声表面滤波器一直到90年代行动通 讯的兴起,加上其基本设计理论已达一定的水平,SAW滤波器得以其低损耗(Low Loss),高衰减特性(High Attenuation)及轻薄短小等优点,随着无线通信产品市场的 发展而快速成长.下面康比电子将介绍有关SAW滤波器的未来发展及相关技术介绍.
SAW Filters各项标准
(表一)为各手机系统的频谱分配表.RF SAW filter的规格是标准化的,其规格是依据各国对手机系统所开放的频段而定,分别在800/900(MHZ,1.8/1.9GHz,频宽介于27~75MHz之间.而对于IFSAWfiller而言,则是配合手机与晶片组厂商降频设计所需之频率而定,例如Motorola所用的IF SAW filter/400,360,282,246MHz等频率,也就是说,TF SAW filter设计规格并不一致,通常是配合手机业者所使用之chipsetsolution.一般而言,TFSAWfilter频率在400MHZ以下,频宽介于55~650KHZ之间.
主流技术介绍
通讯接收技术
GSM[传统超外差接收系统运作过程,将RF频率透过混频器转换为IF频率,之后再转换成基频讯号处理.因为有杂讯干扰,必须使用其他被动组件,如image.
直接转换技术(零屮频(Zero-IF))则是将RF讯号直接转换为基频讯号,或是由基频讯号直接转为RF讯号,省略掉IF部份,因此不再需要image-rejectfilter,TF SAW filter,及其他附加的电路,以减少零组件的使用,实用的直接转换技术要认真解决时变的直流偏置LO信号借由天线泄露,增益/相位不匹配和下行正交混频器中二次非线性失真等问题,并确保在TDMA动态范围内系统能正常工作.
(图一)及(图二)为无线区域网络(Wireless LAN)之线路方块图.如行动电话接收系统一样,它们分别有传统超外差接收系统及以接转换接收系统,其屮TF SAW filter所需频宽较行动电话的IF SAW filter为宽(调变技术及频道间隔不同),约在17~20MHz之间.RF SAW filter一般则使用陶瓷滤波器以降低成本.随着直接转换技术的成熟及广泛使用,SAW filter在无线区域网络的使用将逐渐减少,不过Intersil在IEEE802.1la屮仍有超外差接收系统的设计.
左（图一）右（图二）
Bluetooth技术
(图三)为应用在Bluetooth之ISM2.45GHz无线系统之线路方块图.其中IF SAW滤波器(中心频率为110.592)所需频宽约为1MHz.由此方块图我们可以看到中频滤波器亦可由LC滤波器替代以降低成本.但以整体性能来看,有IFSAWfilte之解决方案较佳.(表二)为各系统规格之一览表.
图三
Front-EndModule与LTCC技术
随着手机性能要求趋向轻,薄,短,小,内部零组件亦趋向小型化及模块化.所示为SAWFilter模块之第一步:增加balun(balance-unbalance)功能.再进一少则将Diplexer,T/Rswitch,及SAWFilter以LTCC为基板封装在一起,如Samsung(FEM8450T_SM2)图四),Conexant提出的解决方案.目前PAModule将Coupler等周边线路/元件内藏于LTCC基板内为发展重点.基于上述之基础,将PAModule及SAWFilter整合的LTCC模组将更趋于普及.(表三)所示为手机用之嵌入式功能LTCC模块一览表.
图四
表三
SAWFilters未来发展趋势
未来SAWFilters的发展可以从材料,制程等面向谈起,详细介绍如下:
1. 新材料的应用
两种新的材料:LBO及Langasite已引起SAW设计者的注意,因为它们有与(LiTaO³相当之机电耦合系数,并且在某些切割角度下与石英晶振有一样的零温度系数.LBO会缓慢地溶解于水,而快速地溶解于酸性溶剂,因此不太适合传统的SAW制程.然而这个缺点可以用改变制程为碱性环境而得以克服；或者在其表面镀上薄薄一层的二氧化矽以阻止酸及水的侵蚀.然而,LBO主要缺点为对制程变动非常敏感,并且具有枏当大之二次温度系数,因而不太适合要求陡峭之选择性的IF filters使用.
Langasite则适合于一般之干,湿式蚀刻,剥离法(lift-off)之传统的SAW制程,并且有较LBO为小之二次温度系数.其挑战之处在于昂贵的原材料及可重复性及均匀性的Langasite晶圆取得.
2. 小型化
如(图五)所示,新的构装技术已将SAW Filters的成品尺寸推至其物理极限例如覆晶技术.声表面滤波器的大小将只取决于原始设计尺寸.而构装技术将朝向低成本(如塑料封装)及模块化发展,例如LTCC模块.
3.模块化
如前所述之LTCC模块,在今明年对搭载SAW Filters之LTCC模块产品的需求有增加的可能,如Siemens及Actel已开始采用SAWFilters搭载品.SAW 滤波器制造厂商的客户将不再完全是系统厂商,部份将转移至模块厂商或Design House.价格与质量的兼顾及新系统所引发之工程问题将是新的挑战.
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