SAW、BAW和無線的未來
射頻干擾一直是無線通信的天敵,它要求設計師采取凌厲手段以束其就范。隨著每臺設備內所支持頻段的日益增多,當今的無線設備必須要同時防范來自其它設備及自身的干擾信號。
一款高端智能手機必須要對多達15個頻段的2G、3G和4G無線接入方式的發(fā)送和接收路徑進行濾波,同時要濾波的還包括:Wi-Fi、藍牙和GPS接收器的接收路徑。必須對 各接收路徑的信號進行隔離。還必須要對出處雜多、難以盡舉的其它外部信號進行抑制。要做到這點,一款多頻段智能手機需要八或九個濾波器和八個雙工器。如果沒有聲濾波技術,這將難以實現(xiàn)。
SAW :成熟且仍在發(fā)展
聲 表面波(SAW)濾波器廣泛應用于2G接收機前端以及雙工器和接收濾波器。 SAW濾波器集低插入損耗和良好的抑制性能于一身,不僅可實現(xiàn)寬帶寬,其體積還比傳統(tǒng)的腔體甚至陶瓷濾波器小得多。因為SAW濾波器制作在晶圓上,所以可 以低成本進行批量生產。SAW技術還支持將用于不同頻段的濾波器和雙工器整合在單一芯片上,且僅需很少或根本不需額外的工藝步驟。
存 在于具有一定對稱性晶體內的壓電效應是聲濾波器的“電動機”及 “發(fā)電機” 。當對這種晶體施以電壓,晶體將發(fā)生機械形變,將電能轉換為機械能。當這種晶體被機械壓縮或展延時,機械能又轉換為電能。在晶體結構的兩面形成電荷,使電 流流過端子和/或形成端子間的電壓。電氣和機械能量間的這種轉換的能量損耗極低,無論電/機還是機/電能量轉換,效率都可高達99.99%。
在固態(tài)材料中,交替的機械形變會產生3,000至12,000米/秒速度的聲波。在聲濾波器內,對聲波進行導限以產生極高品質因數(shù)(Q值可達數(shù)千)的駐波(standing waves)。這些高Q值的諧振是聲濾波器的頻率選擇性和低損耗特性的基礎。
在一款基礎SAW濾波器(圖1)中,電輸入信號通過間插的金屬交指型換能器(IDT)轉換為聲波,這種IDT是在諸如石英、鉭酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(LiNbO3)等壓電基板上形成的。在一款非常小設備內,IDT的低速特性非常適合眾多波長通過。
圖1 :基本SAW濾波器
但SAW濾波器有局限性。高于約1GHz時,其選擇性降低;在約2.5GHz,其使用僅限于對性能要求不高的應用。SAW器件易受溫度變化的影響,是個老大難問題:溫度升高時,其基片材料的剛度趨于變小、聲速也降低。
一種替代方法是使用溫度補償(TC-SAW) 濾波器,它是在IDT的結構上另涂覆一層在溫度升高時剛度會加強的涂層。溫度未補償SAW器件的頻率溫度系數(shù)(TCF)通常約為-45ppm/℃,而 TC-SAW濾波器則降至-15到-25ppm/℃。但由于溫度補償工藝需要加倍的掩模層, 所以,TC-SAW濾波器更復雜、制造成本也更高,但仍比體聲波(BAW)濾波器便宜。
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