了解RF滤波器的重要概念-电子发烧友网

『这个知识不太冷』系列，旨在帮助小伙伴们唤醒知识的记忆，将挑选一部分Qorvo划重点的知识点，结合产业现状解读，以此温故知新、查漏补缺。本篇继续阐述 RF 滤波器的一些重要概念。

了解滤波器的温度系数

似乎每年都会为手机、Wi-Fi、汽车等应用分配新的频谱。增加新的频谱是好事，它们会推动无线设备逐步改进。但增加这些额外的频谱有时候会影响到某些区域，导致其中的频段相互重叠。此外，因为 RF 路径增加，会导致系统发热量随之增加。

为了确保妥善隔离这些信号路径，会使用温度系数较低的RF滤波器。但并不是任何一种滤波器都适用于这些频段紧密相连的应用。如图1所示，手机和Wi-Fi频段有时候紧挨着彼此，只相差几个兆赫兹。我们使用BAW等RF滤波器技术来确保这些频段彼此共存。

图1：紧密连接的 Wi-Fi 和手机频段的示例

在SAW和BAW技术中，采用最优的温度系数至关重要。它可以决定一个应用是容易遭到RF干扰，还是具有出色的信号质量。在BAW和SAW技术中，滤波器响应基于温度变化，如图2所示。

图2：压电式滤波器的温度漂移

当滤波器响应随着应用温度而改变时，滤波器带宽在变冷时向右漂移，在变热时向左漂移。滤波器的温度漂移是由工艺的百万分之一摄氏度(ppm/°C) 特性和滤波器在应用中经历的温度漂移决定的，如图2所示。

应用的频率和环境条件通常是固定的，因此，要将滤波器的温度漂移降到最低，唯一方法是通过工艺技术。使用温度补偿（TC）滤波器工艺技术会影响滤波器的整体响应。如图2所示，TC-SAW、多层SAW和BAW技术工艺大大降低了单个滤波器的温度漂移。这些BAW、多层SAW和TC-SAW工艺技术提供更低的插入损耗，产生更陡的滤波器裙边，并提供更好的温度响应，这些都等同于温度变化期间更好的带外衰减。它们还能提高接收器的灵敏度、隔离和抑制。

与SAW滤波器相比，BAW滤波器本身对温度变化的敏感度更低。温度补偿（TC-SAW和TC-BAW）甚至会进一步降低温度敏感度。

在BAW中，可以使用某些设计技术来创建TC-BAW类型的结果，但一般来说，当涉及到实现良好的温度系数值时，BAW是有效的。但是，由于结构不同，三种类型的BAW在求解温度系数时存在差异。

下图说明空腔可能会影响散热路径，从而影响滤波器的温度系数。在5G和Wi-Fi应用中，当处于更高频率时，BAW相较于FBAR的优势会更加明显。由于谐振器的尺寸更小，所以在更高频率下，处理滤波器的功率会变得更具挑战性。但是，在使用BAW时，反射器层也会变得更薄，这会进一步改善散热。

图3：BAW 与 FBAR 滤波器在功率和散热方面的比较

相比之下，使用FBAR时，空腔上方的膜变得更薄，降低了它从谐振器转移热量的能力。因此，当BAW和FBAR之间的插入损耗为常数时，发射功率每升高一瓦，温度升高20°C，FBAR则是每瓦升高70°C。温度变化越小，性能越高，使得BAW滤波器能够满足系统在高功率、高温条件下的插入损耗和带外衰减要求。此外，因为高Q因数和高耦合，BAW滤波器具有低插入损耗，这有助于降低功耗和相关的散热问题。

由于如今的高频率和小尺寸应用，温度方面的限制也愈加严苛。此外，设计的频率越高，要满足参数要求的难度就越大。其中一个关键参数是插入损耗。线路长度、匹配组件、滤波器组件和连接走线都会对插入损耗产生额外影响。频率高于3GHz时尤其如此。为了优化系统的链路预算，需要使用低插入损耗滤波器。

Q因数评估

滤波器的插入损耗由多种因素决定。其中包括相对于中心频率的滤波器带宽、滤波器的阶数，以及组成组件的谐振器的Q因数。Q因数是衡量谐振电路的选择性的一个指标。

如图4所示，谐振器损耗和耦合是实现低插入损耗和高选择性的关键。如果谐振器的耦合和阻抗相似，可以通过Q因数来比较它们的性能。