為什麼 SAW 和 BAW 濾波器 這麼有用？
濾波器會評估訊號並去除不需要的頻率，同時保留所需頻率。聲頻濾波器是移動設備中最常用的濾波器。一款高階智能手機必須要對多達 15 個頻帶的 2G、3G 和 4G 無線接入方式的發送和接收路徑進行濾波，同時要濾波的還包括：藍牙、Wi-Fi 和其他無線通訊路徑。這些手機可能需要多達 40 多個濾波器；隨著下一代技術不斷膨脹的需求和創新，未來手機會需要更多的濾波器。
由分立零件構成的濾波器已無法滿足現今產品的性能、尺寸和成本要求。但值得慶幸的是，聲波濾波器（如 SAW 和 BAW ）是其中一款工程師和開發人員在類似單片的完整封裝中選擇相應的濾波器。聲波濾波器可以在高頻和低頻（高達 6GHz）下工作，是物理上最小的濾波器之一，並且具有滿足複雜濾波要求的最佳性能和成本點。本貼文將討論 SAW 和 BAW 濾波器的特性、差異、結構和應用。
| 術語 | |
|---|---|
| SAW | 表面聲波濾波器（Surface acoustic wave） |
| BAW | 體聲波濾波器（Bulk acoustic wave） |
| 衰減 | 訊號通過射頻濾波器後產生的幅度損失，通常以分貝（dB）為單位計算。 |
| 插入損耗 | 由於將組件插入訊號路徑而導致的訊號功率損耗。 |
| 隔離 | 將一個訊號與另一個訊號分開，以防止它們之間無意交互（例如，發送和接收交互）。 |
| Q 因數 | 品質因數（Q 因數）是濾波器損耗的主要決定因素之一。 較低的 Q 值會導致較高的損耗和使濾波器拐角變圓。對於窄帶調變來說，這種拐角變圓的情況可能會產生問題。 |
| 通帶 | 訊號通過的區域相對未衰減。 |
| 漣波 | 通帶中插入損耗的變化。 |
| 選擇性 | 濾波器相對於濾波器中心頻率通過或拒絕特定頻率的能力的測量。 選擇性通常表示為通過濾波器的損耗，該損耗發生在與濾波器中心頻率的某個特定差異處。 |
| 帶通 | 容許兩個頻率之間的所有頻率通過，同時抑制所有其他頻率 |
聲波濾波器有什麼用途？
- 前端過濾
- 窄帶多頻帶濾波
- 消除特定干擾源
- 窄帶或寬帶通濾波
- 低通或高通濾波
注意：選擇濾聲器時應考慮的主要技術參數分別是頻率、功率容量、帶寬、插入損耗、衰減和溫度穩定性。
SAW 摘要資料
（+）通常比BAW便宜
（+）體積小於傳統的空腔和陶瓷濾波器
（+）插入損耗低 / 抑制性較好
（+）適用於GSM、CDMA、3G和一些4G頻帶
（-）頻率達到1GHz以上時，零件選擇會減少，但SAW的可工作頻率上限約為2.7GHz
（-）頻率超過2.7GHz時，由於性能下降，SAW的使用受到限制
（-）這些設備對溫度敏感 — 基材在較高溫度下變得更易彎折，會使聲速受到負面影響。
SAW 詳細資料
SAW 濾波器 的結構是什麼？
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真正的濾波器由壓電基材（一種為響應機械應力而產生電荷的材料）製成，例如鋰鈮酸鋰、鉭酸鋰、石英或鑭鎵矽酸鹽。每種材料均具有不同的電性能和溫度係數。
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濾波器基板的兩側都覆蓋有由梳狀手指形形成的金屬層，該梳狀物用作指叉式傳感器（IDT）。（圖1）
圖1 ： SAW 濾波器的內部組成（由 University of South Florida 提供）
訊號如何通過設備傳輸？
- 電訊號被提供給設備的一端；此端的梳狀 IDT 將訊號轉換為聲能，並將其作為表面聲波發送到基板上。然後聲波被另一個 IDT 轉換回零件另一端的電子訊號。
它如何過濾掉特定的頻率？
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穿過基板表面的聲波移動的速度是慢於任何一端上 IDT 的電氣速度。而穿過基板的波發生的延遲在接收端的 IDT 處相結合，進而產生了有限脈衝回應（FIR）濾波器回應。
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通過調整穿過基板的行進距離和 IDT 手指的尺寸，可改變脈衝回應。而這就決定了帶寬、中心頻率、類型和其他因素。
其他考慮因素
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中心頻率的範圍從 50MHz 到約 2.7GHz。
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可處理 10-30dBm 訊號，但不適用於高功率訊號。
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標準SAW中的頻率溫度係數存在問題（約 -50ppm/℃），但也可以使用更為昂貴的包含溫度補償的型號，其係數可低至 -15 至 -25ppm/℃。
BAW 摘要資料
（+）在高頻（1.5GHz-6GHz）下性能高於SAW
（+）優秀的 Q 值 — 一般情況下，其損耗極低且帶外衰減大
（+）濾波器尺寸隨著頻率的增加而降低，因此非常適用於要求苛刻的 3G 和 4G 應用
（+）對溫度變化的敏感度遠低於 SAW
（-）比 SAW 貴
BAW 詳細資料
BAW 濾波器的結構是什麼？
- BAW 通常使用石英晶體作為壓電基板。石英的頂部和底部均帶有金屬貼片。（圖2）
圖 2 ： BAW 濾波器的結構
訊號如何通過設備傳輸？
- 位於石英頂部和底部的金屬片會激發聲波，該聲波會在貼片和晶體之間來回反彈。 BAW 中的聲波以垂直方式傳播，而 SAW 濾波器則採用水平行進路徑。
它如何過濾掉特定的頻率？
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諧振頻率與薄膜厚度成反比，這同時適用於金屬和介電層。例如，減少頂層金屬的厚度可以增加共振頻率。這就是濾波器尺寸隨著頻率的升高而降低的原因。
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通過將聲波能量存儲在壓電材料中，BAW 可以實現非常高的品質（Q），從而轉換成帶外衰減大且極具競爭性的濾波器。
其他考慮因素
- 其他類型的 BAW 濾波器包括 FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜塊體聲音共振器）和 BAW-SMR（Solidly Mounted Resonator，固態堆疊式諧振器）設備，其中包括能夠很好地牢固著聲波以產生高聲能的附加微結構— 因而在微波頻率和相同尺寸的條件下，此類濾波器的Q值要高於任何其他的濾波器。
文章摘要
濾波器在所有訊號處理應用中都十分重要。隨著現代無線技術的進步，對濾波器的體積要求越來越細小，但質量要求卻越來越高。聲波濾波器提供了更好的解決方案，而不是用分立元件製作尺寸有限的濾波器並處理濾波中寄生電容的影響。這些無源、單片式濾波器採用了緊湊的 IC 設計，具有體積小、成本低且 Q 因數高的特點，並且能夠滿足高度特定和高性能的濾波要求。 SAW 濾波器適用於較低頻率（最高2.7GHz），BAW 濾波器則適用於較高頻率（2.7GHz-6GHz）。得益於這些濾聲器，RF 應用的 濾波器設計已經改為濾波器選擇 ，大大簡化了這一過程。