SAW、BAW和无线的未来

2014-06-09 10:20:42 来源:电子工程专辑
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射频干扰一直是无线通信的天敌,它要求设计师采取凌厉手段以束其就范。随着每台设备内所支持频段的日益增多,当今的无线设备必须要同时防范来自其它设备及自身的干扰信号。

 

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:Wi-Fi、蓝牙和GPS接收器的接收路径。必须对 各接收路径的信号进行隔离。还必须要对出处杂多、难以尽举的其它外部信号进行抑制。要做到这点,一款多频段智能手机需要八或九个滤波器和八个双工器。如果没有声滤波技术,这将难以实现。

 

SAW :成熟且仍在发展

声 表面波(SAW)滤波器广泛应用于2G接收机前端以及双工器和接收滤波器。 SAW滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身,不仅可实现宽带宽,其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。因为SAW滤波器制作在晶圆上,所以可 以低成本进行批量生产。SAW技术还支持将用于不同频段的滤波器和双工器整合在单一芯片上,且仅需很少或根本不需额外的工艺步骤。

 

存 在于具有一定对称性晶体内的压电效应是声滤波器的“电动机”及 “发电机” 。当对这种晶体施以电压,晶体将发生机械形变,将电能转换为机械能。当这种晶体被机械压缩或展延时,机械能又转换为电能。在晶体结构的两面形成电荷,使电 流流过端子和/或形成端子间的电压。电气和机械能量间的这种转换的能量损耗极低,无论电/机还是机/电能量转换,效率都可高达99.99%。

 

在固态材料中,交替的机械形变会产生3,000至12,000米/秒速度的声波。在声滤波器内,对声波进行导限以产生极高品质因数(Q值可达数千)的驻波(standing waves)。这些高Q值的谐振是声滤波器的频率选择性和低损耗特性的基础。

 

在一款基础SAW滤波器(图1)中,电输入信号通过间插的金属交指型换能器(IDT)转换为声波,这种IDT是在诸如石英、钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)等压电基板上形成的。在一款非常小设备内,IDT的低速特性非常适合众多波长通过。

 

SAW、<a href='/article/tag/BAW' target='_blank' style='cursor:pointer;color:#D05C38;text-decoration:underline;'>BAW</a>和无线的未来(电子工程专辑)
图1 :基本SAW滤波器

 

但SAW滤波器有局限性。高于约1GHz时,其选择性降低;在约2.5GHz,其使用仅限于对性能要求不高的应用。SAW器件易受温度变化的影响,是个老大难问题:温度升高时,其基片材料的刚度趋于变小、声速也降低。

 

一种替代方法是使用温度补偿(TC-SAW) 滤波器,它是在IDT的结构上另涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层。温度未补偿SAW器件的频率温度系数(TCF)通常约为-45ppm/℃,而 TC-SAW滤波器则降至-15到-25ppm/℃。但由于温度补偿工艺需要加倍的掩模层, 所以,TC-SAW滤波器更复杂、制造成本也更高,但仍比体声波(BAW)滤波器便宜。

 
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