SAW濾波器匹配的目的和方法

如何在電路板上安裝和匹配 SAW 濾波器，發(fā)揮SAW 濾波器的最佳性能，這對于應(yīng)用SAW 濾波器的人員很重要，否則再好的產(chǎn)品也達(dá)不到使用者的要求。所以一般的 SAW 濾波器在接入電路中都要求前后級加匹配，這些匹配結(jié)構(gòu)和元件值由濾波器制造廠家提供，系統(tǒng)人員在設(shè)計(jì)PCB 時(shí)就要考慮匹配。

SAW 濾波器匹配的目的是：

（1）取得小的駐波系數(shù)。

特別是高損耗SAW 濾波器，其駐波系數(shù)一般在5~10，匹配后可以改善到2~5。對于低損耗SAW 濾波器通過匹配可以使駐波系數(shù)達(dá)到1.2~2。

（2）取得小的損耗。

對于損耗在30~40dB 的高損耗SAW 濾波器通過匹配可以得到20~25dB 的損耗。而對于SPUDT 的濾波器，要求必須匹配才能得到小的損耗。

（3）取得平坦的通帶特性。

對于大帶寬SAW 濾波器、TCRF 濾波器、SPUDT 濾波器等如果不匹配，通帶波紋很大，匹配后不但損耗降低，而且可以得到平坦的通帶特性。

（4）LC 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以起到LC 濾波器的作用，提高遠(yuǎn)端帶外抑制。

SAW 濾波器的匹配不同于其他濾波器的匹配，針對不同結(jié)構(gòu)的SAW 濾波器其匹配目標(biāo)不同。對于高損耗SAW 濾波器并不需要與外部電路完全的共軛理想匹配，因?yàn)樵谳^大的聲輻射條件下，改進(jìn)理想匹配雖然可以實(shí)現(xiàn)低損耗，但卻是以增加幅度和相位波動(dòng)為代價(jià)的。這些器件通常有意使器件在一定程度上失配。對于中等損耗的SPUDT 濾波器，其匹配也不完全是理想電匹配。對于1~4dB 的低損耗SAW 濾波器則要求盡量理想電匹配以取得最小損耗。

為了使聲表面波器件應(yīng)用簡單，濾波器的輸入輸出端一般采用二元件進(jìn)行匹配。對不同的 SAW 濾波器S 參數(shù)，匹配網(wǎng)絡(luò)不同，需要根據(jù)Smith 圓圖，選取合適的匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在Smith 圓圖中，經(jīng)匹配從起點(diǎn)到目的位置點(diǎn)經(jīng)過的曲線長度越短，匹配后頻響特性越好。如圖1（c）中兩條曲線分別對應(yīng)于圖1（a）、（b）的匹配電路網(wǎng)絡(luò)。

圖 1 二種簡單匹配電路方案（a）、（b） 及對應(yīng)的Smith 圓圖路徑（c）

匹配結(jié)構(gòu)確定后，如何找到匹配元件值？一般有兩種方法：

一是試驗(yàn)法。借助于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的Smith圓圖和頻響圖實(shí)際匹配。

二是借助于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，提取SAW濾波器的S參數(shù)，計(jì)算濾波器的四端網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納Y參數(shù)，通過軟件匹配計(jì)算匹配元件值，最后指導(dǎo)試驗(yàn)匹配。

實(shí)際 SAW 濾波器匹配時(shí)需要注意的問題：

（1） 評估板和系統(tǒng)板上的匹配元件值有些差異，其原因是分布參數(shù)不同，需要微調(diào)元件值。

（2） 高損耗濾波器通常要求失配，以得到好的通帶特性。

（3） 低損耗濾波器通常要求最佳匹配，以得到小的損耗和駐波系數(shù)（SWR）。

（4） 損耗越小的濾波器對匹配元件值越敏感

SAW 濾波器與LC 濾波器、介質(zhì)濾波器、腔體濾波器相比，損耗大、信號延遲時(shí)間長，因此SAW 濾波器的裝配比其他濾波器更講究。例如：一個(gè)25dB 損耗SAW 濾波器，要求濾波器帶外抑制大于55dB，則對PC 板隔離度要求大于80dB。因此，抑制好輸入輸出之間的直通信號是SAW 濾波器的裝配的主要問題。

SAW 濾波器的直通信號對濾波器性能的影響有兩方面：

一是惡化帶外抑制；

二是通帶波紋增大。

圖2是橫向SAW 濾波器的典型脈沖響應(yīng)，

圖3 是同一只SAW 濾波器不同安裝引起直通信號抑制不同，得到的濾波效果也完全不同。

圖 2 橫向SAW 濾波器的典型脈沖響應(yīng) 圖 3 SAW 濾波器的的直通信號抑制好（a）和差（b）對頻響的影響

SAW 濾波器的直通來源大致有三方面：一是PC 板的布線帶來的輸入輸出之間的雜散電容C1、C2；二是輸入輸出的匹配之間的耦合；三是匹配地和濾波器的地并不是理想地，由地電阻引起耦合。如圖4 所示。

（a） 雜散電容引起的耦合 （b）匹配元件之間的互耦 （c）地電流回路引起的耦合

圖4 引起直通的三種模型

針對直通信號的來源，比較好的SAW 濾波器的PC 板按圖5 設(shè)計(jì)，并注意如下幾點(diǎn)：

（1） 采用雙面大面積接地的PC 板。

（2） PC 板作些垂直交叉金屬化孔，減小PC 板間的電容耦合。

（3） 濾波器接地底座緊貼PC 板，以便接地良好?？赡艿脑?，外殼邊緣與PC 板加焊幾個(gè)點(diǎn)。

（4） 輸入輸出匹配元件垂直放置，特別是電感，以減小互耦。

（5） 匹配網(wǎng)絡(luò)和濾波器各自的地電流回路盡量短，以減小地電流回路引起的耦合。

（6） 輸入輸出的匹配元件盡量遠(yuǎn)，以便降低匹配元件之間的直達(dá)信號。

（7） 可能的話，在濾波器輸入輸出間的PC 板開隔離槽減小PC 板介質(zhì)層引起的RF 泄漏。

（8） 可能的話，在濾波器輸入輸出間、匹配網(wǎng)絡(luò)間加隔離腔。

圖 5 優(yōu)化的SAW 器件PC 板