詳解MEMS的幾種RF相關應用產(chǎn)品SAW,BAW，F(xiàn)BAR filter

濾波器定義

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。

濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件?！安ā笔且粋€非常廣泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數(shù)，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。

設計師們肯定有過這種體會，射頻干擾一直是無線通信的天敵，它要求設計師采取凌厲手段以束其就范。隨著每臺設備內所支持頻段的日益增多，當今的無線設備必須要同時防范來自其它設備及自身的干擾信號。

手機電路板

一款高端智能手機必須要對多達15個頻段的2G、3G和4G無線接入方式的發(fā)送和接收路徑進行濾波，同時要濾波的還包括：Wi-Fi、藍牙和GPS接收器的接收路徑。必須對各接收路徑的信號進行隔離。還必須要對出處雜多、難以盡舉的其它外部信號進行抑制。要做到這點，一款多頻段智能手機需要八或九個濾波器和八個雙工器。如果沒有聲濾波技術，這將難以實現(xiàn)。

單單聽到上述這么多組件，就會給人一種臃腫的感覺。但是很多通信系統(tǒng)發(fā)展到某種程度都會有小型化的趨勢。一方面小型化可以讓系統(tǒng)更加輕便和有效，另一方面，日益發(fā)展的IC制造技術可以用更低的成本生產(chǎn)出大批量的小型產(chǎn)品。

MEMS是這種小型產(chǎn)品的相關技術之一。MEMS可以檢測環(huán)境的變化并通過微型電路產(chǎn)生相關反應。MEMS的主要部分包括sensor(微傳感器)或actuator(微執(zhí)行器)和transducer(轉換裝置)，其中sensor可以檢測某種物理，化學或生物的存在或強度，比如溫度，壓力，聲音或化學成分，transducer會把一種energy轉換成另外一種(比如從電信號到機械波)。 目前MEMS被廣泛的利用在多個領域里。

今天小E主要說說MEMS的幾種RF相關應用產(chǎn)品SAW,BAW，F(xiàn)BAR filter，也是目前手機中最常用的幾種filter。

（一）SAW濾波器

聲表面波濾波器（SAWF）是利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電石英晶體振蕩器材料的壓電效應和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無源帶通濾波器，是一種采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而制成的濾波專用器件。

聲表面波（SAW）技術是六十年代末期才發(fā)展起來的一門新興科學技術領域，它是聲學和電子學相結合的一門邊緣學科。聲表面波技術的發(fā)展相當迅猛，其應用領域從最開始的軍用雷達發(fā)展到現(xiàn)在幾乎遍及整個無線電通訊，特別是移動通訊技術的高速發(fā)展，更進一步地推動了聲表面波技術的發(fā)展。

SAW濾波器廣泛應用于彩色電視機、手機、GPS定位、衛(wèi)星通訊和有線電視等電器設備。

基本SAW濾波器

聲表面波濾波器特性

1.性能穩(wěn)定：可靠性高，抗干擾能力強，不易老化。

2.使用方便：裝配時只需插入和焊接即可，無需調節(jié)等其他操作。

3.選擇性好：選擇性一般可以達到140dB左右，可確保圖像的清晰度。

4.頻帶寬：動態(tài)范圍大，并且中心頻率不受信號強度的影響，能確保圖像、彩電、聲音的正常傳輸，不會相互干擾。

5.插入損耗較大：使用時需在前級加寬頻帶放大器，以補償插入損耗。

SAW聲表濾波器的特性，正適應了現(xiàn)代通信系統(tǒng)設備以及移動通訊輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠性等方面的要求。

但是SAW聲表濾波器也有其不足之處：所需基片材料價格昂貴，另外對基片的定向、切割、研磨、拋光和制造工藝要求高，受到基片結晶工藝苛刻和制造精度要求嚴的影響。

（二）BAW濾波器

相比SAW filter，BAW filter更適合于高頻率。跟SAW/TC-SAW filter一樣，BAW filter的大小也隨著頻率增加而減少。另外，BAW filter有對溫度變化不敏感，插入損耗小，帶外衰減大(steep filter skirts)等優(yōu)點。

雖然SAW和TC-SAW濾波器非常適合約1.5GHz以內的應用，但高于1.5GHz時，BAW濾波器非常具有性能優(yōu)勢，如圖。BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使它非常適合要求非常苛刻的3G和4G應用。此外，即便在高寬帶設計中，BAW對溫度變化也不那么敏感，同時它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊（filter skirt）。

與SAW filter不同，聲波在BAW filter里是垂直傳播，如圖。從名字也可以看出，SAW是surface, 沿著表面?zhèn)鞑?，BAW是bulk，物體內傳播。對使用石英晶體作為基板的BAW諧振器來說，貼嵌于石英基板頂、底兩側的金屬對聲波實施激勵， 使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。而板坯厚度和電極質量（mass）決定了共振頻率。在BAW濾波器大顯身手的高頻，其壓電層的厚度必須在幾微 米量級，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機械加工技術實現(xiàn)諧振器結構。

為使聲波不散漫到基板上，通過堆疊不同剛度和密度的薄層形成一個聲布拉格（Bragg）反射器。這種方法被稱為牢固安裝諧振器的BAW或BAW-SMR器件。

BAW-SMR器件

（三）FBAR濾波器

fbar濾波器是 film bulk acoustic resonator濾波器的簡稱，譯為薄膜腔聲諧振濾波器，fbar濾波器不同于以前的濾波器，是使用硅底板、借助mems技術以及薄膜技術而制造出來的，現(xiàn)階段的fbar濾波器已經(jīng)具備了略高于普通saw濾波器的特性。

fbar濾波器在下一代無線通信和無線接入產(chǎn)品中的應用，當今的無線移動產(chǎn)品除了對體積，省電要求越來越高之外，更朝著多功能，多頻段，多系統(tǒng)，多協(xié)議的融合與集成。

當今的無線移動產(chǎn)品除了對體積，省電要求越來越高之外，更朝著多功能，多頻段，多系統(tǒng)，多協(xié)議的融合與集成的方向發(fā)展。如：gsm，cdma，wcdma與gps，bluetooth，wifi，wimax等不同功能組合在一臺產(chǎn)品上。這對設計和大批量生產(chǎn)也提出了挑戰(zhàn)，設計者選擇方案時應考慮技術的成熟和可持續(xù)性。

未來5年濾波器市場走向

整機越來越小，頻率資源越來越擁擠，高性能的濾波器顯得尤為重要。

BAW器件所需的制造工藝步驟是SAW的10倍，但因它們是在更大晶圓上制造的，每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。即便如此，BAW的成本仍高于SAW。然而，對一些分配在2GHz以上極具挑戰(zhàn)性的頻段來說，BAW是唯一可用方案。因此，BAW濾波器在3G/4G智能手機內所占的份額在迅速增長。