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SAWF(声表面滤波器),特点及用途


SAWF(声表面滤波器),特点及用途 声表面滤波器), 什么是 SAWF(声表面滤波器),特点及用途
(2009-08-01 10:44:52) 转载 标签: 声表 滤波器 振荡器 晶振 杂谈 什么是 SAWF(声表面波滤波器)
声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。所谓压电效应, 声表面波滤波器 即是当晶体受到机械作用时,将产

生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体,在受到 电信号的作用时,也会产生弹性形变而发出机械波(声波),即可把电信号转为声信号。由于这 种声波只在晶体表面传播,故称为声表面波。声表面波滤波器的英文缩写为 SAWF,声表面波滤 波器具有体积小,重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。在有线电视系统中实现邻频传输的关键 器件。 声表面波滤波器的特点是: 1) ( 频率响应平坦, 不平坦度仅为±0.3-±0.5dB, 群时延±30-±50ns。 (2)SAWF 矩形系数好,带外抑制可达 40dB 以上。(3)插入损耗虽高达 25-30dB,但可以用 放大器补偿电平损失。声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电 视频道残留边带滤波器。声表面波滤波器的典型技术指标如下表所示。

声表面滤波器封装的分类

插件型和贴片型(具体的图片如下图

声表面波滤波器的应用及发展 声表面波滤波器

1 前言

声表面波—SAW(SurfaceAcousticWave)就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入 基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW 滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材 料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器(IDT)。它采用半导体集成电路的平面工艺, 在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜,把设计好的两个 IDT 的掩膜图案,利用光刻方法沉积在 基片表面,分别作为输入换能器和输出换能器。其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号, 沿晶体表面传播,输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

2 SAW 滤波器的特点

SAW 滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良 (可选频率范围为 10MHz~3GHz)、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰(EMI) 性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻,其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的 1/40 和 1/30 左右,且能实现多种复杂的功能。SAW 滤波器的特征和优点,适应了现代通信系统设备及便携 式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是所需基片材 料的价格昂贵,对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。受基片结晶工艺苛刻和制 造精度要求严的影响,日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商 垄断了世界 SAW 滤波器市场。富士通公司控制了移动电话用小型射频 SAW 滤波器全球市场 40%左右的份额, 目前其年产量在 1.5 亿只以上, 最小的产品尺寸已达到 2.5mm×2mm, 22mg, 重 集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体, 使滤波器性能突破性飞跃。 三洋电器公司是世 界最大的视听家电用 SAW 滤波器制造商之一,为保持其价格上的优势,该公司在我国深圳设有 组装厂,年产 5000 万只。丰田公司主要生产移动通信用 SAW 滤波器,可提供 30 多种标准型产 品,均适用于表面安装。

3 SAW 滤波器的用途

SAW 滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰 等方面起到良好的作用, 可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波, 这是其它滤波器难以 完成的。近年来国外已将 SAW 滤波器片式化,重量只有 0.2g;另外,由于采用了新的晶体材料 和最新的精细加工技术,使 SAW 器件上使用上限频率提高到 2.5GHz~3GHz。从而促使 SAW 滤波器在抗 EMI 领域获得更广泛的应用。

SAW 滤波器以极陡的过渡带使 CATV 的邻频传输得以实现,与隔频传输相比,频谱利用率提 高了 1 倍。电视接收机如果不采用 SAW 滤波器,不可能稳定可靠地工作。事实上,早期 SAW 滤波器的主要应用领域就是以电视机为代表的视听家电产品,20 世纪 80 年代末,由于电子信息 特别是通信产业的高速发展,为 SAW 滤波器提供了一个广阔的市场空间,致使其产量和需求呈 直线上升趋势。 目前世界 SAW 滤波器的年产量在 6 亿只以上, 其中移动通信等用小型化 RFSAW 滤波器就达 4.3 亿只。

移动通信系统的发射端(TX)和接收端(RS)必须经过滤波器滤波后才能发挥作用,由于其 工作频段一般在 800MHz~2GHz、带宽为 17MHz~30MHz,故要求滤波器具有低插损、高阻带 抑制和高镜像衰减、承受大功率、低成本、小型化等特点。由于工作频段、体积和性能价格比等 方面的优势,SAW 滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头,这是压电陶瓷滤波器和单片晶体 滤波器望尘莫及的。

在无线寻呼系统中, 机接收到的 RF 信号需先经滤波再进行放大。 BP 滤波器的电气特性直接影 响到接收信号的灵敏度和精确度,早期生产的 BP 机一般采用 LC 滤波器,但由于 LC 滤波器的 调试复杂,选择性和稳定性又较差,因此现在逐渐被 SAW 滤波器所取代。

随着 Internet 的迅猛发展,全球上网用户愈来愈多,但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太 窄 (几十千赫) 下载速度极慢, CATV 网络频率资源丰富, , 而 不少商家因此均在开发基于 CATV 网的宽带多媒体数据广播系统(如 VOD 等),通过 CATV 上网可使信息传输速度提高几十倍以 上,在这些系统中都要用到高性能的 SAW 滤波器来解决邻频抑制问题。可见,SAW 滤波器的 市场前景十分可观。

4 SAW 滤波器的发展趋势

4.1 小型片式化

SAW 滤波器的小型片式化, 是移动通信和其他便携式产品提出的基本要求。 为缩小 SAW 滤波 器的体积,通常采取三方面的措施:一是优化设计器件用芯片,使其做得更小;二是改进器件的

封装形式,现已由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或 LCCC(无引线陶瓷 芯片载体)表面贴装;三是将不同功能的 SAW 滤波器封装在一起构成组合型器件以减小 PCB 面积,如应用于 1.9GHzPCS 终端 60MHz 带宽的双频段 SAW 滤波器以及近来富士通公司开发的 双带式(可支持模拟和数字两种模式)便携式手机用 SAW 滤波器,均装有两个滤波器。

4.2 高频、宽带化

为适应电子整机高频、宽带化的要求,SAW 滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表 明,当压电基材选定之后,SAW 滤波器的工作频率则由 IDT 电极条宽决定,IDT 电极条愈窄, 频率愈高。采用 0.35?m~0.2?m 级的半导体微细加工工艺,可制作出 2GHz~3GHz 的 SAW 滤 波器。

拓展 SAW 滤波器的带宽通常从优化设计 IDT 的电极结构入手。 如将 IDT 按串联和并联形式连 接成梯形若干级联的结构,输入/输出直接实现连接,采用 0.4?m 以下的微细加工技术,就可制 作出用于无线局域网(LAN)的 2.5GHz 梯形结构谐振式 SAW 滤波器,带宽达 100MHz;在多 重模式滤波器中, 采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些, 因此被广泛用于蜂 窝电话和寻呼机的 RF 滤波,而后者具有陡削的窄带特性,可用于个人数字蜂窝(PDC)和模拟 电话的中频(IF)滤波。

4.3 降低插入损耗

早期 SAW 滤波器的最大缺陷是插入损耗大,一般在 15dB 以上,这对于要求低功耗的通信设 备特别是接收前端是无法接受的。 为满足现代通信系统及其它用途的要求, 人们通过开发高性能 的压电材料和改进 IDT 设计,使器件的插入损耗降低到 3dB~4dB,最低可达 1dB。在众多压电 材料研究成果中,最引人注目的是日本村田制作所发明的 ZnO/蓝宝石层状结构基片材料,利用 这种基片材料,已制造出 1.5GHzPDC 用射频 SAW 滤波器,其插入损耗仅 1.2dB。


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