濾波器定義

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

濾波器，顧名思義，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件?！安ā笔且粋€(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱之為信號(hào)。

設(shè)計(jì)師們肯定有過(guò)這種體會(huì)，射頻干擾一直是無(wú)線通信的天敵，它要求設(shè)計(jì)師采取凌厲手段以束其就范。隨著每臺(tái)設(shè)備內(nèi)所支持頻段的日益增多，當(dāng)今的無(wú)線設(shè)備必須要同時(shí)防范來(lái)自其它設(shè)備及自身的干擾信號(hào)。

手機(jī)電路板

一款高端智能手機(jī)必須要對(duì)多達(dá)15個(gè)頻段的2G、3G和4G無(wú)線接入方式的發(fā)送和接收路徑進(jìn)行濾波，同時(shí)要濾波的還包括：Wi-Fi、藍(lán)牙和GPS接收器的接收路徑。必須對(duì)各接收路徑的信號(hào)進(jìn)行隔離。還必須要對(duì)出處雜多、難以盡舉的其它外部信號(hào)進(jìn)行抑制。要做到這點(diǎn)，一款多頻段智能手機(jī)需要八或九個(gè)濾波器和八個(gè)雙工器。如果沒(méi)有聲濾波技術(shù)，這將難以實(shí)現(xiàn)。

單單聽到上述這么多組件，就會(huì)給人一種臃腫的感覺(jué)。但是很多通信系統(tǒng)發(fā)展到某種程度都會(huì)有小型化的趨勢(shì)。一方面小型化可以讓系統(tǒng)更加輕便和有效，另一方面，日益發(fā)展的IC制造技術(shù)可以用更低的成本生產(chǎn)出大批量的小型產(chǎn)品。

MEMS是這種小型產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)之一。MEMS可以檢測(cè)環(huán)境的變化并通過(guò)微型電路產(chǎn)生相關(guān)反應(yīng)。MEMS的主要部分包括sensor(微傳感器)或actuator(微執(zhí)行器)和transducer(轉(zhuǎn)換裝置)，其中sensor可以檢測(cè)某種物理，化學(xué)或生物的存在或強(qiáng)度，比如溫度，壓力，聲音或化學(xué)成分，transducer會(huì)把一種energy轉(zhuǎn)換成另外一種(比如從電信號(hào)到機(jī)械波)。 目前MEMS被廣泛的利用在多個(gè)領(lǐng)域里。

今天小E主要說(shuō)說(shuō)MEMS的幾種RF相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品SAW,BAW，F(xiàn)BAR filter，也是目前手機(jī)中最常用的幾種filter。

（一）SAW濾波器

聲表面波濾波器（SAWF）是利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電石英晶體振蕩器材料的壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無(wú)源帶通濾波器，是一種采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的濾波專用器件。

聲表面波（SAW）技術(shù)是六十年代末期才發(fā)展起來(lái)的一門新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，它是聲學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科。聲表面波技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)迅猛，其應(yīng)用領(lǐng)域從最開始的軍用雷達(dá)發(fā)展到現(xiàn)在幾乎遍及整個(gè)無(wú)線電通訊，特別是移動(dòng)通訊技術(shù)的高速發(fā)展，更進(jìn)一步地推動(dòng)了聲表面波技術(shù)的發(fā)展。

SAW濾波器廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)、手機(jī)、GPS定位、衛(wèi)星通訊和有線電視等電器設(shè)備。

基本SAW濾波器

聲表面波濾波器特性

1.性能穩(wěn)定：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，不易老化。

2.使用方便：裝配時(shí)只需插入和焊接即可，無(wú)需調(diào)節(jié)等其他操作。

3.選擇性好：選擇性一般可以達(dá)到140dB左右，可確保圖像的清晰度。

4.頻帶寬：動(dòng)態(tài)范圍大，并且中心頻率不受信號(hào)強(qiáng)度的影響，能確保圖像、彩電、聲音的正常傳輸，不會(huì)相互干擾。

5.插入損耗較大：使用時(shí)需在前級(jí)加寬頻帶放大器，以補(bǔ)償插入損耗。

SAW聲表濾波器的特性，正適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)備以及移動(dòng)通訊輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠性等方面的要求。

但是SAW聲表濾波器也有其不足之處：所需基片材料價(jià)格昂貴，另外對(duì)基片的定向、切割、研磨、拋光和制造工藝要求高，受到基片結(jié)晶工藝苛刻和制造精度要求嚴(yán)的影響。

（二）BAW濾波器

相比SAW filter，BAW filter更適合于高頻率。跟SAW/TC-SAW filter一樣，BAW filter的大小也隨著頻率增加而減少。另外，BAW filter有對(duì)溫度變化不敏感，插入損耗小，帶外衰減大(steep filter skirts)等優(yōu)點(diǎn)。

雖然SAW和TC-SAW濾波器非常適合約1.5GHz以內(nèi)的應(yīng)用，但高于1.5GHz時(shí)，BAW濾波器非常具有性能優(yōu)勢(shì)，如圖。BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使它非常適合要求非?？量痰?G和4G應(yīng)用。此外，即便在高寬帶設(shè)計(jì)中，BAW對(duì)溫度變化也不那么敏感，同時(shí)它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊（filter skirt）。

與SAW filter不同，聲波在BAW filter里是垂直傳播，如圖。從名字也可以看出，SAW是surface, 沿著表面?zhèn)鞑ィ珺AW是bulk，物體內(nèi)傳播。對(duì)使用石英晶體作為基板的BAW諧振器來(lái)說(shuō)，貼嵌于石英基板頂、底兩側(cè)的金屬對(duì)聲波實(shí)施激勵(lì)， 使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。而板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定了共振頻率。在BAW濾波器大顯身手的高頻，其壓電層的厚度必須在幾微 米量級(jí)，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu)。

為使聲波不散漫到基板上，通過(guò)堆疊不同剛度和密度的薄層形成一個(gè)聲布拉格（Bragg）反射器。這種方法被稱為牢固安裝諧振器的BAW或BAW-SMR器件。

BAW-SMR器件

（三）FBAR濾波器

fbar濾波器是 film bulk acoustic resonator濾波器的簡(jiǎn)稱，譯為薄膜腔聲諧振濾波器，fbar濾波器不同于以前的濾波器，是使用硅底板、借助mems技術(shù)以及薄膜技術(shù)而制造出來(lái)的，現(xiàn)階段的fbar濾波器已經(jīng)具備了略高于普通saw濾波器的特性。

fbar濾波器在下一代無(wú)線通信和無(wú)線接入產(chǎn)品中的應(yīng)用，當(dāng)今的無(wú)線移動(dòng)產(chǎn)品除了對(duì)體積，省電要求越來(lái)越高之外，更朝著多功能，多頻段，多系統(tǒng)，多協(xié)議的融合與集成。

當(dāng)今的無(wú)線移動(dòng)產(chǎn)品除了對(duì)體積，省電要求越來(lái)越高之外，更朝著多功能，多頻段，多系統(tǒng)，多協(xié)議的融合與集成的方向發(fā)展。如：gsm，cdma，wcdma與gps，bluetooth，wifi，wimax等不同功能組合在一臺(tái)產(chǎn)品上。這對(duì)設(shè)計(jì)和大批量生產(chǎn)也提出了挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)者選擇方案時(shí)應(yīng)考慮技術(shù)的成熟和可持續(xù)性。

未來(lái)5年濾波器市場(chǎng)走向

整機(jī)越來(lái)越小，頻率資源越來(lái)越擁擠，高性能的濾波器顯得尤為重要。

BAW器件所需的制造工藝步驟是SAW的10倍，但因它們是在更大晶圓上制造的，每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。即便如此，BAW的成本仍高于SAW。然而，對(duì)一些分配在2GHz以上極具挑戰(zhàn)性的頻段來(lái)說(shuō)，BAW是唯一可用方案。因此，BAW濾波器在3G/4G智能手機(jī)內(nèi)所占的份額在迅速增長(zhǎng)。