SAW和BAW之間的濾波差異是什么

基于 SAW 和 BAW 技術(shù)的組件都采用聲波，但方式不同，性能水平也不同，尤其是在較高頻率下。

聲波似乎超出了射頻/微波設(shè)計(jì)的有用范圍，但這種低頻波在高頻系統(tǒng)中非常有效。它們構(gòu)成了聲表面波 (SAW) 和體聲波(BAW)諧振器、濾波器、晶體振蕩器和延遲線(xiàn)的基礎(chǔ)。基于這些技術(shù)的組件已進(jìn)入許多應(yīng)用，從汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)和智能手機(jī)到軍用雷達(dá)系統(tǒng)。

SAW 和 BAW組件提供了純電子組件所沒(méi)有的特殊特性，具有高性能水平。但是它們有什么不同呢？什么條件有利于 SAW 濾波器而不是 BAW 濾波器，反之亦然？

SAW 和 BAW 組件均采用叉指式換能器 (IDT) 將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械聲波，然后再轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)聲學(xué)領(lǐng)域的信號(hào)處理。考慮到射頻/微波頻率如何轉(zhuǎn)換為較短波長(zhǎng)的聲學(xué)信號(hào)，可以為處理高頻電磁 (EM) 信號(hào)的 SAW 結(jié)構(gòu)創(chuàng)建極小的濾波器和諧振器。

然而，這些小的結(jié)構(gòu)特征最終限制了實(shí)際制造 SAW 濾波器（聲表面波濾波器）或諧振器（聲表面波晶體諧振器）的高端頻率。由于小型結(jié)構(gòu)中的高電流密度，功率處理能力也變得有限。

不同但互補(bǔ)

在 SAW 組件中，聲波穿過(guò)彈性壓電材料的表面，其波幅通常隨著進(jìn)入基板材料的深度呈指數(shù)衰減。

這種聲波現(xiàn)象由瑞利勛爵于 1885 年首次發(fā)現(xiàn)，他用它來(lái)解釋地震后聲波如何沿著地球表面?zhèn)鞑ァＲ虼耍┻^(guò) SAW 濾波器的聲波有時(shí)被稱(chēng)為瑞利波。相比之下，BAW 組件中的聲波穿過(guò)壓電材料并存儲(chǔ)在壓電材料中。

如果有的話(huà)，SAW 和 BAW 是互補(bǔ)的技術(shù)。在 SAW 換能器的尺寸變得無(wú)法控制之前，諸如濾波器之類(lèi)的 SAW 組件可以制造到大約 2.0 或 2.5 GHz。另一方面，BAW 組件有時(shí)被稱(chēng)為“高頻 SAW”，可用于 2.7 GHz 及更高頻率的濾波、延遲線(xiàn)和其他功能。對(duì)于某些應(yīng)用，例如長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，SAW 和 BAW 濾波器都起作用；在這種情況下，分別在較低頻段和較高頻段。

眾所周知，聲表面波濾波器比體聲波濾波器更容易隨溫度漂移，因此一些設(shè)計(jì)人員在必須在寬工作溫度范圍內(nèi)使用的電路或系統(tǒng)中選擇體聲波濾波器。然而，近年來(lái)，許多 SAW 制造商開(kāi)發(fā)了溫度補(bǔ)償或?qū)囟雀幻舾械?SAW 濾波器，即使在較寬的工作溫度范圍內(nèi)也能提供穩(wěn)定的頻率工作。

壓電是主要材料

SAW 和 BAW 組件依靠壓電材料來(lái)傳遞或存儲(chǔ)聲能，材料的選擇對(duì)濾波器或諧振器的性能有很大影響。在任一類(lèi)型的組件中，壓電材料層通常由頂部和底部金屬層制成，并安裝到基板材料上以保持穩(wěn)定性。SAW 元件的壓電材料必須表現(xiàn)出最佳的機(jī)械和電氣性能。

表面波的運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著基板材料的類(lèi)型而變化，例如鈮酸鋰 (LiNbO3) 或鉭酸鋰 (LiTaO3)。一種因其可制造性和性能水平而獲得廣泛認(rèn)可的壓電材料是氮化鋁 (AlN)。除了 SAW 和 BAW 器件之外，壓電材料還用于制造微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 組件。

壓電材料還可以支持 SAW 濾波器的不同帶寬，具體取決于類(lèi)型。已發(fā)現(xiàn)基本石英材料適用于低帶寬濾波器，而鉭酸鋰適用于中等帶寬品種。鈮酸鋰通常用于具有寬帶寬的 SAW 濾波器。然而，與大多數(shù)高頻組件一樣，這些材料會(huì)產(chǎn)生其他權(quán)衡以換取此類(lèi)性能特征。特別是，鈮酸鋰以高溫依賴(lài)性和比其他一些壓電材料更高的損耗而著稱(chēng)。

為了形成 SAW 或 BAW 濾波器或諧振器，不同類(lèi)型的金屬薄膜沉積在壓電材料的頂部和底部。這些金屬包括鋁 (Al) 和鎢 (W)，分別用于較低和較高的功率水平。在此類(lèi)聲學(xué)組件中，諧振頻率與薄膜厚度成反比，金屬層和介電層都有助于確定諧振頻率。例如，去除一些頂層金屬厚度可以增加諧振頻率。

在壓電材料中存儲(chǔ)聲波能量有其優(yōu)點(diǎn)。在較高頻率下，體聲波諧振器能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)化為高選擇性濾波器的高品質(zhì)因數(shù) (Q)。例如，對(duì)于帶通濾波器，通過(guò)非常尖銳的濾波器裙邊可以實(shí)現(xiàn)低通帶插入損耗。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)靠近所需通帶的信號(hào)的高度抑制，這已成為許多無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)的情況。BAW 濾波器往往比 SAW 濾波器更適合更高功率電平的信號(hào)，因?yàn)槠渚?xì)的電路特性會(huì)在更高功率電平下受到電遷移性能下降的影響。

作為延遲線(xiàn)，這兩種技術(shù)在其頻率范圍內(nèi)都是有效的，SAW 延遲線(xiàn)的尺寸比 BAW 延遲線(xiàn)要小一些，而且成本更低。聲表面波延遲線(xiàn)的工作頻率低于體聲波延遲線(xiàn)，并且與體聲波延遲線(xiàn)相比，它們可以引入電路或系統(tǒng)的延遲時(shí)間量有所限制。

什么可用？

作為頻率諧振器或振蕩器，SAW 具有極低的噪聲性能，具有出色的相位噪聲。例如，以晶體振蕩器和鎖相振蕩器而聞名的 Synergy Microwave Corp. 還提供一系列頻率約為 2 GHz 的 SAW 振蕩器。該公司的 HFSO800-5H 壓控 SAW 振蕩器在 +0.5 至 +5.0 V dc 的 20 mA 電流下運(yùn)行時(shí)可提供 800 MHz 的穩(wěn)定輸出。它表現(xiàn)出極低的單邊帶 (SSB) 相位噪聲 –150 dBc/Hz，僅與載波偏移 10 kHz。該振蕩器和 SAW 振蕩器系列中的其他成員采用緊湊的表面貼裝器件 (SMD) 封裝。

對(duì)于更高的頻率，Vectron International 的 VS-401 型壓控 SAW 振蕩器可用于 1.3 至 2.5 GHz 的光接收器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。對(duì)于 1.75 GHz 的頻率，SSB 相位噪聲為 –119 dBc/Hz，偏離載波 10 kHz。它采用 13 × 20 毫米 SMD 封裝，但該公司提供表面貼裝、通孔和配備連接器的封裝的 SAW 濾波器和振蕩器。

一個(gè)明顯的趨勢(shì)是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更小的 SAW 和 BAW 組件，以盡可能減少電路的占用空間和重量。隨著電子終端產(chǎn)品不斷向更小、更輕、更便攜的方向發(fā)展，組件設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)相應(yīng)的更小、更輕的信號(hào)處理組件（例如濾波器）方面感受到了更大的壓力。Qorvo 最近推出的 SAW 和 BAW 濾波器證明了這一點(diǎn)。

在另一個(gè)示例中，Qorvo 和 RFMW Ltd. 宣布推出 TriQuint 的 885128 型 BAW 濾波器，用于 2.4 GHz 多種無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的共存，特別是 WLAN、Wi-Fi 和藍(lán)牙系統(tǒng)。BAW 濾波器允許無(wú)線(xiàn)技術(shù)與第四代 (4G) 長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)共存。

885128 采用該公司的 LowDrift 和 NoDrift 溫度穩(wěn)定技術(shù)，可在 –40 至 +95°C 的工作溫度范圍內(nèi)最大限度地減少頻率漂移。它在尺寸僅為 1.1 × 0.9 × 0.5 mm 的 SMD 外殼中處理高達(dá) 4 W (+36 dBm) 的輸入功率（圖 1）。

同時(shí)，Qorvo 和 RFMW 推出了更高頻率的型號(hào) 857271 456-MHz SAW 濾波器。它在 456 MHz 的中心頻率下提供 39.6-MHz、1.4-dB 的帶寬，用于 WCDMA/LTE 應(yīng)用。它采用陶瓷表面貼裝封裝，尺寸為 7.01 × 5.51 × 1.70 mm。

作為 SAW 和 BAW 組件的簡(jiǎn)單“區(qū)別”，BAW 設(shè)備可以處理比 SAW 組件更高的頻率和更高的功率水平，盡管 SAW 組件的成本往往較低。當(dāng)然，在 Qorvo 示例中，兩種濾波器類(lèi)型均采用外觀相似的 SMD 封裝，盡管濾波器的中心頻率存在顯著差異。一般而言，這些技術(shù)不同但非常互補(bǔ)，在同一系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用兩種技術(shù)的組件并不罕見(jiàn)。