濾波器根據實現方式的不同可以分為LC濾波器、腔體濾波器、聲學濾波器、介質濾波器等。不同濾波器適用于不同的應用場景，在手機無線通信應用中，由于設備尺寸較小、功率較低，因此目前智能手機使用小體積高性能的聲學濾波器，根據結構不同可以分為聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器。

SAW濾波器的基本原理為在輸入端由壓電效應把無線信號轉換為聲信號在介質表面傳播，在輸出端由逆壓電效應將聲信號轉換為無線信號。一個基本的SAW濾波器由壓電材料和兩個叉指式換能器（IDT，Interdigital Transducer）組成，輸入端的IDT將電信號轉換成聲波，且該聲波在SAW濾波器基板表面以駐波形式橫向傳播，輸出端的IDT接收到的聲波轉換成電信號輸出，從而實現濾波。

SAW類產品包括普通的SAW濾波器以及具有溫度補償特性的TC-SAW濾波器，產品形式包括雙工器以及單獨的濾波器。制作的原材料主要為鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶晶圓（4寸晶圓為主），在晶圓上方應用光刻，鍍膜等半導體工藝進行圖形化處理，然后劃切成為芯片，芯片表面結構和制作工藝較為簡單，成本較低。

BAW濾波器基本原理同SAW濾波器相同，不同的是BAW濾波器中聲波垂直傳播。同時電極的使用與薄膜壓電層的厚度決定濾波器諧振頻率，高頻下薄膜壓電層厚度在幾微米量級，因此需要使用較高難度的薄膜沉積與微機械加工技術，制造難度與成本更高。濾波器微信公眾號認為，BAW濾波器有FBAR類型以及SMR類型，兩者結構略有差別。BAW濾波器可以直接在硅晶圓（6寸為主）加工設計，利用PVD或CVD設備實現壓電薄膜的制備是其關鍵工藝環節，薄膜材料主要為氮化鋁和氧化鋅。

SAW —— 聲表面波濾波器

SAW濾波器的結構如圖所示。它由壓電材料制成的基片及燒制在其上面的梳狀電極所構成。當給聲表面波濾波器輸大端輸入信號后，在電極司壓電材料表面將產生與外加信號頻率相同的機械振動波。該振動波以聲波速度在壓電基片表面傳播，當該波傳至輸出端時，由輸出端梳狀電極構成的換能器將聲能轉換成交變電信號輸出。

BAW —— 體聲波濾波器

雖然SAW和TC-SAW濾波器非常適合約1.5GHz以內的應用，高于1.5GHz時，BAW濾波器非常具有性能優勢（圖2）。BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使它非常適合要求非常苛刻的3G和4G應用。此外，即便在高寬帶設計中，BAW對溫度變化也不那么敏感，同時它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊（filterskirt）。

圖2：高于1.5GHz時，BAW濾波器非常具有性能優勢

不同于SAW濾波器，BAW濾波器內的聲波垂直傳播（圖3）。對使用石英晶體作為基板的BAW諧振器來說，貼嵌于石英基板頂、底兩側的金屬對聲波實施激勵，使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。而板坯厚度和電極質量（mass）決定了共振頻率。在BAW濾波[敏感詞]顯身手的高頻，其壓電層的厚度必須在幾微米量級，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機械加工技術實現諧振器結構。

圖3：BAW濾波器內的聲波垂直傳播。

為使聲波不散漫到基板上，通過堆疊不同剛度和密度的薄層形成一個聲布拉格（Bragg）反射器。這種方法被稱為牢固安裝諧振器的BAW或BAW-SMR器件（圖4）。另一種方法，稱為薄膜體聲波諧振器（FBAR），它是在有源區下方蝕刻出空腔，以形成懸浮膜。

圖4：BAW–SMR器件。

因這兩種類型BAW濾波器的聲能密度都很高、其結構都能很好地導限聲波，它們的損耗都非常低。在微波頻率，BAW可實現的Q值、在可比體積下、比任何其它類型的濾波器都高，可達：2500@2GHz。這使得即使在通帶邊緣的吃緊處，它也有極好的抑制和[敏感詞]損耗性能。

雖然BAW和FBAR濾波器的制造成本更高，其性能優勢非常適合極具挑戰性的LTE頻帶以及PCS頻帶，后者的發送和接收路徑間只有20MHz的狹窄過渡范圍。濾波器 微信公眾號認為，BAW和FBAR濾波器的IDT可做得足夠大，以支持4W@2GHz的更高射頻功率。BAW器件對靜電放電有固有的高阻抗，其BAW-SMR變體具有約-17ppm/℃@2GHz的TCF。

隨著頻譜擁擠導致縮窄甚至舍棄保護頻帶的趨勢，對于高性能濾波器的需求顯著增加。BAW技術使人們有可能設計出具有非常陡峭濾波器裙邊、高抑制性能以及溫漂很小的窄帶濾波器，它非常適合處理相鄰頻段之間非常棘手的干擾抑制問題。TriQuint及其它濾波器制造商的工程師正在努力實現4％或更高帶寬、損耗更低、TCF基本為零的BAW-SMR濾波器。

BAW器件所需的制造工藝步驟是SAW的10倍，但因它們是在更大晶圓上制造的，每片晶圓產出的BAW器件也多了約4倍。即便如此，BAW的成本仍高于SAW。然而，對一些分配在2GHz以上極具挑戰性的頻段來說，BAW是唯一可用方案。因此，BAW濾波器在3G/4G智能手機內所占的份額在迅速增長。

在BAW-SMR濾波器底部電極下方使用的聲反射器使其在FBAR面臨挑戰的頻段擁有優化的帶寬性能。反射器使用的二氧化硅還顯著減少了BAW的整體溫漂，該指標遠好于BAW甚至FBAR所能達到的水平。由于諧振器位于結實的材料塊上，其散熱比FBAR好得多，后者采用一個膜，僅能通過邊緣散熱。這使得BAW器件可實現更高的功率密度，不久就會有可用于小蜂窩基站應用10W級器件的問世。

FBAR  

Film Bulk Acoustic Resonator, 包括Membrane type和Airgap type。

Membrane Type是從substrate后面etch到表面(也就是bottom electrode面)，形成懸浮的薄膜(thin film)和腔體(cavity)。

因為只是邊緣部分跟底下substrate接觸，這種結構在受到壓力時相對脆弱，而且跟membrane type類似，散熱問題同樣需要關注。

BAW filter種類

BAW filter可以把多個resonator按一定拓撲結構連接。BAW filter有多種類型，包括ladder type filter，lattice type filter，stacked crystal filter和coupled resonator filter。這里只簡單介紹ladder type和lattice type。

Ladder type(SAW最后也提過)使用的resonator包括串聯和并聯，一個串聯的resonator加一個并聯的resonator稱為一個stage，整個ladder type filter可以由好幾個stage組成。

了解ladder type filter的工作原理之前我們再看看BAW resonator的基本模型，如下圖。

典型的基本結構如上圖(a)，上下金屬電極中間夾著壓電層，對應的mBVD等效電路如上圖(b)，對應的阻抗如上圖(c)，可以看出有兩個resonance頻率，串聯(fs)和并聯(fp)。工作原理如下圖。

在通頻帶(pass band)上，series resonator fs阻抗很小，保證信號通過，shunt resonator fp阻抗很大，阻止信號通過。

Lattice filter中每一個stage有4個resonator，包括2個串聯和2個并聯，基本模型如下圖。

Ladder type可以用在單端(single-ended/unbalanced)和差分(balanced)信號上，而lattice type更適合用在差分(balanced)信號上。