BAW滤波器:技术原理揭秘与研发难点探讨

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BAW滤波器以其独特的技术原理在高频滤波领域占据了重要地位,BAW滤波器的技术原理主要体现在其利用压电效应将电信号转换为声表面波,并通过精心设计的结构来控制这些声波的传播,从而实现信号的滤波。
滤波器
 
BAW滤波器的工作原理始于输入的高频电信号,这些信号首先被引入到振荡器中。振荡器,通常由压电材料制成,当电信号通过时,会产生压电效应。这种效应导致压电材料发生形变,进而在晶体表面产生正负电荷的分离。这些电荷之间的电场差进一步促使压电材料振动,从而生成声表面波。
 
传输线,通常由金属条或刻蚀线构成,其设计旨在引导和控制声表面波的传播路径。这些声波在传播过程中会遇到反射镜,该反射镜的作用是将声表面波反射回振荡器,通过多次反射和传播,声波在压电材料内形成驻波,增强了滤波效果。
 
在BAW滤波器的设计中,驻波的形成和频率选择是关键。通过调整振荡器、传输线和反射镜的结构和参数,可以精确地选择需要的频率分量,而将不需要的频率分量滤除。这种频率选择过程是基于声波在压电材料中的传播特性和滤波器的结构特性共同实现的。
 
此外,BAW滤波器还采用了窗函数对输入信号进行加窗处理,以减小频谱泄漏并改善滤波性能。窗函数在时域中具有有限持续时间,通过减小信号的频谱泄漏来提高频谱分辨率。最后,滤波器对通过滤波的信号进行重复采样,并对这些采样值进行平均,以减小噪声并增强信号的强度。
 
值得注意的是,BAW滤波器的性能与其所使用的材料和工艺密切相关,使用石英晶体作为基板的BAW谐振器,其性能就受到板坯厚度和电极质量的影响。因此,在制造BAW滤波器时,需要采用精密的薄膜沉积和微机械加工技术,以确保谐振器结构的准确性和稳定性。
 
在全球范围内,BAW滤波器的专利布局已经相当广泛,几乎涵盖了所有可能的设计方式和晶体材料。这导致中国企业在设计过程中必须完全绕开这些专利布局,寻找新的设计路径,这无疑增加了研发的难度。
 
BAW滤波器不只是一个型号的滤波器,它需要根据不同频段的需求进行精确设计。有时需要截止较低的高频波,有时需要截止较高的高频波,或者需要截止中间段或两边段的高频波。这种对不同频段的精确控制要求滤波器具有高度的灵活性和可调性,从而增加了设计的复杂性。
 
BAW滤波器需要使用到MEMS特种半导体工艺平台,并且对MEMS制造工艺的要求极高。目前,国外主要采用IDM模式进行生产,而国内能够代工BAW滤波器的厂家非常少。这主要是因为IDM企业的垄断,使得第三方芯片代工厂没有机会发展该类特殊工艺。即便有厂家能够生产,也面临着生产工艺专利核心发明人流失等不确定性因素。
 
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