60年代中期,集成式晶体滤波器研制成功,晶体滤波器在小型化方面有了很大发展。石英晶体谐振器是最常用的晶体谐振器之一,它在滤波器中主要用作窄带通滤波器。钽酸锂或铌酸锂晶体谐振器的耦合系数和频率常数较大,适用于制做高频宽带通滤波器。其他压电材料因温度稳定性较差,很少采用。
晶体滤波器采用集成工艺在压电基片上镀上若干对电极,每对电极构成一个谐振元件,基片两端的电极还兼有机电换能功能,极间部分起耦合元件的作用,这是一个带通滤波器。
单片晶体滤波器采用集成工艺,有体积小、稳定性高、成本低等优点;通常做成带通,主要采用石英晶体作基片,工作频段在5~200MHz,相对带宽约为0.01%~0.3%。由于其工作原理和机械滤波器相同,也称作单片机械滤波器,这种滤波器也可用多块单片组成,以降低工艺要求。
晶体滤波器在频率选择性、频率稳定性、过渡带陡度和插入损耗等方面都优越得多,已广泛用于通信、导航、测量等电子设备
说到晶体滤波器不得不说SAW。
SAW滤波器是在石英晶体、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂 (LiNbO3)等构成的压电衬底上,通过金属叉指换能器(IDT)实现能量的转换,达到滤波的效果。构成SAW滤波器的基本要素是叉指式换能器(IDT)和反射器(Grating)。叉指换能器(IDT),就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案,它的作用是实现声电换能。反射器(Grating)设置在SAW的传播方向,引发谐振。
SAW的矩形系数高,但是带外抑制不是太高,而且插损比较大。
SAW和晶体滤波器有些时候可能会弄混,上图是KDS做的SAW和晶体的区分图。
从图中可以直观的看到晶体和SAW的区别。SAW的带宽更宽,频率更高一些,常见晶体滤波器带宽在12.5k~50kHz;SAW带宽一般在300kHz以上。
寻过滤波器的工程师都知道SAW在国内生产厂家比较多,没有什么制约。那么到底是什么制约了国内厂家无法生产贴片晶体滤波器呢?
他们最主要的区别就是材料
晶体滤波器的原料是石英晶体,单片晶体滤波器制作需要极高的晶体控制工艺,这样的原料从供应商处了解只有日本有。(当然如果对工艺控制要求不高也是可以做晶体滤波器的,国产的插件式晶体滤波器也是有的,这些大部分都用在军工上,价格高)
SAW的原料是钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂 (LiNbO3),这两个原料主要生产厂家国内较多。
所以贴片式单片晶体滤波器国产无法生产的原因就是原料。