IHP-SAW聲波濾波器的性能究竟有多牛？

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目前常見(jiàn)的聲波濾波器主要有聲表面波SAW濾波器和聲體波BAW濾波器。這兩種濾波器也是目前在國(guó)內(nèi)比較火的濾波器。

對(duì)于聲表面波SAW濾波器，由于頻率和Q0的限制，其性能和應(yīng)用場(chǎng)景較于體聲波BAW濾波器的應(yīng)用較為受限。但是村田在聲表面波SAW濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)，做出了一款叫做IHP SAW濾波器。

我們一起看看這款I(lǐng)HP SAW究竟怎么樣？

首先我們來(lái)看一下為什么叫做IHP SAW？ 根據(jù) 村田網(wǎng)站上的介紹，IHP 就是 Incredible High Performance 的首字母縮寫，不可思議的高性能聲表面波濾波器。足見(jiàn)這款濾波器在聲表面波SAW中的地位——Incredible High Performance。根據(jù)村田的介紹，這款 IHP SAW 濾波器在性能上甚至超過(guò)了 BAW，實(shí)現(xiàn)了真正的Incredible High Performance。

射頻濾波器用于通信終端的發(fā)射器和接收器電路或收發(fā)器電路中。它們是允許所需頻帶信號(hào)通過(guò)并阻止其他不需要的信號(hào)通過(guò)的設(shè)備。它們由多個(gè)諧振器組成：通常，所需的濾波器帶寬是由梯形電路定制的，梯形電路由梯形連接的諧振器組成（圖 1）。通信終端可用的頻帶包括具有各種頻率和通帶帶寬的頻帶。終端中的電路和諧振器的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以符合每個(gè)分配頻段的標(biāo)準(zhǔn)。

RF 濾波器中重要的是過(guò)渡帶的陡度，它是連接濾波器帶通特性中通帶和阻帶的曲線。通帶和阻帶之間的帶寬或其過(guò)渡帶寬（如圖1中紅色箭頭所示）較窄的RF濾波器難以設(shè)計(jì)；具有更陡峭過(guò)渡帶的濾波器特性是必要的。為了增加過(guò)渡帶的陡度，組成濾波器的諧振器的電路設(shè)計(jì)當(dāng)然很重要；但諧振器本身的特性（品質(zhì)因數(shù)，或Q 因數(shù)）也非常重要。為了滿足這些高難度頻段對(duì)濾波器設(shè)計(jì)的需求，各種制造商一直在努力提高諧振器的 Q 因子。

基于單晶壓電 LiTaO3 襯底的 SAW 器件已廣泛應(yīng)用于射頻濾波器。濾波器具有安裝在壓電基板表面上的叉指換能器或 IDT，它們是梳狀電極。由 IDT 激發(fā)的表面聲波的共振特性決定了 RF 濾波器的特征頻帶。

那么村田開(kāi)發(fā)的這款 IHP SAW 究竟怎么樣呢？

根據(jù)村田網(wǎng)站的介紹，IHP SAW 濾波器是表面聲波器件，其特點(diǎn)是 (1) 高 Q 因數(shù)，(2) 低頻率溫度系數(shù)，或TCF，以及 (3) 高散熱。

Q0 究竟多高？

IHP SAW 濾波器可以實(shí)現(xiàn)高 Q 因子特性。濾波器采用使表面聲波的能量集中在基片表面的結(jié)構(gòu)，使聲波在基片上無(wú)損傳播。諧振器原型的 Q 特性峰值或 Qmax 在 1.9 GHz 頻段超過(guò) 3,000，與傳統(tǒng) SAW 濾波器相比，這是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，其中 Qmax 通常約為 1,000。據(jù)有關(guān)資料說(shuō)，一般BAW諧振器的Q0在2000左右，對(duì)于這個(gè)常規(guī)值，IHP SAW確實(shí)實(shí)現(xiàn)了超越。

上圖顯示了射頻濾波器的 IHP SAW 應(yīng)用實(shí)例。目標(biāo)波段是B25，該波段被認(rèn)為是最難對(duì)付的波段。在實(shí)際測(cè)量中得到了滿意的特性：插入損耗的典型值為Tx：1.5 dB和Rx：2.1 dB，隔離的典型值為Tx Iso：57 dB和Rx Iso：59 dB。結(jié)果表明這種新過(guò)濾器適用于高難度頻段 25。

 TCF到底能做到多低？

IHP SAW 濾波器可以改善頻率-溫度特性。濾波器通過(guò)同時(shí)控制基板的線性膨脹系數(shù)和聲速來(lái)實(shí)現(xiàn)令人滿意的溫度特性。圖 4 顯示了溫度從 -35°C 變?yōu)?+85°C 時(shí)的濾波器特性。傳統(tǒng) SAW 濾波器在 TCF 中表現(xiàn)出大約 -40 ppm/°C 的非常大的偏移，而 IHP SAW 濾波器可以表現(xiàn)出±8 ppm/°C 或更低的改進(jìn)偏移。通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)基板的結(jié)構(gòu)，TCF 約 30 ppm/°C 的改進(jìn)可以進(jìn)一步提高到 0 ppm/°C。對(duì)于這個(gè)接近0 ppm/c 的溫漂值，確實(shí)很不錯(cuò)了。

IHP SAW 濾波器的 TCF 優(yōu)于 BAW 濾波器。常見(jiàn) BAW 濾波器的 TCF 范圍為 -20 至 30 ppm/°C。因此，就 TCF 而言，IHP SAW 濾波器比 BAW 濾波器實(shí)現(xiàn)了更好的溫度特性。IHP SAW 濾波器的低 TCF 特性將成為設(shè)計(jì)濾波器的巨大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樽罱鼘?duì)更好的溫度特性有更嚴(yán)格的需求。

高散熱

IHP SAW 濾波器表現(xiàn)出令人滿意的散熱性能。當(dāng)有大功率電信號(hào)輸入時(shí)，IDT 會(huì)產(chǎn)生熱量。輸入更強(qiáng)烈的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生更多熱量，這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，包括電極擊穿。IHP SAW 濾波器可以有效地將電極產(chǎn)生的熱量散發(fā)到基板上，這有助于將啟動(dòng)時(shí)的溫度升高降低到傳統(tǒng) SAW 濾波器的一半以下。低 TCF 和高散熱的綜合效應(yīng)使濾波器在高工作溫度下的響應(yīng)穩(wěn)定。

IHP SAW的應(yīng)用頻率怎么樣呢？

IHP SAW 濾波器可以在從較低頻率（800 MHz 頻帶）到較高頻率（2500 MHz 頻帶）的寬頻譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出令人滿意的特性。在最近的發(fā)展中，在 3.5 GHz 頻帶內(nèi)的頻率特性獲得了令人滿意的結(jié)果，這被認(rèn)為是傳統(tǒng) SAW 濾波器難以實(shí)現(xiàn)的（圖 5 中的 3.5 GHz 峰值）。移動(dòng)終端向更高速的通信工具演進(jìn)是未來(lái)的必然路徑。IHP SAW 濾波器是可以適應(yīng)下一代通信終端帶來(lái)的挑戰(zhàn)的產(chǎn)品。

IHP SAW 濾波器的特征之一是部分帶寬調(diào)整的自由度。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇他們喜歡的任何分?jǐn)?shù)帶寬。一個(gè)頻帶可以具有從窄帶到寬帶的各種帶寬。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇所需的頻帶，從而幫助他們?cè)O(shè)計(jì)針對(duì)各種頻帶進(jìn)行優(yōu)化的濾波器。

此外，IHP SAW 濾波器可以適應(yīng)濾波器小型化的要求。與傳統(tǒng)的 SAW 濾波器相比，上述三個(gè)特征將有助于器件的顯著小型化。隨著移動(dòng)終端小型化的進(jìn)展，預(yù)計(jì)未來(lái)對(duì)濾波器小型化的需求將得到加強(qiáng)。在這種環(huán)境下，IHP SAW 濾波器是可以提供尺寸優(yōu)勢(shì)的理想產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

https://corporate.murata.com/en-us/more_murata/techmag/metamorphosis20/productsmarket/ihp-saw.

圖示來(lái)源：https://corporate.murata.com/