B39211B3817Z710滤波器信号调节器,声音表滤波器

B39211B3817Z710滤波器信号调节器,声音表滤波器

一、声学滤波器市场分析

随着全球联网设备增多，射频前端系统需求量增多，滤波器的需求量自然增多。千亿级设备连接，
这是物联网应用的网络需求，未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。根据IMT-2020
5G推进组预测，到2020年全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100亿，其中中国将超过20亿。

射频频段增多，滤波器的需求量自然增多。从1G-->2G-->3G-->4G，再到5G，射频的频段不断增多，
其射频器件的应用数量也快速增加。从射频前端使用滤波器的数量来看，随着频段数量的增加，射频滤
波器件的需求量也相应增加。

中国移动要求的5模13频分为8个FDD频段和5个TDD频段。因为FDD是频分复用的，需要含有接收器、
发射器的双工器，同时接收还需要一个单独的滤波器，所以一个频段需要3个滤波器，总共24只。TDD
模式5个频段，每个频段需要一个发射以及一个接收的滤波器，共10个。再加上手机上的wifi、GPS、
蓝牙等，滤波器数量达到30-40个。

声表面波/体声波滤波器

声表采用将电能转换为表面声波的方式，利用声波共振效应实现的滤波。该声表面波滤波器的特点是体积非常小，
Q值相对LC高，采用半导体工艺适合批量生产。一只800MHz左右的滤波器体积大概只有一个0805电容大小。其
缺点是功率容量小，不适合小批量定制产品，研发周期长，研发成本高。

螺旋滤波器:

螺旋滤波器是一种半集总参数的滤波器，其采用放置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器，通过相邻谐振器的空间磁场实现耦合。

其优点是：体积较腔体小，Q值、功率容量较LC高。其缺点是：较难实现宽带，高频部分电感不易实现。

螺旋滤波器通常用在500MHz以下20%相对带宽，100W平均功率，对插损有一定要求的场合。

纹波：滤波器通带内S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值。

介质滤波器

介质滤波器是采用介质填充的四分之一波长短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤波器。其优点是Q值较LC高，可以实现较LC
滤波器频率高的滤波器。其缺点是寄生较近，谐振器需要定制。

交指滤波器最大的特点是可以实现宽带，如果采用冗余谐振杆，考虑到机加可是线性，其相对带宽通常可以宽达60%。同时在K波段时，
宽带的梳状滤波器机加基本无法加工并且调试螺钉无法放置，因此在该条件下通常采用交指结构。交指结构与梳状相比其寄生通带较近，
通常其寄生通带在1.8F0左右。同体积下，交指滤波器较梳状滤波器功率容量大。

滤波器是无线通讯系统必不可少的关键性部件。

滤波器种类繁多，各种滤波器具有不同的性能特点，因此在滤波器选择时，通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需
求才能做出正确、有效、可靠的选择。

在客户对滤波器指标概念比较模糊时，通常需要询问客户体积、损耗、带外需要抑制的频率以及抑制度、功率容量等。根据这几个
简单的指标要求基本可以判断出滤波器种类。

信号调节器是将某种类型的电子信号转换成另一种类型信号的设备。主要用于将常规仪表很难
读取的信号转换为较容易读取的格式。成功实现这种转换将涉及以下五个功能：

一、信号放大：

放大信号时，会增大信号的整体幅度。例如，信号放大功能可将 0-10mV 的信号转换成 0-10V 的信号。

二、电气隔离：

电气隔离会切断输入和输出信号之间的电流路径。也就是说输入与输出之间无物理接线。通常将输
入信号转换为光信号或磁信号，然后在输出端重构，即可将输入信号传送到输出端。通过切断输入
和输出信号之间的电流路径，可有效防止输入线路中的干扰信号传送至输出端。必须在电位远远高
于地电位的表面进行测量时，必须进行电气隔离。电气隔离也用于避免接地回路。

三、线性化：

将非线性输入信号转换成线性输出信号。此功能常用于热电偶信号。

四、冷端补偿：

适用于热电偶信号。可随着室内温度的波动对热电偶信号进行调节。

五、激发：

许多传感器均需要一定形式的激发方能运行。应变计和 RTD 即为两个典型示例。

在最常见的组建中，用户通常会将0‐5V的模拟输出电压水平配置到自己感兴趣的温度或压力范围，同
时用户也能视觉确认导管和设备之间的适当通讯。用户可以选择显示实时测量读数，或者用自己定义的
屏幕刷新率绘制实时测量图。尽管一般用户更喜欢在SPC-HR上使用125 Hz，但可以以各种不同的文件
格式记录和保存数据。

SKR-DEV套装包含以下部件：

1、电源适配器和电线

2、USB接口线

3、BNC-SMA线缆

4、用户指南

5、包含CD的软件驱动和手册

6、清洁套装

7、光纤三米延长线

主要特点：

1、USB通讯

2、经由模拟输出连接器的全宽带

3、LED灯技术，寿命超过5000小时，无性能降级

4、大气环境自动补偿

新型体声波滤波器

目前市面上的体声波滤波器基本上基于多晶薄膜工艺。而初创公司Akoustis Technologies, Inc.
发明的Bulk ONE? BAW技术是采用单晶AlN-on-SiC谐振器，据称性能能够提升30%。

Akoustis技术公司(前称为Danlax,Corp.)是根据美国内华达州法律于2013年4月10日注册成立，
总部设在北卡罗来纳州的亨茨维尔。2015年4月15日，公司更名为Akoustis技术公司。2017年
3月，登陆纳斯达克。

目前Akoustis已经宣布推出了三款商用滤波器产品：第一款是用于三频WiFi路由器应用的商
用5.2 GHz BAW RF滤波器；第二款是针对雷达应用的3.8 GHz BAW RF滤波器；第三款AKF
-1652是针对未来4G LTE和5G移动设备5.2 GHz BAW RF滤波器

封装微型化滤波器

滤波器的封装微型化主要是指的是采用晶圆级封装技术。
Qorvo的CuFlig互联技术使用铜柱凸点代替线焊。晶圆级封装滤波器取消了陶瓷封装，可以实
RF360公司DSSP（Die-Sized SAW Packaging，裸片级声表封装）和TFAP技术（Thin-Film
Acoustic Packaging，薄膜声学封装技术)，实现了产品微型化，并可提供2in1，甚至4in1的
滤波器模组。现尺寸更小，设备更轻薄。


不同产品类别的新的标准封装尺寸：双工器1.8mm*1.4mm，2in1滤波器：1.5mm*1.1mm，
单一滤波器：1.1mm*0.9mm。


射频前端集成化模块化

国际大厂一直致力于射频前端的集成化及模块化，比如高通RF360方案；Murata将滤波器、
RF开关、匹配电路等一体化的模块；Qorvo RF Fusion解决方案等。

高通POP3D设计采用先进的3D封装技术，单一封装内集成了单芯片多模功率放大器和天线开
关（AS），并将滤波器和双工器集成到一个单一基底中，然后将基底置于基础组件之上，整
合成一个单一的“3D”芯片组组合，从而降低了整体的复杂性，摒弃了当今射频前端模块中
常见的引线接合。


Qorvo RFFusion解决方案包含三种模块化解决方案，实现高、中、低频段频谱区域全覆盖。
各模块都集成了功率放大器 (PA)、开关和滤波器。

在通信设备中，射频信号处理单元负责信号的发送与接收，包含射频收发器、天线、
射频前端等。其中，射频前端由一系列组件构成，包含功率放大器（PA）、滤波器
（Filters）、开关（Switch）、双工器（Diplexer/Duplexer，由 2 个滤波器组成）、
低噪声放大器（LNA） 等，分别对应不同的射频信号处理功能，本篇将就射频关键
器件滤波器进行专题分析。

一、定义及功能
射频滤波器又名“射频干扰滤波器”，是消费电子中必不可缺的重要元器件之一。射
频滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，主要负责对通信通道中的信号频率
进行滤波。滤波器允许符合特定频率的信号通过，同时抑制其他不需要的频率信号，
可解决不同频段和通信系统之间产生的信号干扰问题，广泛应用于基站和终端设备的
射频信号处理系统中。从射频信号处理系统的布局来看，在射频发射路径中，滤波器
位于功率放大器的后侧；在射频接收路径中，滤波器位于低噪声放大器的前侧。

射频前端的信号传输路径分为发射通道和接收通道，（1）发射通道路径为“基带芯片
- 射频收发模块-开关-PA-滤波器/双工器-开关-天线-信号”；（2）接收通道路径为“
信号- 天线-开关-滤波器/双工器-LNA-开关-射频收发模块-基带芯片”。

二、关键性能指标
射频滤波器性能的优劣直接影响通讯系统的通信质量。Q 值、带宽、阻带抑制度、插入
损耗、延迟时间等是衡量滤波器性能的指标。其中，Q 值和插入损耗是选择滤波器的最
常用、最主要的性能指标。

三、滤波器分类

声学滤波器是目前手机应用的主流滤波器，可分为声表滤波器（SAW 滤波器）和体声
波滤波器（BAW 滤波器）。按照射频滤波器的应用场景和材料工艺两个方向进行分类：

（一）按应用场景分类
射频滤波器在无线通信终端的基站市场和手机市场应用最多，因此按照应用场景分类，
滤波器可分为通信基站滤波器和手机滤波器。不同应用场景对滤波器的要求不同，因此
手机滤波器与基站滤波器的体积、制造工艺、适用宽带、成本、功率容量等特征存在明
显差异。基站滤波器更注重高稳定性、大带宽、大功率等指标，而手机滤波器对价格、
体积（手机射频滤波器尺寸为毫米级别，基站射频滤波器为厘米级别）更为敏感。

基站射频滤波器主要分为金属腔体滤波器（应用于2G-4G时代基站，应用率达95，产
业链成熟，适用于低频通信）和介质滤波器（使用5G基站建设小型化和轻量化需求，
是5G 基站的新风口），对应的制造工艺分别是金属精密加工和介质烧结；手机射频滤
波器主要为声波滤波器，包含SAW、TC-SAW、BAW、FBAR等，对应的制造工艺为半
导体制造工艺。

（二）按工艺材料分类

射频滤波器可分为声学滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器，其中声学滤波器（SAW、
BAW）是目前手机应用的主流滤波器。根据技术不同，声学滤波器又可分为声表滤波
器（SAW 滤波器）和体声波滤波器（BAW 滤波器）两种。其中，SAW 滤波器产品包
括普通的SAW、具有温度补偿特性的TC-SAW 滤波器及高频 I.H.P-SAW；BAW滤波器
产品包括BAW-SMR 和FBAR。

四、SAW 滤波器

SAW 滤波器采用半导体平面工艺制作，具有良好的一致性和重复性，并可实现低成本
批量生产。一般的 SAW 滤波器由压电材料衬底和两个 IDT 交叉环能器构成。IDT 交叉
换能器是由交叉排列的金属电极组成，左侧 IDT 将电信号转成声波，右侧 IDT 将声波转
成电信号。IDT 能把电信号转换成声波主要是因为其下方压电衬底产生压电效应，其中
SAW 滤波器的压电材料一般采用滤波器常用的压电材料有钽酸锂（LiTaO3）、铌酸锂（
LiNbO3）、二氧化硅（SiO2）等。

（一）工作原理

SAW 滤波器的基本原理是在输入端通过压电效应将电信号转为声信号在介质表面上传播，
而在输出端由逆压电效应将声信号转为电信号。对于 SAW，也叫 Rayleighsurface wave，
既有纵波也有横波。固体中粒子以椭圆轨迹震动，椭圆的长轴垂直于固体表面，随着固体
深度越深，粒子运动幅度越小。

穿过基板表面的声波（在固体材料中，交替的机械形变会产生3,000 至12,000 米/ 秒速度
的声波）移动的速度慢于任一端上 IDT 的电气速度。而穿过基板的波发生的延迟在接收端
的 IDT 处相结合，产生极高品质因数（Q 值可达数千）的驻波，进而产生了有限冲激响应
（FIR）滤波器响应。通过调整穿过基板的行进距离和 IDT 指的尺寸，可改变冲激响应。而
这就决定了带宽、中心频率、类型和其他因素。

SAW的频率基本可以参考公式：F=V/λ，其中 V 是 SAW 的速率，大约为 3100m/s，λ是
IDT 电极间距。从公式可以看出 SAW滤波器的频率与 IDT 电极间距成反比，频率越高，IDT
电极间距越小。在 IDT 小间距下，电流密度太大会导致电子迁移和发热问题，所以 SAW滤波
器不太适合 2.5GHz 以上的频率。SAW 滤波器对温度变化也敏感，性能随温度升高而变差，
温度升高时，基片材料的刚度变小，声波速度变小。温度补偿滤波器(TC-SawFilter)就是为了
改善滤波器的温度性能，在 IDT 上增加保护涂层改善其温度特性，使其在温度升高时，刚度增
加，改善温度特性的同时也会使得滤波器成本上升。

高通技术公司今日发布骁龙X65 5G调制解调器及射频系统（以下简称“骁龙X65”）——第4代5G
调制解调器到天线的解决方案。它是全球首个支持10Gbps 5G速率和首个符合3GPP Release 16规范的
调制解调器及射频系统，目前正在向终端厂商出样，采用该全新系统的商用终端预计于2021年推出。

自从首个调制解调器及射频系统商用以来，骁龙X65堪称公司在5G解决方案上的最大飞跃。该系统
旨在通过媲美光纤的无线性能支持目前市场上最快的5G传输速度，并充分利用可用频谱实现极致的网络
灵活性、容量和覆盖。除骁龙X65之外，高通技术公司还推出骁龙X62 5G调制解调器及射频系统（以下
简称“骁龙X62”），一款针对主流移动宽带应用市场进行优化的调制解调器到天线的解决方案。

高通公司总裁兼候任首席执行官安蒙表示：

5G的演进为高通公司创造了最大的机遇，因为移动技术将让几乎所有行业从中受益。凭借骁龙X65
5G调制解调器及射频系统，我们创造了重要里程碑——开启传输速率高达10Gbps的连接时代并支持最新
5G规范。骁龙X65将在赋能全新的5G用例方面发挥至关重要的作用，不仅会重新定义顶级智能手机，还
将为5G在移动宽带、计算、XR、工业物联网、5G企业专网和固定无线接入等领域的扩展带来全新可能性。


高通技术公司高级副总裁兼4G/5G业务总经理马德嘉表示：



骁龙X65融合了全球领先的无线科技创新者对于5G关键技术突破的所有期待。我们的第4代5G调制解
调器及射频系统面向全球5G部署而设计，带来从调制解调器到天线的重大创新，以及覆盖Sub-6GHz和毫
米波频段的广泛频谱聚合功能。这将推动5G的快速扩展，同时为用户提升网络覆盖、提高能效和性能。此
外凭借其在增程和大功率上的能力，骁龙X65和骁龙X62还在将5G扩展至固定无线接入和云连接计算领域的
过程中发挥核心作用。


旗舰级骁龙X65 5G调制解调器及射频系统的关键创新包括：

可升级架构，支持跨5G各细分市场进行增强、扩展和定制；并通过软件更新，支持即将推出的全新特性、
功能，以及3GPP Release 16新特性的快速部署。特别是随着5G扩展至计算、工业物联网和固定无线接入
等全新垂直行业，该可升级架构可以支持基于骁龙X65打造面向未来的解决方案，以支持全新特性的采用，
延长终端使用周期，并有助于降低总拥有成本。

第4代高通QTM545毫米波天线模组，旨在扩大移动毫米波的网络覆盖，提升能效。高通QTM545毫米波
天线模组搭配全新骁龙X65调制解调器及射频系统，支持比前代产品更高的发射功率，支持包括n259（41GHz）
新频段在内的全球所有毫米波频段，同时保持与前代产品一样紧凑的占板面积。

全球首创AI天线调谐技术，是将公司超过十年的开创性AI研发成果引入移动射频系统的第一步，为蜂窝技术
性能和能效带来重大提升。例如，与前代技术相比，通过AI实现对手部握持终端侦测准确率30%的提升。这
一提升可以带来增强的天线调谐功能，从而提高数据传输速度，改善覆盖范围，延长电池续航。

下一代功率追踪解决方案更小巧、更高效并且具备更高性能——与普通功率追踪技术相比，具备卓越性能
和成本效益。

最全面的频谱聚合，覆盖包括毫米波和Sub-6GHz频段的全部主要5G频段及其组合，FDD和TDD，通过
使用碎片化的5G频谱资产，为运营商带来极致灵活性。

高通5G PowerSave 2.0，基于3GPP Release 16定义的全新节电技术，比如联网状态唤醒信号（
Connected-Mode Wake-Up Signal）。

高通Smart Transmit™ 2.0，是由高通技术公司许可的独特系统级技术，可与骁龙X65调制解调器及射频
系统搭配使用，通过利用从调制解调器到天线的系统感知功能，在持续满足射频发射要求的同时，为毫米
波和Sub-6GHz频段带来更高的上传速率和更广的网络覆盖。

Qualcomm 5G新空口调制解调器系列已被全球多家终端厂商采用
2018 年 2 月 8 日，Qualcomm 宣布，Qualcomm 5G 新空口（NR）调制解调器系列已被全球多家移动
终端厂商采用，以支持符合标准的 5G 新空口移动终端产品自 2019 年开始发布。与 Qualcomm 合作的移动
终端厂商包括华硕、富士通公司、富士通连接技术有限公司（Fujitsu Connected Technologies Limited）、
HMD Global（诺基亚手机生产公司）、HTC、Inseego/Novatel Wireless、LG、NetComm Wireless、
NETGEAR、OPPO、夏普、Sierra Wireless、索尼移动、Telit、vivo、闻泰科技、启碁科技（WNC）、小
米和中兴通讯。这些移动终端厂商正努力基于首款商用发布的 5G 调制解调器解决方案——骁龙 X50 5G 新
空口调制解调器系列，自 2019 年开始实现支持 6 GHz 以下和毫米波（mmWave）频谱频段的 5G 移动终
端的商用。

Qualcomm 高级副总裁兼移动业务总经理 Alex Katouzian 表示：

Qualcomm 坚定地致力于帮助我们的客户向消费者提供下一代 5G 移动体验，实现这一体验需要 5G 新空口
网络、移动终端和骁龙 X50 5G 调制解调器支持的增强型移动宽带 5G 新空口连接。我们与全球杰出移动终端
厂商的合作以及我们在 3G 和 4G LTE 领域所做的工作，证明和展示了 Qualcomm 正利用我们深厚的技术专
长和技术领先性，支持 5G 新空口的成功推出，在移动生态系统中驱动创新。


通过其 5G 移动芯片组产品，以及旨在于 2019 年提供商用 5G 新空口移动终端而与 5G 生态系统展开的协作，
Qualcomm 将继续引领移动行业发展。5G 的到来将使移动技术扩展至全新的频谱频段和所有频谱类型，从而
支持增强型移动宽带，并为几乎所有智能手机用户提升整体平均下载速度。


5G 新空口技术将支持每秒数千兆比特的数据速率，并具有比当前网络显著降低的延迟，以及其他功能。这些技
术对满足新兴消费者移动宽带体验（如虚拟现实、增强现实和光纤般速度实现云连接）日益增长的连接需求，以
及支持高可靠、低延迟的全新服务至关重要。此外，对于始终连接的 PC，显著降低延迟将支持需要实时互动的应
用实现与云端即时连接，如交互游戏、实时语音翻译、实时文字翻译和实时协同编辑。


5G 用例包括智能手机增强型移动宽带；始终连接的PC；面向虚拟现实、增强现实与扩展现实的头显设备；以及
移动宽带。所有这些都需要持续且始终一致的云连接。以下将详细介绍每个领域：



5G智能手机：有了 5G，消费者将几乎永远不再需要登陆公共 Wi-Fi。他们还将享受比现在更快的网页浏览、更
快的下载、质量更佳的视频通话、在线观看超高清（UHD）与 360 度视频，以及即时云访问。



始终连接的 PC：随着 5G 网络的到来，“始终连接”的 PC 将能够利用超高速、低延迟的连接，支持全新水平的
云服务，高质量的视频会议，交互游戏，以及随处工作的灵活性所带来的更强生产力。



头显设备：5G 增强型移动宽带将以更低成本并在超低延迟（低至 1 毫秒）下，通过增加的容量进一步提升 VR、
AR 和 XR 体验。