SAW滤波器救援无线产品，从不切实际的分立方案

过滤器一直在RF信号通路的重要组成部分。在过去，工程师们成为熟练的滤波器设计理论和实践的复杂性，以便创建基于分立元件真正的过滤器。然而，对于今天的无线设备和应用，所需的过滤器规格越来越难以满足使用这种方法作为RF频谱变得更加拥挤，切成较小的裂片，而工作频率增加远远超出GHz的阈值。现实情况是，使用分立元件滤波器不能满足性能，一致性(由于寄生电容)许多当今的射频产品，尺寸和成本的需求。

幸运的是，整体状装置，例如弹性表面波被开发，在过去几十年(SAW)滤波器，并且这些提供所需的功能和特点。随着SAW滤波器，工程师，而不是滤波器的设计主要涉及选择过滤器作为一个单独的完整实体。 SAW滤波器提供的性能，尺寸和成本有利的组合，并且被广泛用于实施无线网络，LTE，GSM，蓝牙，和许多其它无线标准的应用程序。

一种多频带智能手机可以具有十个或更多的声表面波滤波器，履行许多角色：宽带，窄带，带通，低通和高通，同时在系统级，以及在高度局部子电路(图1)。其结果是，工程师的滤波器相关的活动已经从通过一个复杂的设计工作的移位和相关联的测试/调试到，相反，一个合适的，可用的过滤器的选择(这是好事，对大多数工程师)。

在蜂窝电话的SAW器件的图像

图1：SAW滤波器被用在量在无线设备，对于前端滤波，窄多频带滤波，以及消除特定干扰源;它们可以是窄的或宽的，具有带通，低通和高通FIR特性。 (太阳诱电的提供)

SAW滤波器基础知识

的SAW器件变换所述电子射频信号能量为机械能在声域。该过滤器是基于用作基板，例如石英，铌酸锂，钽酸锂，或镧镓硅酸盐压电材料。该基板的两端封端以雕刻金属层作为电 - 声换能器，从梳状指状物形成为叉指换能器(IDT)，如图2。

叉指换能的图像

图2：在压电体衬底转换撞击电能到声 - 机械能量的每一端梳状叉指换能器，所述能量波则在表面上，在那里它被转换回电能用IDT在接收端行进。 (南佛罗里达大学提供)

电信号被施加到该装置的一端，穿过压电材料的表面，在那里其行进如表面声波(瑞利后称为Rayleigh波，谁分析它们详细地)转换为声能由源IDT和发动。能量被再转换回电子信号在远端由一个类似的但不完全相同的IDT，用来捕捉的能量。幸运的是，整体电气/声学和互补的声/电转换过程是高效率的，达到99%或更高;这有助于保持SNR和信号完整性。

该SAW过滤结果的建设性和破坏性的干扰，由于当波浪整个表面上移动时的3000至12,000米/秒(取决于基体材料)发生的波延迟。在接收端的延迟输出结合，得到一个有限脉冲响应(FIR)滤波器响应。该声能的传播速度是远，比电传播慢得多，因此具有机械可行尺寸。通过调整行进距离和IDT手指尺寸，因此它们的脉冲响应，该SAW器件的驻波干涉图形建立一个期望的滤波器的中心频率，带宽，类型，以及其他因素。

需要注意的是SAW是基本概念和实现比传统的全电子，RLC-基于过滤器完全不同的;它不只是一个集成电路，单片再创作的RLC-类型的过滤器。然而，制造工艺在许多方面为标准的IC类似，这样成熟的技术，投资和制造技术SAW器件的杠杆作用。像的RLC滤波器，它是一个无源设备，不需要电源。

散装声波(BAW)滤波器和FBAR(薄膜体声波谐振器)处于第一外观的SAW器件相似，但有一些重要的差异。在一个BAW装置中，声能行进通过在压电基板设置驻波，而不是在整个表面中的SAW滤波器。所述FBAR是在BAW方法的变型;它使用蚀刻腔具有悬浮的膜结构内，以达到预期的共振，因此，过滤。在一般情况下，SAW器件是在最适合只进入单位千兆赫范围内，而BAW器件是在数GHz或更高更好的选择。

虽然标准的SAW(和BAW)设备固定频率器件，工作正在做，使他们与可接受的性能进行可调谐滤波器;一些这方面的工作利用MEMS技术。以这种方式，单个设备可以被指示为“在飞行中”改变其工作频率，以服务几个条带，在成本和空间的节省明显的优势。

SAW滤波器参数

当选择SAW滤波器是感兴趣的主要参数类似于用于常规过滤器(图3)。这些包括中心频率，带宽，插入损耗，衰减，功率处理，和温度稳定性。由于它们的合理的良好性能，成本低，而且体积小，数十亿这些设备都是由几十个供应商(其中许多人是大批量供应，但其名称不一般公知的)，具有独特的数万每年产生型号。

声表面波器件的频率特性图片

图3：像传统的被动的RLC系滤波器，滤波器的性能的关键参数是中心频率，带内的插入损耗，和出带外衰减。 (太阳诱电的提供)

其结果是，它是很难举出典型的SAW规格，如每个可用装置具有权衡诸如窄的带宽，但更大的损失;没有具有跨所有参数的“最佳”规格SAW器件。表面波中心频率跨越大约50 MHz到几GHz，与一个和中心频率的10%之间的带宽。插入损耗是介于3至30分贝，回波损耗可介于10至30分贝。

在一般情况下，SAW器件并不作为过滤器的高功率的信号，但它们通常可以处理10到30 dBm的信号。非常关心的很多设计师是他们的频率温度系数(温度系数)，它可以在许多情况下的一个问题。的SAW器件在-50 PPM / 2 C的典型温度系数。也有更先进的(并因此更昂贵的)的温度补偿的SAW配置，其具有温度系数低至-15〜-25 ppm的/℃。

零件显示不同的表现

在常见的应用中使用的SAW滤波器，每一个适合于一个特定的应用程序小生，两个例子显示几千可用单位之间的多样性。从太阳诱电在F6QA1G585M2AT是设计用于GPS / GLONASS卫星接收机，以1565.42到1605.886兆赫的通带50Ω，单端设备。插入损耗是1和2之间dB的这种通带，(图4)内，急剧增加，以更好地大于30 dB通带外侧。该过滤器装在一个1.1×0.9 * 0.5毫米厚的封装。

F6QA1G585M2AT的图像从太阳诱电的SAW滤波器

图4：从太阳诱电的F6QA1G585M2AT SAW滤波器对于在GPS / GLONASS接收机使用进行了优化，具有40 MHz的通带中心在1585.653兆赫和急剧下降区切换的通带之外。

还感兴趣的RF设计者是如所示的史密斯圆图上的输入和输出阻抗，(图5和图6)，用电路所需要的阻抗匹配在SAW滤波器的任一侧，以尽量减少驻波(VSWR)和反射。

功能块之间的阻抗匹配的图像

图5：射频电路设计始终关注功能块之间的阻抗匹配，所以F6QA1G585M2AT数据表中包含的输入阻抗特性的史密斯圆图。

在F6QA1G585M2AT的史密斯圆图的图像

图6：同样关键的是F6QA1G585M2AT输出阻抗的史密斯圆图。[!--empirenews.page--]

在点 - 点短距离无线链路中使用低得多的频率，例如，从村田射频Monolithics公司的RF2040E被集中在910.0兆赫，靶向902.0和928.0兆赫之间的带通操作。其1 dB带宽为31 MHz，此时插入损耗为2.0分贝(典型值)和3.0分贝(最大)。衰减靠近通带为37分贝(图7)，从通带(图8)增大到48分贝进一步。注意，这个过滤器在通带相对平坦，约0.7 dB的典型纹波(图9)。

村田RF整体耐火材料RF2040E SAW滤波器的图像

图7：从865.0的村田射频Monolithics公司RF2040E SAW滤波器响应于965.0兆赫示出的1分贝带宽随着在通带两侧的非对称响应。

衰减村田RF2040E的图像

图8：移动进一步远离通带内，RF2040E在200至2000兆赫的范围的增加的衰减由另外20至30dB，相比于接近通带。

波纹的通带内的图像

图9：在通带内波纹是一个严密的1.0的分贝，这保持振幅失真低，并简化了信号处理。

输入阻抗为50Ω，而输出阻抗为130Ω;再次，供应商提供的输入和输出的史密斯圆图，以帮助阻抗匹配，(图10和图11)，分别最大输入电平为15 dBm的这3.0×3.0毫米8引脚封装，仅1毫米厚。

村田RF2040E输入史密斯圆图的图像

图10：RF2040E输入的史密斯圆图的匹配时，以尽量减少前端输入放大器和SAW滤波器输入端之间损耗和反射是非常关键的。

村田RF2040E 50Ω标称输入阻抗图片

图11：当RF2040E具有50Ω标称输入阻抗，输出阻抗为130Ω;设计者必须考虑到这一点为以后的匹配阶段。