『这个知识不太冷@@』系列@@，旨在@@帮助小伙伴们唤醒知识的@@记忆@@，将挑选一部分@@Qorvo划重点的@@知识点@@，结合产业现状解读@@，以此温故知新@@、查漏补缺@@。
在@@过去十年中@@@@，移动无线数据快速增长@@，使@@得运营商愈加迫切地需要新频段@@和@@新技术@@@@，以满足用户对无线数据容量的@@需求@@。这种需求不仅推动了无线技术@@的@@发展@@，也增加了对增强型射频@@(RF)滤波器@@技术@@@@的@@需求@@，以帮助减少系统干扰@@，扩大@@RF覆盖范围@@，增强接收器性能@@，并提升共存特性@@。
本篇内容将介绍@@RF滤波器@@的@@工作原理@@，以及如今的@@应用中@@使@@用的@@各种技术@@版本@@。首先介绍关于滤波器@@的@@一些基本实情@@，以及它们带来的@@益处@@。
有关@@RF滤波器@@的@@基础知识@@
先来了解这些@@重要的@@滤波器@@术语和@@概念@@。
» 衰减@@：信号在@@通过@@RF滤波器@@后产生的@@振幅损失@@，通常以分贝@@(dB)为单位衡量@@。在@@滤波器@@通带@@范围以外引用时@@@@，它也被称为抑制@@。
» 截断@@：滤波器@@响应@@降低@@3dB时@@对应的@@点@@。
» 插入损耗@@：滤波器@@的@@目标通带@@中@@的@@信号功率损耗@@。
» 隔离@@：将信号彼此隔开@@，以防止它们之间产生不必要的@@交互@@。例如@@，您可能会隔离@@发送信号和@@接收信号@@，以防它们产生交互@@。
» 通带@@：信号通过@@，但几乎无衰减@@的@@区域@@。
» Q因数@@：品质因数@@的@@简称@@，是指在@@每个振荡周期@@，存储能量与@@损失能量之间的@@比率@@。用于测量谐振电路的@@选择性@@@@。
» 纹波@@：通带@@中@@插入损耗@@的@@差异@@。
» 选择性@@：对滤波器@@通过或@@抑制特定频率@@@@（相对于中@@心频率@@@@）的@@能力的@@测量@@。选择性@@一般是指在@@与@@滤波器@@的@@中@@心频率@@相差指定频率@@的@@节点所发生的@@损耗@@。
» 阻带@@：滤波器@@达到所需的@@带外抑制@@（由所需的@@分贝数表示@@）时@@应对的@@频段@@@@。
图@@1：典型的@@@@RF滤波器@@响应@@
滤波器@@去除信号中@@多余的@@频率@@成分@@，同时@@保持所需的@@频率@@带宽@@。图@@2显示四种基本的@@@@滤波器@@以不同方式接收或@@抑制信号@@：
» 低通滤波器@@@@：允许低于某个频率@@的@@所有频率@@通过@@，并阻止所有其他频率@@@@（和@@高通相对@@）
» 高通滤波器@@@@：允许高于@@某个频率@@的@@所有频率@@通过@@，并阻止所有其他频率@@@@（和@@低通相对@@）
» 带通滤波器@@@@：允许介于两个频率@@之间的@@所有频率@@通过@@，并阻止所有其他频率@@@@（和@@带阻相对@@）
» 频段@@抑制滤波器@@@@（也称为带阻或@@陷波滤波器@@@@）：阻止介于两个频率@@之间的@@所有频率@@@@，并允许所有其他频率@@通过@@（和@@带通相对@@）
图@@2：基本的@@@@RF滤波器@@和@@响应@@
滤波器@@技术@@@@的@@比较@@@@@@
根据应用的@@不同@@，滤波器@@的@@结构@@也不同@@。RF滤波器@@技术@@@@最常见的@@差异在@@于尺寸@@、成本和@@性能@@。滤波器@@的@@结构@@是导致这些@@差异的@@主要因素@@。以下@@是一些@@RF滤波器@@结构@@示例@@：
» 声学滤波器@@@@：一种滤波器@@@@，能够满足低频率@@和@@高频率@@@@（高达@@9GHz），在@@有些特殊情况下@@能够满足高达@@@@12GHz频率@@。它体积小@@，提供极佳的@@性能和@@成本组合@@，以满足复杂的@@滤波器@@要求@@。声学滤波器@@@@是商用@@RF微波应用@@（例如@@手机@@、WiFi和@@全球定位系统@@GPS）中@@最常见的@@滤波器@@结构@@@@。
» 空腔滤波器@@@@：一种只用在@@基础设施应用中@@的@@滤波器@@@@。它能在@@合理的@@成本下@@实现@@良好的@@性能@@，但体积比声学滤波器@@@@大@@。
» 分立式电感@@-电容@@（LC）滤波器@@：一种结构@@成本低@@，性能和@@体积中@@等的@@滤波器@@@@。LC188足彩外围@@app 有时@@候以印制结构@@的@@形式集成在@@基板上@@@@，称为集成式无源器件@@（IPD）。LC滤波器@@也可以通过分立式表贴器件@@（SMD）188足彩外围@@app 实现@@。
» 单体式陶瓷滤波器@@@@：一种成本和@@性能@@均高于@@多层@@陶瓷滤波器@@@@的@@滤波器@@@@。它的@@体积也更大@@，不适合用于移动应用@@。
» 多层@@陶瓷滤波器@@@@：一款中@@低成本的@@滤波器@@@@，性能与@@@@LC滤波器@@相当@@。其占用面积通常较为合理@@，但厚度更大@@，使@@其无法用于有些应用@@。
» 滤波器@@可以设计用于满足多种要求@@。虽然它们使@@用相同的@@基本电路配置@@，但当电路被设计用于满足不同的@@标准时@@@@，电路值会有所不同@@。比如@@，当需要满足带内纹波@@@@、以最快速度过渡到最终滚降@@、最高的@@带外抑制等标准时@@@@，会导致不同的@@电路值@@。
了解压电式声学滤波器@@@@@@
对于如今的@@许多应用@@，首选的@@滤波器@@技术@@@@是压电式滤波器@@@@。这些@@RF滤波器@@是体积小巧@@、经济高效的@@解决方案@@，用于许多商业@@、军事和@@科学应用中@@@@。
压电效应是一种可逆的@@物理现象@@。晶体物质在@@受到机械应力时@@产生电流@@，反之亦然@@。当施加电场或@@电压时@@@@，晶体会有微小幅度的@@拉伸@@。压电材料将施加的@@机械应力转化为电能@@，也能将电能转化为机械应力@@。
市面上@@提供两种声学滤波器@@@@@@，分别是表面声波@@(SAW)和@@体声波@@(BAW)。
如图@@@@3所示@@，SAW和@@BAW滤波器@@可以分为两类@@：梯式和@@栅格式@@。梯式滤波器@@在@@通带@@附近有很高的@@抑制@@，但带外抑制性能很差@@。栅格式滤波器@@提供良好的@@带外抑制@@，在@@通带@@附近提供较低的@@抑制@@。而梯式@@-栅格式的@@混合配置在@@抑制和@@通带@@抑制性能之间实现@@折衷@@。
图@@3：SAW和@@BAW配置设计@@
SAW滤波器@@
SAW滤波器@@应用广泛@@，非常成熟@@。它横向传播高频波@@。如图@@@@4所示@@，利用在@@石英@@、钽酸锂@@ (LiTaO3) 或@@铌酸锂@@ (LiNbO3) 等压电基板上@@创建的@@交错金属叉指式换能器@@ (IDT)，将电输入信号转换为声波@@。SAW滤波器@@速度慢@@，可用于适应极小器件中@@穿过@@IDT的@@许多波长@@。
图@@4：基本的@@@@SAW RF滤波器@@
SAW的@@一个关键优势在@@于@@，它能够优化用于@@600-1900MHz的@@标准滤波器@@应用@@。它不仅能满足@@600MHz的@@低@@5G频段@@，而且在@@@@1、5、8、13低手机频段@@以及@@GPS频段@@下@@也表现出色@@，且经济高效@@。
为了达到@@1900MHz以上@@@@，我们采用分层@@SAW技术@@，例如@@低损耗谐振器技术@@@@ (LRT)、薄膜@@ SAW (TF-SAW)、超@@SAW或@@性能极高@@ (IHP) 的@@SAW。这些@@技术@@使@@多层@@@@SAW能达到@@ 2.7GHz，可用于中@@高频段@@应用@@。高于@@2.7GHz时@@，SAW滤波器@@的@@选择性@@下@@降@@。但是@@，在@@SAW滤波器@@的@@效用结束时@@@@，BAW滤波器@@（本章稍后会进行介绍@@）开始发挥作用@@。
温度补偿@@SAW
在@@诸多@@SAW技术@@创新中@@@@，有一种温度补偿@@@@SAW (TC-SAW)。TC-SAW使@@用热补偿层来避免热漂移@@，如图@@@@5所示@@。由于具有更高的@@温度稳定性@@@@，其性能要优于标准@@SAW。
与@@传统的@@基于@@SAW的@@滤波器@@和@@双工器相比@@，TC-SAW器件集成在@@单晶铌酸锂上@@@@，且将@@ IDT 电极埋入二氧化硅@@ (SiO2) 层中@@@@，提高@@了@@TCF和@@品质因数@@@@。
图@@5：SAW与@@TC-SAW比较@@
要在@@@@SAW上@@采用温度系数@@，需要将叉指式换能器@@ (IDT) 与@@任何环境温度变化隔离@@开来@@。要实现@@这种隔离@@@@，需要使@@用@@ SiO2 层覆盖@@ SAW 结构@@，有时@@候还需要额外的@@氮化硅层@@，如图@@@@5右侧所示@@@@。
TC-SAW改善滤波器@@性能@@，以应对@@LTE和@@5G严格的@@频段@@分配@@，以及上@@行链路和@@高功率用户设备@@@@ (HPUE) 的@@载波聚合@@ (CA)。这些@@改善包括更低的@@插入损耗@@@@、更陡的@@裙边特性@@、温度稳定性@@、更高的@@电源耐久性@@、更宽的@@带宽频率@@范围@@@@、更高的@@线性度@@、更小的@@尺寸和@@集成@@。为了实现@@这些@@特性@@，需要使@@用@@更高的@@@@Q因数@@和@@较小的@@频率@@温度系数@@ (TCF)。
多层@@SAW
在@@传统的@@@@SAW基板结构@@中@@@@，声波沿表面传播@@，在@@电极下@@达到几个波长@@，体声波辐射模式则是出现在@@基板深处@@。这会导致体声波泄漏@@，使@@Q因数@@、TCF和@@耦合降低@@。
降低这种泄漏的@@方法之一是创建一个新的@@多层@@结构@@或@@是创建@@TC-SAW的@@变型@@，如图@@@@6所示@@。在@@压电层和@@功能层表面以下@@增加这个额外的@@@@SiO2层会提供一个重要益处@@：将在@@表面传播的@@@@SAW引入压电层和@@功能层@@。这会将声学能量限制在@@表面附近@@，从而改善@@TCF和@@Q因数@@。
图@@6：多层@@SAW与@@SAW的@@比较@@@@
市面上@@有几种类@@型的@@@@SAW滤波器@@。它们被称为@@SAW、TC-SAW和@@多层@@@@SAW，也被称为引导式@@SAW、LRT-SAW、TF-SAW、ultra-SAW和@@IHP-SAW。它们都属于@@SAW种类@@，在@@基板和@@功能层之间增加一层@@，例如@@SiO2，如图@@@@6所示@@。在@@本书中@@@@，我们将这种类@@型称为@@SAW。
多层@@SAW的@@性能要高于@@标准@@SAW滤波器@@。在@@有些频段@@中@@@@，多层@@SAW的@@性能能媲美@@BAW滤波器@@，接下@@来我们会讨论这一点@@。
多层@@SAW技术@@以分布在@@隔离@@器上@@的@@压电材料为基础@@。在@@多层@@@@SAW中@@，热补偿机制直接来自基板@@，而不是源自电极表面@@。
下@@表比较@@了各种声学@@SAW RF滤波器@@技术@@@@的@@不同特点@@。
BAW滤波器@@
BAW可用于替代@@SAW。BAW滤波器@@支持@@1.4至@@9GHz频率@@范围@@。
除了结构@@之外@@，BAW和@@SAW的@@主要区别在@@于滤波器@@赖以使@@用的@@压电材料@@。BAW滤波器@@使@@用多晶氮化铝@@，具有更高的@@耦合系数和@@更高的@@波速@@。
BAW滤波器@@的@@声学能量密度非常高@@，且其结构@@能够很好地捕捉声波@@，因此能够实现@@极低的@@损耗@@。此外@@，相比在@@微波频率@@下@@使@@用的@@其他尺寸合适的@@滤波器@@类型@@，它们可实现@@的@@@@Q因数@@更高@@。如此可以实现@@出色的@@抑制和@@插入损耗@@性能@@，在@@关键的@@带通边沿也是如此@@。
BAW滤波器@@提供更低的@@插入损耗@@@@，有助于延长智能手机应用中@@的@@电池使@@用寿命@@。BAW还适用于上@@行链路和@@下@@行链路之间分隔很短的@@应用@@，以及在@@紧密排列的@@相邻频段@@中@@对衰减@@要求很高的@@应用@@。
与@@SAW滤波器@@不同@@，BAW滤波器@@中@@的@@声波是垂直传播的@@@@。如图@@@@7所示@@，谐振器使@@用石英晶体作为基板@@。石英顶部和@@底部两侧的@@金属路径激发声波@@，声波从顶部反弹到底部表面@@，形成驻波@@。平板的@@厚度和@@电极的@@质量决定了谐振发生的@@频率@@@@。在@@BAW滤波器@@有效的@@高频率@@下@@@@，压电层必须只有几微米厚@@，这就要求谐振器结构@@是以载波基板为底@@，利用薄膜@@淀积和@@精密加工构成@@。
图@@7：基本的@@@@BAW RF滤波器@@
在@@这种类@@型的@@滤波器@@中@@@@，为了防止声波逃逸到基板中@@@@，会堆叠刚度和@@密度交替变化的@@薄层来创建布拉格声学反射器@@。构建出的@@器件被称为固载谐振器@@@@(SMR) BAW，如图@@@@7所示@@。布拉格反射器由多层@@交替材料构成@@，这些@@材料的@@折射率各不相同@@。
市面上@@主要有两种类@@型的@@@@BAW滤波器@@，如图@@@@8所示@@：固载谐振器@@(SMR) BAW和@@多晶薄膜@@体声波谐振器@@ (FBAR)。
图@@8：BAW滤波器@@技术@@@@的@@截面比较@@@@
从技术@@角度来看@@，最大区别在@@于基板@@，以及基板和@@底层电极之间的@@空腔@@。根据下@@表@@，可以看出堆叠层@@BAW的@@温度补偿@@性能最佳@@。
有些公司会使@@用自己的@@品牌名称来指代@@FBAR或@@BAW技术@@，但它们都归属于@@BAW或@@FBAR这两类技术@@@@。例如@@，XBAW就是另一种@@@@FBAR，超@@BAW是另一种@@BAW。XBAR是一种剪波@@BAW技术@@，具有场横向耦合的@@特性@@；但是@@，这项技术@@还处于研发阶段@@，尚未投产@@……
限于篇幅@@，更多有关@@滤波器@@的@@温度系数@@、Q因数@@、耦合系数等精彩内容将在@@@@《探索@@ RF 滤波器@@技术@@@@（下@@）》继续探讨@@，一定要留意我们的@@推文哦@@~
本文转载自@@：Qorvo半导体@@