器，但通常可以處理10到30 dbm的訊號。許多設計師非常關注的是他們的頻率溫度係數(溫度係數)，它可以在許多情況下的問題。乙個saw器件具有典型的溫度係數- 50 ppm /⁰c.也有更先進的(因此更昂貴)的溫度補償看到配置，具有tempcos低至15 - 25 ppm /⁰c.
零件表現出不同的效能
用於普通應用的saw濾波器的兩個例子，分別針對特定的應用程式利基，顯示了成千上萬可用單元之間的多樣性。從太陽誘電的f6qa1g585m2at是50ω，單端設計的gps / glonass衛星接收裝置，有1565.42至1605.886兆赫的頻帶。在這種通帶內插入損耗在1至2分貝之間，如圖4所示，在通帶外明顯增加超過30分貝。該過濾器被安置在乙個1.1×0.9×0.5公釐厚的包。
看到太陽誘電濾波影象f6qa1g585m2at
圖4：這f6qa1g585m2at看到太陽誘電濾波器中使用的gps / glonass接收機進行了優化，與通帶集中在1585.653 mhz和40 mhz的急劇下滑的帶外。
rf設計者感興趣的是史密斯圖所示的輸入阻抗和輸出阻抗，如圖5和圖6所示，與saw濾波器兩側電路的阻抗匹配所需，以最大限度地減少駐波(駐波)和反射。
功能塊阻抗匹配影象
圖5：射頻電路設計者總是關心阻抗之間的功能塊匹配，所以f6qa1g585m2at資料表包含的輸入阻抗特性的史公尺斯圖。
史公尺斯的f6qa1g585m2at圖影象
圖6：關鍵的f6qa1g585m2at輸出阻抗圓圖。
低得多的頻率，如用於點對點的短距離無線鏈路，從rf單片的rf2040e是在中心頻率為910 mhz，靶向通操作902和928兆赫之間。它的1分貝頻寬為31兆赫，而插入損耗為2分貝(典型)和3分貝(最大值)。靠近通帶的衰減是37分貝(圖7)，從通帶進一步增加到48分貝(圖8)。請注意，此濾波器在通帶中相對平坦，具有典型的紋波約0.7分貝(圖9)。
村田射頻單片rf2040e影象濾波器
圖7：村田射頻單片rf2040e saw濾波器響應從865到965 mhz的1 db頻寬隨著任一側上的通帶的非對稱反應。
對村田rf2040e衰減影象
圖8：遠離通帶的衰減，對rf2040e在200至2000兆赫20個增加的範圍為30分貝，較接近通帶。
帶內紋波
圖9：通帶內的紋波是緊密的1分貝，保持振幅失真低，簡化訊號處理。
輸入阻抗為50ω，而輸出阻抗為130ω;再次，**商提供的輸入和輸出的史公尺斯圖輔助阻抗匹配(圖10和圖11)，分別為。最大輸入功率為15 dbm的這3×3公釐引腳封裝，只有1公釐厚。
史公尺斯村田rf2040e輸入圖
圖10：輸入的rf2040e史公尺斯圖是關鍵的匹配時，儘量減少損失和反射前端輸入放大器與saw濾波器的輸入。
村田rf2040e 50ω標稱輸入阻抗影象
圖11：而rf2040e有50ω標稱輸入阻抗，輸出阻抗為130ω;設計師必須考慮到這一階段，為後續的匹配。
總結
在所有的無線和有線訊號處理系統中，濾波器是至關重要的。如果過濾器必須由分立電阻器、電容器和電感器，今天的高效能和功能包裝的射頻設計不會由於尺寸，成本，最重要的是可能的，寄生效應在物理過濾器實現的不利和不可預知的影響。幸運的是，在壓電材料saw濾波器上使用表面波的聲學/電子濾波器允許積體電路設計和製造技術被用來設計高效能的無源單片濾波器，這種濾波器體積小、可**、成本非常低，並能滿足特定的應用要求。因此，射頻應用中濾波器設計的工程任務已經轉變為濾波器的選擇，乙個更簡單、更快速的過程。
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