深入剖析SAW, BAW, FBAR滤波器

在通频带(pass band)上，series resonator fs阻抗很小，保证信号通过，shunt resonator fp阻抗很大，妨碍信号通过。

Lattice filter中每一个stage有4个resonator，包括2个串联和2个并联，基本模型如下图。

Ladder type可以用在单端(single-ended/unbalanced)和差分(balanced)信号上，而lattice type更适合用在差分(balanced)信号上。 BAW filter常用的压电材料

石英(quartz)作为常见的压电材料，在高电压和高压力的情况下表现出线性反应，但还没有合适的方法把石英做成薄膜deposit在Si衬底上。合适的BAW压电材料需要high electromechanical coupling coefficient，low electromechanical loss，high thermal stability，还要符合IC工艺技术。

目前最常用的BAW压电材料有AlN(aluminum nitride)，PZT(lead zirconate titanate)，ZnO(zinc oxide)。

关于波(wave)

物理上，波主要分为两种，一种是电磁波(electromagnetic wave)，这种波不需要任何媒介，而是通过由最初的带电粒子产生的电场和磁场的周期性震荡来传播，

所以在真空中也可以传播。无线电波(radio wave)，微波(microwave)，可见光，X射线，伽马射线都属于电磁波。

还有一种是机械波(mechanical wave)，通过媒介(固体，液体或气体)传播，而且媒介的物质会变形。比如声波在空气中传播时，空气分子会跟周围的分子互相碰撞着进行不断的传播。

机械波有两种基本的wave motion; longitudinal(compressive) wave(纵波)和transverse wave(横波)。

Longitudinal(compressive) wave(纵波)

在纵波中，粒子的运动方向和波的传播方向是平行的，不过每个粒子不会沿着波的方向移动，只是在各自的平衡状态上前后震动。 Transverse wave(横波)

在横波中，粒子的运动方向和波的传播方向相互垂直。粒子也不会沿着波的传播方向移动，只是在各自的平衡状态下上下震动。

之前在本文章提到的BAW- SMR和FBAR filter图中，声波都以纵波(longitudinal)形式传播，即粒子震动方向和波的传播方向是平行的。也有不同结构，声波以横波(transverse)形式传播。

而对于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。 REVIEW

1. MEMS是一种小型的器件或结构系统，其中可能包括集成的机械器件和电子器件，感应及时的或者局部环境变化；或者有相应信号输入时，对及时的或者局部环境做出某种物理上的交互动作。

2. 某些晶体(Crystal)受到外部压力时会产生净电荷，称为piezoelectric effect；相反地，晶体两端加电压时原子受到“electrical pressure”，为了保持电荷的平衡，原子来回震动使压电晶体形状轻微变形。这种现象称为reverse-piezoelectric effect。石英(quartz)是一种常见的压电晶体。

3. SAW是一种沿着固体表面传播的声波。SAW filter基本结构由IDT和压电材料组成，IDT和压电材料把电信号转成机械波(声波)，再把机械波(声波)转成电信号。TC-SAW是为了改善温度性能，增加了保护涂层。

4. 相比SAW filter, 声波在BAW filter物体内传播(纵波或横波)。BAW filter结构有BAW - SMR，FBAR(membrane type和airgap type)。

BAW filter更适合于2.5GHz以上的频率，BAW filter的制造工艺也非常符合现有的IC制造工艺，适合和其他的active电路做整体的integration。

ref:

1. FABRICATION AND CHARACTERIZTION OF ALN THIN FILM BULK ACOUSTIC WAVE RESONATOR, Qingming Chen, 2006 2. What is SAW Filters, Token, 2010 3. MEMS Everywhere.pdf, Yole,

4. http://www.edn.com/design/wireless-networking/4413442/SAW--BAW-and-the-future-of-wireless 5. http://mems.usc.edu/fbar.htm

6. http://www.explainthatstuff.com/piezoelectricity.html 7. http://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html 8. http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html

9. SiP/SoCIntegration of RF SAW/BAW Filters, Ken-ya Hashimoto, Chiba University

10. A Study on Baw Technology: Reconfiguration of FBAR Filter, Shivani Chauhan1 Paras Chawla2 11. Bulk Acoustic Wave Devices – Why, How, and Where They are Going, Steven Mahon 1 and Robert Aigner 12. Lattice FBAR Filters: Basic Properties and Opportunities for Improving the Frequency Response, Ivan Uzunov1, Dobromir Gaydazhiev2, Ventsislav Yantchev