【導讀】『這個知識不太冷』係列，旨在幫助小夥伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點
，結合產業現狀解讀
，以此溫故知新、查漏補缺。本篇繼續闡述 RF 濾波器的一些重要概念。

『這個知識不太冷』係列，旨在幫助小夥伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點，結合產業現狀解讀，以此溫故知新、查漏補缺。本篇繼續闡述 RF 濾波器的一些重要概念。

了解濾波器的溫度係數

似乎每年都會為手機
、Wi-Fi、汽(qi)車(che)等(deng)應(ying)用(yong)分(fen)配(pei)新(xin)的(de)頻(pin)譜(pu)。增(zeng)加(jia)新(xin)的(de)頻(pin)譜(pu)是(shi)好(hao)事(shi)，它(ta)們(men)會(hui)推(tui)動(dong)無(wu)線(xian)設(she)備(bei)逐(zhu)步(bu)改(gai)進(jin)。但(dan)增(zeng)加(jia)這(zhe)些(xie)額(e)外(wai)的(de)頻(pin)譜(pu)有(you)時(shi)候(hou)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)某(mou)些(xie)區(qu)域(yu)，導(dao)致(zhi)其(qi)中(zhong)的(de)頻(pin)段(duan)相(xiang)互(hu)重(zhong)疊(die)。此(ci)外(wai)
，因(yin)為(wei) RF 路徑增加
，會導致係統發熱量隨之增加。

為了確保妥善隔離這些信號路徑
，會使用溫度係數較低的RF濾波器。但並不是任何一種濾波器都適用於這些頻段緊密相連的應用。如圖1所示，手機和Wi-Fi頻段有時候緊挨著彼此，隻相差幾個兆赫茲。我們使用BAW等RF濾波器技術來確保這些頻段彼此共存。

圖1：緊密連接的 Wi-Fi 和手機頻段的示例

在SAW和BAW技術中，采用最優的溫度係數至關重要。它可以決定一個應用是容易遭到RF幹擾
，還是具有出色的信號質量。在BAW和SAW技術中
，濾波器響應基於溫度變化，如圖2所示。

圖2：壓電式濾波器的溫度漂移

當(dang)濾(lv)波(bo)器(qi)響(xiang)應(ying)隨(sui)著(zhe)應(ying)用(yong)溫(wen)度(du)而(er)改(gai)變(bian)時(shi)，濾(lv)波(bo)器(qi)帶(dai)寬(kuan)在(zai)變(bian)冷(leng)時(shi)向(xiang)右(you)漂(piao)移(yi)，在(zai)變(bian)熱(re)時(shi)向(xiang)左(zuo)漂(piao)移(yi)。濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)漂(piao)移(yi)是(shi)由(you)工(gong)藝(yi)的(de)百(bai)萬(wan)分(fen)之(zhi)一(yi)攝(she)氏(shi)度(du)(ppm/°C) 特性和濾波器在應用中經曆的溫度漂移決定的，如圖2所示。

應用的頻率和環境條件通常是固定的
，因此，要將濾波器的溫度漂移降到最低，唯一方法是通過工藝技術。使用溫度補償（TC）濾波器工藝技術會影響濾波器的整體響應。如圖2所示


，TC-SAW、多層SAW和BAW技術工藝大大降低了單個濾波器的溫度漂移。這些BAW、多層SAW和TC-SAW工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)提(ti)供(gong)更(geng)低(di)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)，產(chan)生(sheng)更(geng)陡(dou)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)裙(qun)邊(bian)，並(bing)提(ti)供(gong)更(geng)好(hao)的(de)溫(wen)度(du)響(xiang)應(ying)，這(zhe)些(xie)都(dou)等(deng)同(tong)於(yu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)期(qi)間(jian)更(geng)好(hao)的(de)帶(dai)外(wai)衰(shuai)減(jian)。它(ta)們(men)還(hai)能(neng)提(ti)高(gao)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)、隔離和抑製。

• 與SAW濾波器相比，BAW濾波器本身對溫度變化的敏感度更低。溫度補償（TC-SAW和TC-BAW）甚至會進一步降低溫度敏感度。

• 在BAW中，可以使用某些設計技術來創建TC-BAW類型的結果，但一般來說，當涉及到實現良好的溫度係數值時
  ，BAW是有效的。但是，由於結構不同
  ，三種類型的BAW在求解溫度係數時存在差異。

  
  

下圖說明空腔可能會影響散熱路徑
，從而影響濾波器的溫度係數。在5G和Wi-Fi應用中
，當處於更高頻率時
，BAW相較於FBAR的優勢會更加明顯。由於諧振器的尺寸更小，所以在更高頻率下，處理濾波器的功率會變得更具挑戰性。但是，在使用BAW時，反射器層也會變得更薄，這會進一步改善散熱。

圖3：BAW 與 FBAR 濾波器在功率和散熱方麵的比較

相比之下，使用FBAR時，空腔上方的膜變得更薄
，降低了它從諧振器轉移熱量的能力。因此，當BAW和FBAR之間的插入損耗為常數時，發射功率每升高一瓦，溫度升高20°C，FBAR則是每瓦升高70°C。溫度變化越小，性能越高

，使得BAW濾波器能夠滿足係統在高功率

、高溫條件下的插入損耗和帶外衰減要求。此外，因為高Q因數和高耦合，BAW濾波器具有低插入損耗，這有助於降低功耗和相關的散熱問題。

由you於yu如ru今jin的de高gao頻pin率lv和he小xiao尺chi寸cun應ying用yong
，溫wen度du方fang麵mian的de限xian製zhi也ye愈yu加jia嚴yan苛ke。此ci外wai，設she計ji的de頻pin率lv越yue高gao，要yao滿man足zu參can數shu要yao求qiu的de難nan度du就jiu越yue大da。其qi中zhong一yi個ge關guan鍵jian參can數shu是shi插cha入ru損sun耗hao。線xian路lu長chang度du、匹配組件
、濾波器組件和連接走線都會對插入損耗產生額外影響。頻率高於3GHz時尤其如此。為了優化係統的鏈路預算
，需要使用低插入損耗濾波器。

Q因數評估

濾波器的插入損耗由多種因素決定。其中包括相對於中心頻率的濾波器帶寬、濾波器的階數，以及組成組件的諧振器的Q因數。Q因數是衡量諧振電路的選擇性的一個指標。

如圖4所示，諧振器損耗和耦合是實現低插入損耗和高選擇性的關鍵。如果諧振器的耦合和阻抗相似，可以通過Q因數來比較它們的性能。

圖4：RF 濾波器的Q因數、帶寬和衰減特性

了解濾波器耦合係數

在濾波器技術中，驅動應用性能的兩個性能參數是濾波器耦合係數和Q因數。

RF 濾波器諧振器耦合係數是決定聲學耦合濾波器帶寬的關鍵因素。在SMR或FBAR配置中
，提高BAW濾波器諧振器的耦合效率可以在小封裝尺寸下提供低插入損耗和高性能。

有效耦合係數（K2eff）是測量諧振頻率（ƒs）和抗諧振頻率（ƒp）之間的相對間距的一種指標。它的值取決於許多因素，包括電極和壓電特性。

機ji電dian耦ou合he係xi數shu用yong於yu測ce量liang壓ya電dian式shi器qi件jian在zai將jiang電dian能neng轉zhuan化hua為wei機ji械xie能neng時shi的de效xiao率lv，反fan之zhi亦yi然ran。互hu能neng，或huo可ke轉zhuan換huan能neng，是shi彈dan性xing能neng和he介jie電dian能neng。為wei了le使shi濾lv波bo器qi諧xie振zhen器qi的de耦ou合he係xi數shu達da到dao最zui大da，提ti供gong的de聲sheng能neng反fan射she應ying盡jin可ke能neng接jie近jin諧xie振zhen器qi
，這zhe一yi點dian至zhi關guan重zhong要yao。例li如ru在zaiBAW濾波器中
，諧振器的有效耦合係數決定了濾波器可獲得的平坦通帶帶寬。

了解濾波器封裝

在許多應用中，射頻前端 (RFFE) 的表麵積在不斷縮小。之所以出現這種變化，主要是因為器件尺寸不斷縮小
，以及需要為更多消費電子功能騰出空間。

如今的大多數封裝都是模塊和單片集成，或者兩者的組合集成。下圖展示了一個高度集成的模塊，包括功率放大器
、BAW 濾波器和天線開關。這個模塊又會集成到更複雜的係統級封裝 (SiP) 中。而這隻是常規應用中單個SiP內集成的多個複雜模塊中的一個。

圖5：SiP內部的複雜RF模塊

在了解 RF 濾波器技術的一些重要基礎概念之後
，更多係統工程師使用濾波器技術的實例將逐步呈現給大家。

文章來源：Qorvo半導體

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