高通GNSS滤波器

高通GNSS滤波器

SAW滤波器应用
功能：滤波，让需要的信号通过，滤除不需要的信号。

应用：

电视机，无绳电话，手机（每只手机中有声表滤波器3-5只）CATV网络（通过CATV上网可使信息传输速度提高几十倍以上）
光纤通信系统时钟恢复卫星通信及定位（GPS）系统扩频通信系统通信侦查压缩接收机 脉冲压缩雷达系统电子侦察用信道化
接收机导航系统无钥匙进入和保密警戒系统遥测压控系统其它声表产品声表面波滤波器组。

一款高端智能手机必须要对多达15个频段的2G、3G和4G无线接入方式的发送和接收路径进行滤波，同时要滤波的还包括：
Wi-Fi、蓝牙和GPS接收器的接收路径。必须对各接收路径的信号进行隔离。还必须要对出处杂多、难以尽举的其它外部信
号进行抑制。要做到这点，一款多频段智能手机需要4或6个滤波器和多个双工器。如果没有声滤波技术，这将难以实现。

不同于SAW滤波器，BAW滤波器内的声波垂直传播（图3）。对使用石英晶体作为基板的BAW谐振器来说，贴嵌于石英基板
顶、底两侧的金属对声波实施激励，使声波从顶部表面反弹至底部，以形成驻声波。而板坯厚度和电极质量（mass）决定了
共振频率。在BAW滤波器大显身手的高频，其压电层的厚度必须在几微米量级，因此，要在载体基板上采用薄膜沉积和微机
械加工技术实现谐振器结构。

SAW Filter 与 BAW Filter 的区别

SAW 是声表面波滤波器，在输入端由压电效应把无线信号转换为声信号在介质表面传播，在输出端由逆压电效应将声信号
转换为无线信号
BAW 是体声波，采用FBAR技术，原理基本同SAW，唯一的区别是声信号在介质内部传输，故体积可以做的更小（介质的
介电常数大于空气）。
BAW相对来说性能可能更好一些，q值，相位噪声，体积小等，同时加工起来更难，属于超精细加工。BAW有3层，上下为
金属电极，中间为压电材料，谐振在2G左右的厚度大概为（0.1um（电极），3um（压电层），0.1um（电极）），所以加
工难度较大，成本目前还是较高。

频率较高时，如3G时，一般采用BAW，而当频率在1900MHz以下时，通常采用SAW就能够满足要求。

1 声表面滤波器的应用及装配要求

声表面滤波器（简称SAW）主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器（Transducer）将
电波的输入信号转化成机械能，经过处理后，再把机械能装换成电信号，以达到过滤不必要的信号，提升收讯品质
的目的。声表面滤波器具有工作频率高、通频带宽、选频特性好、体积小和质量轻等特点，并且可采用与集成电路
相同的生产工艺，制造简单，成本低。与传统的LC滤波器相比，其安装更简单、体积更小。缺点为插损比LC谐振
电路大。

通过对声表面滤波器的装配方法不断地进行改进，测试装配后的电性能指标，可得出如下结论：

1）传统工艺方法操作简单，滤波器工作频率较低时，滤波器性能指标基本满足要求。

2）两种改进型工艺方法，都存在接触面间隙压紧的随机变量，安装操作的好坏起到决定因素。滤波器工作频率较高时，
滤波器性能指标基本满足要求。采用压片螺钉拉紧形式，增加结构位置，不易于模块小型化。

3）优化型工艺方法，通过再流焊将滤波器接地面底座与印制板可靠焊接，彻底消除了接触面间隙压紧的随机变量，
指标得到极大优化。滤波器性能不受人为因素影响。

针对声表面滤波器不同的应用环境，我们可以采用不同的装配工艺方案，若应用在频率较低的情况下，可采用压紧后
手工焊接，并在金属壳体边缘与印制板之间点锡加焊的方式装配；而在应用环境频率较高的情况下，可采用回流焊接的
装配工艺，将声表面滤波器的接地底座与PCB焊接，减小电磁干扰的影响，提高产品的电性能指标。

1、SAW Filter

声表面波（SAW）滤波器广泛应用于2G接收机前端以及双工器和接收滤波器。SAW滤波器集低插入
损耗和良好的抑制性能于一身，不仅可实现宽带宽，其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。
因为SAW滤波器制作在晶圆上，所以可以低成本进行批量生产。SAW技术还支持将用于不同频段的
滤波器和双工器整合在单一芯片上，且仅需很少或根本不需额外的工艺步骤。



存在于具有一定对称性晶体内的压电效应是声滤波器的“电动机”及“发电机”。当对这种晶体施以
电压，晶体将发生机械形变，将电能转换为机械能。当这种晶体被机械压缩或展延时，机械能又转换
为电能。在晶体结构的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。电气和机械能量间的
这种转换的能量损耗极低，无论电/机还是机/电能量转换，效率都可高达99.99%。



在固态材料中，交替的机械形变会产生3,000至12,000米/秒速度的声波。在声滤波器内，对声波进行
导限以产生极高品质因数（Q值可达数千）的驻波（standingwaves）。这些高Q值的谐振是声滤波器
的频率选择性和低损耗特性的基础。


在一款基础SAW滤波器中，电输入信号通过间插的金属交指型换能器（IDT）转换为声波，这种IDT是
在诸如石英、钽酸锂（LiTaO3）或铌酸锂（LiNbO3）等压电基板上形成的。在一款非常小设备内，IDT
的低速特性非常适合众多波长通过。

常见的10种滤波器
1、数字滤波器
　　与模拟滤波器相对应，在离散系统中广泛应用数字滤波器。它的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号
波形或频率进行加工处理。或者说，把输入信号变成一定的输出信号，从而达到改变信号频谱的目的。
　　2、低通滤波器
　　低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通过的电路，其作用是滤去音频信号中
的中音和高音成分，增强低音成分以驱动扬声器的低音单元。由
　　3、带通滤波器
　　它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。
　　4、带阻滤波器
　　与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的
信号几乎不受衰减地通过。
　　5、巴特沃斯滤波器
　　从幅频特性提出要求，而不考虑相频特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为：
　　6、切贝雪夫滤波器
　　切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的，其幅频响应表达式为：ε是决定通带波纹大小的系数，波
纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件。
　　7、声表面波滤波器
　　声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。声表面波的传播速度比电磁波的速度约
小10万倍。声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而
制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大
大提高。
　　SAW声表滤波器、声表谐振器，是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片本材料的深度增加而
迅速减少的的弹性波。声表面波（SAW）是传播于压电晶体表面的机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传
播衰耗很小。
　　SAW声表器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等，利用基片材料的
压电效应，通过输入叉指换能器（IDT）将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播，输出IDT将声信号恢复成
电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程，获得各种用途的电子器件。
　　8、介质滤波器
　　介质滤波器利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设
计制作的，由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。
　　其特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄，特别适合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，
便携电话、汽车电话、无线耳机、无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。
　　9、有源电力滤波器
　　有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行
补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。
　　早在70年代，有源电力滤波器的基本原理和主电路拓扑结构就已被确定，但由于受当时的技术条件限制，未能
使有源电力滤波器得以实施。进入80年代后，新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及瞬时无功功率
理论的提出，极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。
　　国外已开始在工业和民用设备上广泛使用有源电力滤波器，并且单机装置的容量逐步提高，其应用领域从补偿
用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。
　　10、模拟滤波器
　　模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如：带通滤波器用作频谱分析仪中的选频
装置；低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；
带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器，等等。

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。

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。