滤波器种类及其原理

  电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,它可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率后的电源信号。

  (一)SAW滤波器

  声表面波滤波器(SAWF)是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电石英晶体振荡器材料的压电效应和声表面波传播的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器,是一种采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料,利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的滤波专用器件。

  SAW滤波器广泛应用于彩色电视机、手机、GPS定位、卫星通讯和有线电视等电器设备。SAW声表滤波器的特性,正适应了现代通信系统设备以及移动通讯轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠性等方面的要求。但是SAW声表滤波器也有其不足之处:所需基片材料价格昂贵,另外对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高,受到基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响。

  (二)BAW滤波器

  相比SAW filter,BAW filter更适合于高频率。跟SAW/TC-SAW filter一样,BAW filter的大小也随着频率增加而减少。另外,BAW filter有对温度变化不敏感,插入损耗小,带外衰减大(steep filter skirts)等优点。

  虽然SAW和TC-SAW滤波器非常适合约1.5GHz以内的应用,但高于1.5GHz时,BAW滤波器非常具有性能优势,如图。BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小,这使它非常适合要求非常苛刻的3G和4G应用。此外,即便在高宽带设计中,BAW对温度变化也不那么敏感,同时它还具有极低的损耗和非常陡峭的滤波器裙边(filter skirt)。

  与SAW filter不同,声波在BAW filter里是垂直传播,如图。从名字也可以看出,SAW是surface, 沿着表面传播,BAW是bulk,物体内传播。对使用石英晶体作为基板的BAW谐振器来说,贴嵌于石英基板顶、底两侧的金属对声波实施激励, 使声波从顶部表面反弹至底部,以形成驻声波。而板坯厚度和电极质量(mass)决定了共振频率。在BAW滤波器大显身手的高频,其压电层的厚度必须在几微 米量级,因此,要在载体基板上采用薄膜沉积和微机械加工技术实现谐振器结构。

  (三)FBAR滤波器

  FBAR滤波器是 film bulk acoustic resonator滤波器的简称,译为薄膜腔声谐振滤波器,FBAR滤波器不同于以前的滤波器,是使用硅底板、借助MEMS技术以及薄膜技术而制造出来的,现阶段的FBAR滤波器已经具备了略高于普通SAW滤波器的特性。经典的 FBAR 结构是由上下金属电极和置于两个金属电极之间的压电层组成,声波通过压电层的体结构传播。压电层通常选用氮化铝( AlN) 材料,也可以使用其他材料如氧化锌( ZnO)。利用 AlN 的压电特性,将电能转化为声能,声波在介质与空气的界面上发生反射,在两个界面间形成驻波振荡,此时的声波损耗最小,并由压电效应转化为电能。

  FBAR滤波器在下一代无线通信和无线接入产品中的应用,当今的无线移动产品除了对体积,省电要求越来越高之外,更朝着多功能,多频段,多系统,多协议的融合与集成。 当今的无线移动产品除了对体积,省电要求越来越高之外,更朝着多功能,多频段,多系统,多协议的融合与集成的方向发展。如:gsm,cdma,wcdma与gps,bluetooth,wifi,wimax等不同功能组合在一台产品上。这对设计和大批量生产也提出了挑战,设计者选择方案时应考虑技术的成熟和可持续性。

  未来5年滤波器市场走向:整机越来越小,频率资源越来越拥挤,高性能的滤波器显得尤为重要。

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