声表面波滤波器 SAW 的基本架构
来源:射频学堂发布时间:2023-06-122364浏览
询问 AI声表面波SAW 滤波器设计目前火的不能再火了，招聘网站上搜索滤波器设计，跳出来的高薪职位几乎都是 SAW 或者BAW 相关的。可以说又是一个射频行业的风口了。雷军曾经说过，站在风口上，Pig can flying。风口已来，你准备好了没？
图1，芯片滤波器招聘（来源 猎聘网）讲到芯片滤波器，SAW和BAW是两种最基本的架构模式，其基本原理都利用了压电陶瓷的压电特性，实现电磁波谐振和声波谐振的转换，并利用声波波长比较短的缘故，实现谐振器的小型化。SAW和BAW 的后两个字母，就是声波的意思，Acostic Wave，而前面第一个字母表示声波的谐振位置，S， Surface，即声波在表面传播，而B， Bulk，声波在体内传播。在之前的文章中，我们重点介绍了BAW滤波器，从FBAR和SMR-BAW的基础理论都有过详细的介绍。详情请点击（链接）查看。什么是声波 AW？说到声波，大家第一印象肯定是我们耳朵能听到的声音波，其实这里的声波通指机械波，即靠介质粒子机械振动传输的波，比如地震波，水波，当然也包括我们耳朵能听到的声音波。
图2，声波（机械波）示意图声波和电磁波有一个比较大的区别就是声波必须通过介质传播，而电磁波却可以脱离介质在真空中传播。女娲真是一个天才，给人类装上了感知这两种最常见的波的器官——眼睛和耳朵。女娲在造人时，给我们安上了眼睛，让我们用眼睛能够看到电磁波，观赏这个多彩的世界；同时给我们安上了耳朵，让我们能够听到声波，聆听悦耳动听的声音。
图3，波的人体接收器——眼睛和耳朵
同时，给我们的眼睛和耳朵装上了滤波器，让我们只能看到频率在380THz - 750 THz之间的电磁波，而这个频段的电磁波正是红橙黄绿青蓝紫的颜色；让我们只听到声波频率在20Hz-20KHz 之间的波，试想如果不装这个滤波器，那该是个多么嘈杂的世界，怪不得蝙蝠晚上都睡不着。
图4，人和动物的听觉频率和发生频率对比
所以呢，声波的频率也可以很高，只要振动的介质足够小，比如电子波，中子波。
那什么是SAW呢？
SAW即声表面波，英文全称为Surface Acoustic Wave，这里要注意和SIW 区分一下，SIW是传输线的一种，基片集成波导，Substrate integrated waveguid，不得不说，老外的这些缩写还是挺容易混淆的。
声表面波最早是1985年Rayleigh在研究地震波的时候发现的，这种波在固体的表面传播，而且波速仅为电磁波的十万分之一，而且衰减很小。
图5， 声表面波SAW示意图
波速小，衰减小，这不就是射频人想要的吗？波速小，意味着同等频率下的波长就短，波长短意味着它的谐振体就小。这样制作的元器件体积就不是个问题了。
那怎么做成声波滤波器？
在射频滤波器界一直有一个头疼的问题——滤波器小型化，尤其是在低频频段，简直是最最最迫切的问题，很多滤波器设计大神为此绞尽脑汁——电容加载，实在不行就电容器加载上，无奈还是很大，谁让谐振器和波长挂上钩呢？电磁波的波长有多长呢？1MHz的电磁波波长大约为300米，1GHz 的电磁波波长也有0.3米，按照常规的二分之一波长谐振来说，谐振器也得15厘米高，放到我们的手机里面简直不敢想象啊。
这个时候化学家帮了我们，有人翻到了很久之前居里兄弟在1880年前后发现的神奇物质——压电材料和压电效应，这种材料可以实现电波和机械波之间的转换。
图6，压电特性示意图
交叉学科的知识，在什么时候都是最有用的，电子科技的进步，离不开材料物理学的发展。
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