聲表面濾波器一直到90年代行動通 訊的興起,加上其基本設計理論已達一定的水平,SAW濾波器得以其低損耗(Low Loss),高衰減特性(High Attenuation)及輕薄短小等優點,隨著無線通信產品市場的 發展而快速成長.下面康比電子將介紹有關SAW濾波器的未來發展及相關技術介紹.

SAW Filters各項標準

(表一)為各手機系統的頻譜分配表.RF SAW filter的規格是標準化的,其規格是依據各國對手機系統所開放的頻段而定,分別在800/900(MHZ,1.8/1.9GHz,頻寬介于27~75MHz之間.而對于IFSAWfiller而言,則是配合手機與晶片組廠商降頻設計所需之頻率而定,例如Motorola所用的IF SAW filter/400,360,282,246MHz等頻率,也就是說,TF SAW filter設計規格并不一致,通常是配合手機業者所使用之chipsetsolution.一般而言,TFSAWfilter頻率在400MHZ以下,頻寬介于55~650KHZ之間.

主流技術介紹

通訊接收技術

GSM[傳統超外差接收系統運作過程,將RF頻率透過混頻器轉換為IF頻率,之后再轉換成基頻訊號處理.因為有雜訊干擾,必須使用其他被動組件,如image.

直接轉換技術(零屮頻(Zero-IF))則是將RF訊號直接轉換為基頻訊號,或是由基頻訊號直接轉為RF訊號,省略掉IF部份,因此不再需要image-rejectfilter,TF SAW filter,及其他附加的電路,以減少零組件的使用,實用的直接轉換技術要認真解決時變的直流偏置LO信號借由天線泄露,增益/相位不匹配和下行正交混頻器中二次非線性失真等問題,并確保在TDMA動態范圍內系統能正常工作.

(圖一)及(圖二)為無線區域網絡(Wireless LAN)之線路方塊圖.如行動電話接收系統一樣,它們分別有傳統超外差接收系統及以接轉換接收系統,其屮TF SAW filter所需頻寬較行動電話的IF SAW filter為寬(調變技術及頻道間隔不同),約在17~20MHz之間.RF SAW filter一般則使用陶瓷濾波器以降低成本.隨著直接轉換技術的成熟及廣泛使用,SAW filter在無線區域網絡的使用將逐漸減少,不過Intersil在IEEE802.1la屮仍有超外差接收系統的設計.

左（圖一）右（圖二）

Bluetooth技術

(圖三)為應用在Bluetooth之ISM2.45GHz無線系統之線路方塊圖.其中IF SAW濾波器(中心頻率為110.592)所需頻寬約為1MHz.由此方塊圖我們可以看到中頻濾波器亦可由LC濾波器替代以降低成本.但以整體性能來看,有IFSAWfilte之解決方案較佳.(表二)為各系統規格之一覽表.

圖三

Front-EndModule與LTCC技術

隨著手機性能要求趨向輕,薄,短,小,內部零組件亦趨向小型化及模塊化.所示為SAWFilter模塊之第一步:增加balun(balance-unbalance)功能.再進一少則將Diplexer,T/Rswitch,及SAWFilter以LTCC為基板封裝在一起,如Samsung(FEM8450T_SM2)圖四),Conexant提出的解決方案.目前PAModule將Coupler等周邊線路/元件內藏于LTCC基板內為發展重點.基于上述之基礎,將PAModule及SAWFilter整合的LTCC模組將更趨于普及.(表三)所示為手機用之嵌入式功能LTCC模塊一覽表.

圖四

表三

SAWFilters未來發展趨勢

未來SAWFilters的發展可以從材料,制程等面向談起,詳細介紹如下:

1. 新材料的應用

兩種新的材料:LBO及Langasite已引起SAW設計者的注意,因為它們有與(LiTaO³相當之機電耦合系數,并且在某些切割角度下與石英晶振有一樣的零溫度系數.LBO會緩慢地溶解于水,而快速地溶解于酸性溶劑,因此不太適合傳統的SAW制程.然而這個缺點可以用改變制程為堿性環境而得以克服；或者在其表面鍍上薄薄一層的二氧化矽以阻止酸及水的侵蝕.然而,LBO主要缺點為對制程變動非常敏感,并且具有枏當大之二次溫度系數,因而不太適合要求陡峭之選擇性的IF filters使用.

Langasite則適合于一般之干,濕式蝕刻,剝離法(lift-off)之傳統的SAW制程,并且有較LBO為小之二次溫度系數.其挑戰之處在于昂貴的原材料及可重復性及均勻性的Langasite晶圓取得.

2. 小型化

如(圖五)所示,新的構裝技術已將SAW Filters的成品尺寸推至其物理極限例如覆晶技術.聲表面濾波器的大小將只取決于原始設計尺寸.而構裝技術將朝向低成本(如塑料封裝)及模塊化發展,例如LTCC模塊.

3.模塊化

如前所述之LTCC模塊,在今明年對搭載SAW Filters之LTCC模塊產品的需求有增加的可能,如Siemens及Actel已開始采用SAWFilters搭載品.SAW濾波器制造廠商的客戶將不再完全是系統廠商,部份將轉移至模塊廠商或Design House.價格與質量的兼顧及新系統所引發之工程問題將是新的挑戰.

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