经典模拟滤波器仍值得研究吗？

您对经典的模拟滤波器有何看法？每一位电子工程师都必须精通？或者，滤波器分析就像是一个用来测试学生是否适合模拟设计世界的测试？

对于大多数的电路和系统来说，使用电感器、电容器和电阻器的模拟滤波器至关重要。无论是被动还是主动设计，透过具有高难度数学的理论结构、实际的「应用说明」(application note)设计与物料清单(BOM)，以及甚至是具有实体建构细节的实作电路等途径，有时候似乎将其研究至「超越无限」的境地。

这并不难理解，因为无论是哪一个应用领域，滤波器都在讯号路径中扮演多种重要角色。无论是低通、高通、带通还是陷波滤波器，即使无法为讯号带来什么价值，他们都还是必要的，因为滤波器有助于提高讯号噪声比(SNR)、减少来自邻近通道的干扰，以及衰减50/60Hz的拾音等。

尽管如此，经典的滤波器理论是一个可以引发学生和工程师好奇心的主题，因为它们包括各种令人惊艳以及极其枯燥的不同版本，同时还有许多不同的拓扑结构，例如pi-filter (如图1)、Chebyshev、Sallen-Key、Butterworth、Cauer (椭圆)以及高斯(Gaussian)等等。而其属性也各不相同，包括一阶、二阶、滚降(roll-off)、通带纹波、阻带纹波、相位性能、平衡(差分)等等，可说是「族繁不及备载」。

图1：Pi Filter（来源：Quora）

图2：Rose-Hulman Sallen-Key Filter

(当然，这些都只是经典的全模拟滤波器。除此之外，还有准模拟开关电容滤波器，可在多个电容器之间使用电荷均衡和频率切换以实现滤波器功能。这些都为滤波器带来更多的价值，因为它们与IC制程兼容，在许多情况下都不必再使用分离式组件滤波器。)

经典模拟滤波器可用于数百MHz至GHz范围。然而，这些集总组件(lumped-element)滤波器越来越难设计以及制造用于更高频率。寄生效应以及组件容差和漂移为其带来真正的挑战，而且这些滤波器通常需要个别修整，以抵消其难以建模的现实。

因此，如果少了分离式组件滤波器的其他替代方案，考虑到尺寸、性能、一致性和成本等，在我们周遭的许多装置可能都会变得不切实际。这些产品显然非常实用，主要就是因为采用了完全不同的模拟滤波器途径：表面声波(SAW)和体声波(BAW)滤波器(以及薄膜体声波谐振器——FBAR)。SAW和BAW技术已在过去几十年来发展地相当成熟了，可以创造完全不同于独立式组件模拟滤波器的低成本、高性能组件。

他们利用众所周知的多功能压电效应，将电能转换为沿表面(SAW)或在工程陶瓷晶体材料(BAW)内传播的声波。SAW组件可在大约1 GHz的频率下运作，而BAW组件可在1 GHz以下到multi-GHz的覆盖范围内重迭。这两种组件的共同点之一在于都不需要研究经典的集总组件模拟滤波器设计理论和实践。

图3：基本SAW滤波器(SAW、BAW以及图1的未来无线版本)

图4：SAW、BAW以及图2的未来无线版本