用于无线数据测量的SAW滤波器

一个高效、精美的建筑物和能源管理系统应包括对业主电力、煤气和水进行自动记录的功能。这样不仅可以降低成本，控制出错几率，还可以免去费时的人工现场抄表作业。

先进抄表网络基础设施（AMI）系统用于记录用户数据。该系统通过无线电将数据传送到公共事业部门的网络中，再由能源管理系统对这些数据进行分析。收发机的灵敏性和选择性对于AMI和网络之间的可靠无线电连接至关重要。

通常有两种AMI系统：简单的单传系统和复杂的收发系统。传送机发送带有专门定时的数据，而收发机则只有在受到确认正确接收的单元所轮询后才发送数据（图1）。

带功率次放大器和SAW滤波器的AMI传送机

带功率次放大器和SAW滤波器的AMI收发机
图1：传送机和收发机电路

模块化程序

为了保证可靠的数据传输，采用了各种各样的模块化方案。为此，作为一项规则，在多信道应用中，通常采用跳频展频(FHSS)或直接序列展频(DSSS)技术。比较而言，单信道应用时，则采用振幅偏移键控法（ASK）或频率键控(FSK)技术。AMI系统必须能够处理这些调制程序。但是，无线射频前端也必须具有高敏感度，且有很强的抗干扰能力。实际应用中，此类干扰通常来自其他无线射频，比如无线电话或业余无线电爱好者。

现有的AMI系统使用SAW滤波器来抑制产生于IC的谐波和干扰发射信号。同时，它还可以保证高选择性。例如，在滤波器放置在天线后面或前面的AMI收发机的接收区域时。

SAW滤波器在AMI系统中的典型应用

尽管一些半导体制造商提供IC时，总是声称无需SAW滤波器，但是，与那些要取代它们的各种滤波方案相比，SAW滤波器还是具有很大的优势。例如，与LC滤波器相比较，即使是宽带SAW滤波器也具有更高的选择性、更低的插入损耗，因此其敏感度也更高（图2）。SAW滤波器的另一个优点是具有更低的温度系数。

宽带SAW滤波器（红色）与基于LC元件的第三顺序（蓝色）切比雪夫滤波器与之间的选择性比较
图2：SAW滤波器与LC滤波器的比较 电路布局的作用

对于LC和SAW滤波器而言，高选择性通常意味着高插入损耗和更低的敏感度。电路布局在AMI系统中起了关键的作用，这一点可以通过四项计算得以说明（图1-4）。在每个算式中，噪声因数F或更常见的对数噪声符号NF是衡量敏感度的参数。噪声因数指的是信噪电压比，它说明了与输出时该比率有关的四极元件的输入情况。公式如下：

或其中：Si：输出时的信号；So：输入时的信号；Ni：输入时的噪声；No：四极输出时的噪声。如图1的叠层所示，如果有两个以上的四极元件，可通过下列公式计算总噪声系数F1-n：

其中：

n 四极数目
Fn 噪声因数
Gn n个四极的增益因数

直接安装在天线后面的第一个四极起了关键的作用。原则上说，它的噪声系数界定了总噪声系数的范围。

为简便起见，在相应的开关布局举例中，总噪声系数的计算中忽略了传送/接收（Tx/Rx）开关或平衡－不平衡转换器。在这些举例中，SAW滤波器 的插入损耗IL、增益G、LNA以及接收机IC的噪声系数NF和噪声因数F均具有同样的值。同时，假设SAW滤波器的增益与其损耗相符，并假定它的噪声系数为其IL的负值。

所有四个例子的参数条件如下：

LSAW = GSAW = -2.9 dB
GSAW (Linear) = 0.513
NFSAW = 2.9 dB → FSAW = 1.95
GLNA = 15 dB
GLNA (Linear) = 31.62
NFLNA = 1.5 dB → FLNA = 1.41
NFRxIC = 8 dB, NFRxIC (Linear) = 6.31

所有的例子都有各自的优点和缺点。在例4中，总噪声系数是5.37 dB， 因此它的配置是基于无线射频AMI系统的最佳解决方案。它的特点是敏感度和选择性更高，再加上由于与第二个SAW滤波器对称工作，共模抑制率得以改善。

例1：SAW滤波器—接收IC

F_1-2 = 12.3 => NF = 10.9 dB

接收机IC的噪声系数对噪声有很大的影响。总噪声系数是10.9 dB，接收机的敏感度大大降低。该结构的优点是能够阻止SAW频段以外的干扰信号，依次防止接收机IC的内部LNA达到饱和。为了大幅度降低噪声系数，在SAW滤波器的前端必须设置一个高增益因数和低噪声系数的阶段。

例2：LNA – SAW –接收IC

F1-3 = 1.77 => NF = 2.48 dB

由于低噪声系数LNA直接处于天线后面的第一阶段，总噪声系数NF大大降低。该配置的另一个优点是SAW滤波器同时具有平衡－不平衡转换器的功能。这使得共模抑制率（CMRR）和选择性都得以提高。

它的缺点是接收机更容易受到强干扰，如移动电话信号干扰。特别是在AMI系统通过移动电话将消费者数据传送到轮询基站时，强烈的信号可以促使LNA在传输过程中进入饱和状态，并阻止接收机识别网状网络中另一系统发射的数据。

例3：SAW –LNA –接收IC