声表面波滤波器市场及发展

分类号:B H C

中国电子报/2000年/07月/21日/第005版/

电子元器件

声表面波滤波器市场及发展

唐敏思潮

声表面波S A W(S u r f a c e A c o u s-t i c W a v e)就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。S A W滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器叉指换能器(I D T)。它采用半导体集成电路的平面工艺,在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜,把设计好的两个I D T的掩膜图案,利用光刻方法沉积在基片表面,分别作输入换能器和输出换能器。其工作原理是:输入换能器将电信号变成声信号,沿晶体表面传播,输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出,它对电信号的加工处理即在这两次变换中完成。

S A W滤波器的主要特点是:设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择特性优良(可选频率范围10M H z~3G H z)、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰(E M I)性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻(其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右),且能实现多种复杂的功能。S A W滤波器的特征和优点,正适应了现代通信系统设备及便携式电话较薄短小化和高频化、数字化。高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是:所需基片材料价格昂贵,另对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。受基片结晶工艺苛刻和制造精度严要求的影响,日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界S A W滤波器市场。富士通公司控制了移动电话用小型射频(R F)S A W滤波器全球市场40%左右的份额,目前其年产量在1.5亿只以上,最小的产品已做到2.5 2m m,重22m g,集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体,使滤波器性能出现了突破性飞跃。三洋电器公司是世界最大的视听家电用S A W滤波器制造商之一,为保持其价格上的优势,该公司在我国深圳设有组装厂,年产5000万只。丰田公司主要生产移动通信用S AW滤波器,可提供30多种标准型产品,均适用于表面安装。

S A W滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到了良好的作用,可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波,这是其它滤波器难以完成的。近年来国外已将S AW滤波器片式化,重量约0.2g;另外由于采用了新的晶体材料和最新精细加工技术,致使S AW器件的使用上限频率提高到2.5~ 3G H z。从而促使S A W滤波器在抗E M I领域获得更广泛的应用。

S A W滤波器以极陡的过渡带使C A T V的邻频传输得以实现,与隔频传输相比,频谱利用率提高了一倍。电视接收机如果不采用S A W滤波器,不可能工作得这么稳定可靠。事实上,早期S A W滤波器的主要应用领域即是以电视机为代表的视听类家电产品,进入80年代末之后,由于电子信息特别是通信产业的高速发展,为S A W滤波器提供了一个广阔的市场空间,致使其产量和需求呈直线上升趋势。目前世界S A W滤波器的年产量在6亿只以上,其中移动通信等用小型R F S A W滤波器就达4.3亿只。

移动通信系统的发射端(T X)和接收端(R X)必须经过滤波器滤波后才能发挥作用,由于其工作频段一般在80 0M H z~2G H z、带宽为17~30M H z,故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受功率大、低成本、小型化等特点。由于工作频段、体积和性能价格比等方面的优势,S A W滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头,这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器望尘莫及的。

在无线寻呼系统中,B P机接收到的R F信号需先经滤波再进行放大。滤波器的电气特性直接影响到接收信号的灵敏度和精确度。早期生产的B P机一般采用L C滤波器,但由于L C滤波器的调试复杂,选择性和稳定性又较差,因此现已逐渐被S AW滤波器所取代。

随着I n t e r n e t的迅猛发展,全球上网用户愈来愈多,但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄(几十千频),下载速度极慢,而C A T V网络频率资源丰富,不少商家因此均在开发基于C A T V网的宽带多媒体数据广播系统(如V O D等),通过C A T V上网可使信息传输速度提高几十倍以上,在这些系统中都要用到高性能的S A W滤波器来解决邻频抑制问题。可见,S A W滤波器的市场前景十分可观。

当前世界S A W滤波器的发展趋势主要有以下几方面:

小型片式化S AW滤波器的小型片式化,是移动通信和其它便携式产品提出的基本要求。为缩小S A W滤波器的体积,通常采取三方面的措施:一是优化设计器件用芯片,使其做得更小;二是改进器件的封装形式,现已由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或L C C C(无引线陶瓷芯片载体)表面贴装;三是将不同功能的S A W滤波器

封装在一起构成组合型器件以减小P C B面积,如应用于1.9G H z P C S终端60M H z带宽的双频段S A W滤波器以及近来富士通公司开发的双带式(可支持模拟和数字两种模式)便携式手机用S A W滤波器,均装有两个滤波器。

高频、宽带化为适应电子整机高频、宽带化的要求,S A W滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表明,当压电基材选定之后,S A W滤波器的工作频率则由I D T电极条宽决定,I D T电极条愈窄,频率愈高。采用半导体0. 35~0.2 m的精细加工工艺,可制作出2~3G H z的S A W滤波器。

拓展S A W滤波器的带宽通常从优化设计I D T的电极结构入手。如将I D T按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构,输入/输出直接实现连接,采用0,4 m以下的精细加工技术,就可制作出用于无线局域网(L A N)的2. 5G H z梯形结构谐振式S A W滤波器,带宽达100M H z;在多重模式滤波器中,采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些,因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的R F滤波,而后者具有陡削的窄带特性,可用于个人数字蜂窝(P D C)和模拟电话的中频(I F)滤波。

降低插入损耗早期S A W滤波器的最大缺陷是插入损耗大,一般在15d B以上,这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前端是无法接受的。为满足现代通信系统及其它用途的要求,人们通过开发高性能的压电材料和改进I D T设计,使器件的插入损耗降低到3~4d B,最低可达1d B。在众多压电材料研究成果中,最引人注目的是日本村田制作所发明的Z n O/蓝宝石层状结构基片材料,利用这种基片材料,该所已制造出1.5G H z P D C用射频S A W滤波器,其插入损耗仅1.2d B。

声表面波滤波器原理和应用

声表面波滤波器原理及应用 1.声表面波滤波器（SAWF）的结构和工作原理声表面波滤波器（SAWF）是利用压电材料的压电效应和声特性来工作的。具有压电效应的材料能起到换能器的作用，它可以将电能转换成机械能，反之亦然。压电效应包括正压电效应和反压电效应。所谓正压电效应是指压电材料受力变形产生电荷，因而产生电场的效应，即由机械能转换为电能，反压电效应是指压电材料在外加电场的作用下，产生机械形变的效应，也即由电能转换为机械能。声表面波滤波器（SAWF）的结构如图2—12所示。这种滤波器的基片是由压电材料（如铌酸锂或石英晶体）制成，在基片上蒸镀两组“叉指电极”，一般由金属薄膜用光刻工艺刻成。左侧接信号源的一组称为发送换能器，右侧接负载的一组称为接收换能器，图中a、b分别为电极宽度和极间距离，W为相邻叉指对的重叠长度，称为“叉指孔径”。当交变的电信号u s 加到发送换能器的两个电极上时，通过反压电效应，基片材料就会产生弹性形变，这个随信号变化的弹性波，即“声表面波”，它将沿着垂直于电极轴向（图中x方向）向两个方向传播，一个方向的声表面波被左侧的吸声材料吸收，另一方向的声表面波则传送到接收换能器，由正压电效应产生了电信号，再送到负载R L。但叉指换能器的形状不同时，滤波器对不同频率信号的传送与衰减能力就会不一样。

图2—12 声表面波滤波器结构示意图为了简便起见，仅分析“均匀”型叉指换能器的频率特性。所谓“均匀”型就是指图2—12中各叉指对的参数a、b、W 都相同，设换能器有n+1个电极，并把换能器分为n节或N个周期（N=n/2），各电极将激发出相同数量的声表面波，声表面波的波长由指装点基的宽度a和间隔b决定，声表面波的频率与传播速度有关，其自然谐振频率（或机械谐振频率）为 v是声表面波的传播速度，约为3×103m/s，比光速小很多，比声速高9倍多。在f0一定，速度v低时（a+b）就可以小，所以声表面波器件的尺寸可以做得很小，但f0很低，则（a+b）就增大，SAWF的尺寸就增大，因此它适合工作在高频或超高频段。叉指换能器的尺寸决定后，换能器的f0就固定了，当外加信号的频率等于f0时，换能器各节电极所激发的声表面波同相叠加，振幅最大，即所激发出的声表面波幅值最大；当外加信号的频率偏离f0时，换能器各节电极所激发的声表面波振

巴特沃斯低通滤波器

《数字信号处理》课程设计报告设计课题滤波器设计与实现专业班级姓名学号报告日期 2012年12月

《数字信号处理》课程设计任务书题目滤波器设计与实现学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、设计内容：见所选题目。二、设计要求 1 设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。 2 报告内容（1）设计题目及要求（2）设计原理 (包括滤波器工作原理、涉及到的matlab函数的说明) （3）设计内容（设计思路，设计流程、仿真结果）（4）设计总结（收获和体会）（5）参考文献（6）程序清单起止时间2012年 12 月 3日至 2011年 12月11 日指导教师签名2011年 12月 2日系（教研室）主任签名年月日

学生签名年月日《数字信号处理》课程设计报告一、设计题目及要求设计题目基于MATLAB 的巴特沃斯低通滤波器的设计设计要求 1. 通过实验加深对巴特沃斯低通滤波器基本原理的理解。 2．学习编写巴特沃斯低通滤波器的MATLAB 仿真程序 3. 滤波器的性能指标如下：设计一个模拟低通巴特沃斯滤波器，技术指标：通带截止频率10000/rad s ，通带最大衰减3dB ；阻带起始频率 30000/rad s ，阻带最小衰减40dB ，画出其幅度谱和相位谱。二、设计原理 1. 巴特沃斯低通滤波器简介: 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种，特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth ）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的，可以构成低通、高通、带通和带阻四种组态，是目前最为流行的一类数字滤波器 ,经过离散化可以作为数字巴特沃思滤波器 ,较模拟滤波器具有精度高、稳定、灵活、不要求阻抗匹配等众多优点 ,因而在自动控制、语音、图像、通信、雷达等众多领域得到了广泛的应用，是一种具有最大平坦幅度响应的低通滤波器。 2.巴特沃斯低通滤波器的设计原理: 巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示 () ΩΩ+ =Ωc N /22 a 11 ) (j H N=1,2，…… （2-6）下面归纳了巴特沃斯滤波器的主要特征 a 对所有的N ，() 1a j H 20 =Ω=Ω。 b 对所有的N ，() 707.0a j 2c =ΩΩH = Ω即()dB 3a lg 20j H c =Ω =ΩΩ

声表面波简介

声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。 1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。所谓叉指换能器，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，它的作用是实现声一电换能。声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。在VHF 和UHF 绳段内，电磁波器件的尺寸是与波长相比拟的。同理，作为电磁器件的声学模拟声表面波器件，它的尺寸也是和信号的声波波长相比拟的。因此，在同一频段上，声表面波器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸减小了很多，重量也随之大为减轻。例如，用一公里长的微波传愉线所能得到的延迟，只需用传输路径为1 。m 的声表面波延迟线即可完成。这表声表面波技术能实现电子器件的超小型化。第二，由于声表面波系沿固体表面传播，加上传播速度极慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上。于是当信号在器件的输入和输出端之间行进时，就容易对信号进行取样和变换。这就给声表面波器件以极大的灵活性，使它能以非常简单的方式去．完成其它技术难以完成或完成起来过于繁重的各种功能。比如脉冲信号的压缩和展宽，编码和译码以及信号的相关和卷积。一个实际例子是1976 年报道的一个长为一英寸的声表面波卷积器，它具有使两个任意模拟信号进行卷积的功能，而它所适应的带宽可达100MHz ，时带宽积可达一万。这样一个卷积器可以代替由几个快速傅里叶变换（FFT ）链作成的数字卷积器，即实际上可以代替一台专用卷积计算机。此外，在很多情况下，声表面波器件的性能还远远超过了最好的电磁波器件所能达到的水平。比如，用声表面波可以作成时间－带宽乘积大于五千的脉冲压缩滤波器，在UHF 频段内可以作成Q 值超过五万的谐振腔，以及可以作成带外抑制达70dB 、频率达1 低Hz 的带通滤波器。第三，由于声表面波器件是在单晶材料上用半导体平面工艺制作的，所以它具有很好的一致性和重复性，易于大量生产，而且当使用某些单晶材料或复合材料时，声表面波器件具有极高的温度稳定性。第四，声表面波器件的抗辐射能力强，动态范围很大，可达100dB 。这是因为它利用的是晶体表面的弹性波而不涉及电子的迁移过程。

基于巴特沃斯的低通滤波器的设计原理

课程设计报告 ——基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 2０10年12月25日一、实验内容基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现二、实验目的 1、通过对滤波器的设计，充分了解测控电路中学习的各种滤波器的工作原理以及工作机制。学习幅频特性曲线的拟合,学会基本MAＴLＡB操作。 2、进一步掌握虚拟仪器语言ＬabVＩEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。以及图形化的编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法；掌握如何使用数据采

集卡以及EIVIS产生实际波形信号。了解图形化的编程方法；练习ＤIO函数的使用方法；学习如何使用数据采集卡以及EＩVIＳ产生和接受实际的数字信号。３、掌握自主化学习的方法以及工程设计理念等技能。三、实验原理滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠,如果重叠不严重,仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率,提高测量精度。任何复杂地滤波网络,可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器,而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。滤波器主要参数介绍： ①通带截频f p=w p／(2π)为通带与过渡带边界点的频率,在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 ②阻带截频f r=wｒ／（２π)为阻带与过渡带边界点的频率,在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。 ③转折频率f c=w c/（2π)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以ｆｃ作为通带或阻带截频。 ④固有频率f0=w0/（2π)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率,复杂电路往

声表面滤波器的作用和应用

声表面滤波器的作用和应用声表面滤波器它是一种滤波频率杂质的压电元件,利用压电材料的压电特性,利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入信号转换成机械能,经过处理后,再把机械能转换成电的信号,以达到过滤不必要的信号及杂讯,提升收讯品质的目标. 声表面滤波器产品广泛应用于电视系列,卫星通讯,移动系统,无线传呼,计算机及报警系统等领域,其中定时器,遥控器,音响较为常用. 声表滤波器是以石英、铌酸锂或钎钛酸铅等压电晶体为基片,经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜,通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的交叉指型的金属电极,分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器.当输入叉指换能器接上交流电压信号时,压电晶体基片的表面就产生振动,并激发出与外加信号同频率的声波,此声波主要没着基片的表面的与叉指电极升起的方向传播,故称为声表面波,其中一个方向的声波被除数吸声材料吸收,别一方向的声波则传送到输出叉指换能器,被转换为电信号输出. SAW滤波器的选频作用常规4大分类： ●⑴低通滤波器从0～f2频率之间,幅频特性平直,它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于f2的频率成分受到极大地衰减. ●⑵高通滤波器与低通滤波相反,从频率f1～∞,其幅频特性平直.它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过,而低于f1的频率成分将受到极大地衰减. ●⑶带通滤波器它的通频带在f1～f2之间.它使信号中高于f1而低于f2的频率

成分可以不受衰减地通过,而其它成分受到衰减. ⑷带阻滤波器与带通滤波相反,阻带在频率f1～f2之间.它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减,其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过. 在声表面波滤波器中,信号经过电-声-电的两次转换,由于基片的压电效应,则叉指换能器具有选频特性.显然,两个叉指换能器的共同作用,使声表面波滤波器的选频特性较为理想. 声表滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻,其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右,且能实现多种复杂的功能. SAW滤波器的特点：适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求.其不足之处是所需基片材料的价格昂贵,对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高.受基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响,日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界SAW滤波器市场.富士通公司控制了移动电话用小型射频SAW滤波器全球市场40％左右的份额,目前其年产量在1.5亿只以上,最小的产品尺寸已达到2.5mm×2mm,重22mg,集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体,使滤波器性能突破性飞跃.三洋电器公司是世界最大的视听家电用SAW滤波器制造商之一. 帝国科技为保持其价格上的优势,公司在我国深圳设有组装厂,年产5000万只.丰田公司主要生产移动通信用SAW滤波器,可提供30多种标准型产品,均适用于表面安装.

声表面波滤波器封装

声表面波滤波器封装在集成至模块过程中，声表面波元件必须要经受高达100 bar的压强，这就要求采用新的封装技术。为了让声表面波元件中的声表面波在无干扰情况下传播，封装中的芯片表面上方要有一个空腔。一般说来，在2 GHz滤波器中用于将电信号转换成声波的叉指换能器由铝镀层组成（厚度为150 nm，宽度小于500 nm）。为避免腐蚀，这些结构必须能够防潮（可以在芯片上加一层非常薄的钝化层，或者采用气密封装），同时还必须要耐高温、显著的温度变化以及高湿空气。体声波（BAW）以及薄膜体声波谐振器（FBAR）元件也需要具有空腔的封装。之前专为声表面波滤波器开发的封装技术现亦为体声波元件沿用。以前，声表面波元件总是直接焊接在手机电路板上的。不过现在，声表面波滤波器越来越多地被集成到模块中，而各种各样的模块则用于手机。以下为一些典型实例： ?含有超过两个滤波器及其阻抗匹配元件的滤波器组 ?包含滤波器、开关以及匹配元件的前端模块，多见于GSM应用 ?含有收发集成电路、滤波器以及匹配元件的收发模块 ?带双工器的功放（PAiD）模块 LTCC或FR4基片常用于模块中。LTCC基片可集成数十个无源元件，而声表面波滤波器、其它无源元件和半导体则安装在基片上表面。然后，使用金属帽盖、顶部密封（Glob Top）或包膜工艺对模块加以密封。在传递模塑期间，当温度高达180℃时，最高可产生100 bar的压强。声表面波滤波器

封装内的空腔因此必须足够坚固，以承受高达10 N/mm2的压强。模块中采用的声表面波元件必须不仅能适应挤出成型工艺，还必须具有占用面积小和插入高度低的特点。从金属封装到CSSP 最初，声表面波元件采用的是气密金属封装技术，焊线在外接端子和芯片之间起连接的作用。在表面贴装技术面市后，便采用了具有扁平焊接引脚的陶瓷封装。然而，陶瓷封装与焊线的组合却难以实现低于3 × 3 mm2的封装面积以及低于1 mm的插入高度。因此，许多声表面波元件制造商在2000年前后开始采用倒装焊封装。除降低尺寸的需求外，焊线电感对电性能的限制也是采用倒装焊封装的另一个原因。大多日本声表面波元件制造商沿用了陶瓷盒装技术，并用金凸点取代了焊线。相比之下，爱普科斯则引入了一种全新方案来使封装尺寸最小化，即芯片尺寸级声表封装（CSSP）。爱普科斯从2000年起已经在市场上推出三代CSSP技术。每一代CSSP都含有一个采用共烧技术制造的平面内插结构，以及用于建立声表面波芯片和基片之间电连接的焊球。为降低生产成本，在大面积陶瓷板上同时加工数千个电子元件。在封装处理结束时，才分切开来。三代CSSP 的不同之处主要在于：芯片和基片之间空腔的闭合方式。因为CSSP1技术可实现的最紧凑封装仍需占用2.0 × 2.0 mm2的面积，所以这一代CSSP在微型化的高要求下，逐渐淡出了手机应用中。

设计巴特沃斯数字带通滤波器

设计巴特沃斯数字带通滤波器，要求通带范围为：0.25π rad ≤ω≤0.45π rad,通带最大衰减为3dB ，阻带范围为0≤ω≤0.15π rad 和0.55π rad ≤ω≤πrad ，阻带最小衰减为40dB 。利用双线性变换设计，写出设计过程，并用MATLAB 绘出幅频和相频特性曲线。设计思路及计算：（1）确定技术指标，求得数字边缘频率： Pp ω1Ps ω（2（3Lp Ω（4）确定低通滤波器阶数N 40 20 10 0.01s δ-==，()2211lg 1lg 10.01 6.76812lg 1.97482lg s s p N δ????-- ? ?????≥==??Ω ? ?Ω?? 取N ＝7。

（5 ）c c ΩΩ= Ω= 1c Ω≈ 巴特沃兹模拟滤波器：(217) 14 7 1 1 H (),() j K a k k k s p e s p π ++== =-∏ 再由双线性变换即可得到所求。 b = Columns 1 through 10 0.0001 0 -0.0007 0 0.0022 0 -0.0036 80.0108 -71.1129 52.6364 -32.2233 Columns 11 through 15 16.1673 -6.4607 1.9827 -0.4217 0.0523

>> [h,w]=freqz(b,a,100); >>subplot(211) >>h1=20*log10(abs(h)); >>plot(w/pi,h1);>>axis([0 1 -50 10]); >>subplot(212) >>plot(w/pi,angle(h))

基于MATLAB的巴特沃斯滤波器

数字信号处理课程设计 2015年 6 月25 日

目录一．设计目的： (3) 二．设计要求： (3) 三．设计内容： (4) 3.1选择巴特涡斯低通数据滤波器及双线性变换法的原因 (4) 3.2巴特沃思低通滤波器的基本原理 (4) 3.3双线性变换法原理 (5) 3.4数字滤波器设计流程图 (7) 3.5数字滤波器的设计步骤 (7) 四．用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真并分析 (9) 4.1巴特沃斯低通数字滤波器技术指标的设置 (9) 4.2用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真 (9) 4.3波形图分析： (12) 五.总结与体会 (13) 六．附录参考文献 (14) 2

一．设计目的：该课程设计是测控技术与仪器专业的必修课，开设课程设计的目的使学生掌握数字信号处理的基本概念和基本理论，能够利用辅助工具进行FIR和IIR数字滤波器的设计，进行一维信号的频谱分析，并进行仿真验证。加强实践教学环节，加强学生独立分析、解决问题的能力，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，实现宽口径教育。 (1)理解低通滤波器的过滤方法。 (2)进一步熟悉低通滤波器的基本应用。 (3)用仿真工具matlab软件对设计的滤波器进行软件和硬件仿真。 (6)将对仿真结果进行比较，从而检验滤波器滤波性能的准确性。二．设计要求：地震发生时，除了会产生地震波，还会由地层岩石在断裂、碰撞过程中所发生的震动产生次声波。它的频率大约在每秒十赫兹到二十赫兹之间（可以用11Hz和15Hz的两个信号的和进行仿真，幅度可以分别设定为1、2）。大气对次声波的吸收系数很小，因此它可以传播的很远，而且穿透性很强。通过监测次声波信号可以监测地震的发生、强度等信息，因为自然界中广泛存在着各种次声波，这就对地震产生的次声波产生了干扰（可以用白噪声模拟，方差为5），需要采取一定的处理方法，才能检测到该信号，要求设计检测方案；并处理方法给出具体的软件（可以以51系列单片机、STM32F407、TMS320F28335或TMS320F6745为例）。假设地震次声波信号为x,输入x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)和伴有白噪声的合成信号，经过滤波器后滤除15Hz以上的分量，即只保留x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)的分量信号，来验证设计的滤波器是否达到了设计要求。 3

声表面波滤波器技术的发展状况

声表面波滤波器技术的发展状况吴江曹亮（中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆400060） 1 引言声表面波(SAW)是一种沿物体表面传播的弹性波。SAW 技术是上世纪60年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是超声学和电子学相结合的一门学科。由于可以用制造半导体的光刻技术大批量生产质量很好的SAW 芯片，各种SAW 器件很快推出并投入实际应用。用 SAW 去模拟电子学的各种功能，可使SAW 器件实现小型化和多功能，从而在雷达、通信、导航、识别和电子战等领域获得了广泛的应用。 SAW 滤波器以极陡的过度带使CATV 的邻频传输得以实现，与隔频传输相比，频谱利用率提高了一倍。电视接收机如果不采用SAW 滤波器，不可能工作得这么稳定可靠。在20世纪70年代中期，SAW 滤波器成功应用于电视机中频处理，掀起了SAW 器件的第一次应用高潮，至今每台电视机均有SAW 滤波器。进入80年代末之后，由于电子信息特别是通信产业的高速发展，为SAW 滤波器提供了一个广阔的市场空间，致使其产量和需求呈直线上升趋势。移动通信系统的发射端（TX ）和接收端（RX ）必须经过滤波器滤波后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800MHz ～2GHz 、带宽为17～30MHz ，故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受功率大、低成本、小型化等特点。由于在工作频段、体积和性能价格比等方面的优势，SAW 滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器所望尘莫及的。20世纪90年代以来，掀起了SAW 器件的第二次应用高潮，目前每个手机上包含有2～6个SAW 滤波器，世界移动通信用小型RF SAW 滤波器每年需求约4.3亿只。随着Internet 的迅猛发展，全球上网的用户愈来愈多，但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄（几十KHz ），下载速度极慢，而CATV 的网络频率资源丰富，不少商家因而均在开发基于CATV 网的宽带多媒体数据广播系统（如VOD 等），通过CATV 上网可使信息传输速度提高几十倍以上，在这些系统中都要用到高性能的SAW 滤波器来解决邻频抑制问题。另外，在汽车电子市场、无线LAN 及数字电视的传输系统中，也需要大量的中频SAW 滤波器。可见，SAW 滤波器的市场前景十分可观。除了SAW 滤波器以外通常还可使用介质滤波器、LC 滤波器等；近年来，利用体声波 (BAW ：Bulk Acousitic Wave) 的滤波器也已实现商业化了。表1所示为滤波器的种类和特征。 SAW 滤波器在1~3GHz 频段与它们存在竞争，但SAW 滤波器最大的优势是具有陡峭的频率选择性。而且，在对电极进行设计时，可以方便实现平衡或不平衡的转换设计。近年来，在原有基础之上，通过各种研究使SAW 滤波器在小型化、高频宽带化、集成化、耐高功率等方面取得了很大进展，价格进一步降低。现在，在发送、接收用滤波器基本实现了全部使用SAW 滤波器。表1、滤波器的种类和特征滤波器的种类使用的频带特征介质滤波器 300M~30GHz 高稳定性; 低损耗; 耐高功率 LC 滤波器 300M~30GHz 低价格; 低损耗 SAW 滤波器 10M~3GHz 高稳定性; 小型; 高选择度; 平衡或不平衡输入输出 BAW 滤波器 1.5G~5GHz 高稳定性; 小型; 生产成本高; 耐高功率

声表面波标签工作原理及应用

声表面波标签 1、声表面波射频标签声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。 2、声表面波射频标签的工作原理 SAW标签采用反射调制方式完成射频标签信息向阅读器的传送，主要由压电基片、叉指换能器、反射栅和天线组成，在压电基片上以平面电极结构制作叉指换能器和反射栅。声表面波标签通过天线接收到高频脉冲信号，该信号传至叉指换能器，由于基片的逆压电效应，换能器激发出同频的SAW，该SAW沿基片表面传播，到达一系列紧密排列编码的反射栅后，部分能量可以反射到叉指换能器，通过基片的压电效应再次转变成电磁波由天线发射回来。如果将反射器组按某种特定的规律设计，使其反射信号表示规定的编码信息，那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。通过解调与处理，达到识别标签的目的。 3、声表面波射频标签的应用在各式各样的电子产品及无线通讯产品中，都会牵涉到信号的接收与发射。为了确保信号的质量，在系统设计时，会使用到数量不一的滤波器。滤波器的种类很多，有陶瓷滤波器、LC滤波器等，各依所对应之频率范围、频率响应特性、价格之不同而在使用上有所分别。SAW滤波器是利用电磁波与声波的特性进行传播的。

表面声波是一种独特的机械波，它沿着晶体表面行进时，在垂直晶体表面的方向，能量会以指数形式衰减（就是说衰减非常非常快），而当其深入超过一个波长深度时，能量密度则降为在表面时的十分之一，因此这种波在晶体表面行进时，最主要的优点就是能量能够集中于表层。这种独特的性质，使得声表面波元件可以很容易地运用其所携带之能量。早期应用雷达、广播作为六十年代末期（85后父母一代哦）才发展起来的一门新兴科学技术，声表面波技术是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度是电磁波的十万分之一（最快的飞机1000Km/h，它的1/100000是10m/h，比蜗牛似乎快一点？），在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。声表面波的应用最早是在军用雷达、广播领域作频率稳定的滤波器之用。军方的需求推动了SAW技术的发展。第一个繁荣期彩电八十年代后期到本世纪初，彩色电视机对SAW器件的大量需求，引导了声表面波器件的一个繁荣期。回忆一下，最初的彩色电视机价格是不是很贵？为什么呢？因为在当时，一个其中的声表面波器件就

双线性变换巴特沃斯IIR数字带通滤波器

课程名称：专业综合课程设计学生姓名：陈旋学号：10160101 专业班级：芙蓉通信1001班指导教师：朱明旱完成时间：2013年6月10日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期

IIR 数字带通滤波器 1.课程设计目的通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计IIR 数字带通滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法。掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 2.课题要求采用双线性变换法设计一数字带通滤波器，抽样频率为 kHz f s 1 ，性能要求为：通带范围从Hz 250 到Hz 400 ，在此两频率处衰减不大于dB 3,在Hz 150和 Hz 480频率处衰减不小于dB 20，采用巴特沃思型滤波器。 3.设计原理 3.1 数字滤波器介绍滤波器，顾名思义，其作用是对输入信号起到滤波作用。数字滤波器（DF ，Digital Filter ）在数字信号处理中起着重要作用。数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器有低通(LP ,Low pass)、高通(HP ,High Pass)、带通(BS,Band PASS)、带阻(BS,Band Stop)和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及FIR 滤波器。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语音信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。

全球声表面波滤波器技术发展趋势

半导体行业观察百家号2018-10-07 13:10 来源：SIMIT战略研究室一、TC-SAW 对于声表面波器件来说，对温度非常敏感。在较高温度下，衬底材料的硬度易于下降，声波速度也因此下降。由于保护频带越来越窄，并且消费设备的指定工作温度范围较大（通常为-20℃至85℃），因此这种局限性的影响越来越严重。一种替代方法是使用温度补偿（TC-SAW）滤波器，它是在IDT的结构上另涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层。温度未补偿SAW器件的频率温度系数（TCF）通常约为-45ppm/℃，而TC-SAW滤波器则降至-15到-25ppm/℃。但由于温度补偿工艺需要加倍的掩模层，所以，TC-SAW滤波器更复杂、制造成本也相对更高。目前TC-SAW技术越来越成熟，国外大厂基本都有推出相应产品，在手机射频前端取得不少应用，而国内的工艺仍需要摸索。二、高频SAW 普通SAW基本上是2GHz以下，村田开发出克服以往声表面波弱点的（Incredible High Performance-SAW）。村田意将SAW技术发挥到极致（4GHz以下），目前量产的频率可达。图的基本结构可以实现与BAW相同或高于BAW的特性，并兼具了BAW的温度特性、高散热性的优点，具体如下：（1）高Q值：在频带上的谐振器试制结果显示，其Q值特性的峰值超过了3000，比以往Qmax为1000左右的SAW得到了大幅度的改善。（2）低TCF：它通过同时控制线膨胀系数和声速来实现良好的温度特性。以往SAW的TCF转换量非常大（约为-40ppm/℃），而可将其改善至±8ppm/℃以下。（3）高散热性：向RF滤波器输入大功率信号后IDT会产生热量，输入更大功率则可能因IDT发热而破坏电极，从而导致故障。可将电极产生的热量高效地从基板一侧散发出去，可将通电时的温度上升幅度降至以往SAW的一半以下。低TCF和高散热性两种效果，使其在高温下也能稳定工作。三、新型体声波滤波器目前市面上的体声波滤波器基本上基于多晶薄膜工艺。而初创公司Akoustis Technologies, Inc.发明的Bulk ONE BAW技术是采用单晶AlN-on-SiC谐振器，据称性能能够提升30%。图单晶硅BAW技术针对高频应用 Akoustis技术公司(前称为Danlax,Corp.)是根据美国内华达州法律于2013年4月10日注册成立，总部设在北卡罗来纳州的亨茨维尔。2015年4月15日，公司更名为Akoustis技术公司。2017年3月，登陆纳斯达克。目前Akoustis已经宣布推出了三款商用滤波器产品：第一款是用于三频WiFi路由器应用的商用 GHz BAW RF 滤波器；第二款是针对雷达应用的 GHz BAW RF滤波器；第三款AKF -1652是针对未来4G LTE和5G移动设备 GHz BAW RF滤波器四、封装微型化滤波器的封装微型化主要是指的是采用晶圆级封装技术。 Qorvo的CuFlig互联技术使用铜柱凸点代替线焊。晶圆级封装滤波器取消了陶瓷封装，可以实现尺寸更小，设备更轻薄。图CuFlip技术相对于线焊的比较优势 RF360公司DSSP（Die-Sized SAW Packaging，裸片级声表封装）和TFAP技术（Thin-Film Acoustic Packaging，薄膜声学封装技术)，实现了产品微型化，并可提供2in1，甚至4in1的滤波器模组。不同产品类别的新的标准封装尺寸：双工器*，2in1滤波器：*，单一滤波器：*。图RF360声表滤波器、双工器和多工器的微型化图 DSSP封装图解

巴特沃斯滤波器的设计与仿真

信号与系统课程设计题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真学院英才实验学院学号2015180201019 学生姓名洪健指导教师王玲芳

巴特沃斯滤波器的设计与仿真英才一班洪健 2015180201019 摘要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。关键词：巴特沃斯滤波器幅频特性 Matlab Multisim 引言滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种，它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品，是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台，它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛应用于电子电路的分析，设计和仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。本文主要对低通模拟滤波器做主要研究，首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究，并计算相应电路参数，最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。正文 1巴特沃斯低通滤波器巴特沃斯（Butterworth）滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下： ① 最大平坦性。可以证明，在ω=０处，有最大值|H(0)|=1，幅频特性的前２n－１阶导数均为零。这表示它在ω＝０点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的，相频特性也是单调下降的。因此，巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数ｎ是什么数，都会通过C = ，并且此时|()|H j ，而且ｎ越大，其幅频响应就越逼近理想情况。

声表面波滤波器在通信电路中应用

声表面波滤波器在通信电路中的应用摘要随着半导体工艺的迅速发展，光刻精度进一步提高，使得声表面波滤波器超小型化成为现实，而通信技术的快速发展，对声表面波滤波器提出的性能要求也越来越高。声表面滤波器简称SAWF或SAW，是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电晶体振荡器材料的压电效应和声表面波传播的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器，它用于电视机和录像机的中频输入电路中作选频元件，取代了中频放大器的输入吸收回路和多级调谐回路。它是在一块具有压电效应的材料基片上蒸发一层金属膜，然后经光刻，在两端各形成一对叉指形电极组成。当在发射换能器上加上信号电压后，就在输入叉指电极间形成一个电场使压电材料发生机械振动（即超声波）以超声波的形式向左右两边传播，向边缘一侧的能量由吸声材料所吸收。在接收端，由接收换能器将机械振动再转化为电信号，并由叉指形电极输出。声表面波器件因其体积小、抗辐射能力强、高速、低功耗和高可靠性等优点，在通信、雷达和电子对抗中得到了广泛的应用，尤其是它独有的高频特性，越来越受到重视。在追求高效率、低插入损耗、高温度稳定的同时，中心频率和通带宽度的可调节性也成为研究热点之一。关键词：声表面波，滤波器，无线通信

目录 1绪论 (1) 2 SAW滤波器基本理论 (1) 2.1SAW滤波器的简介 (1) 2.2SAW滤波器的结构及原理 (1) 2.3SAW波滤波器的特点 (3) 2.4SAW滤波器的应用 (3) 3 无线通信中用SAW滤波器 (4) 3.1等效电路分析 (5) 3.2滤波器的设计 (6) 总结 (8) 致谢 (9) 参考文献 (10)

1绪论随着无线移动通信技术的发展，人们对移动电话的需求直线上升。为规范移动通信市场，国际上建立了几种公用通信系统标准，如美国移动通信系统(AMPS)、扩展总路线通信系统(ETACS)、全球移动系统(GSM)等。以上各通信系统所使用的频率范围均不相同，但为扩大通信容量，与传统的通信系统相比，它们的射频频率都较高，使用带宽较宽，且发射端和接收端的间隔较窄。因此，各系统对关键器件即滤波器的滤波频率性能都有严格的要求。声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器是一种新型的信号处理器件，可以实现任意精度的频率特性，这是其他射频滤波器难以实现的，故SAW滤波器在电子信息领域，特别在通信中得到了越来越广泛的应用。随着SAW滤波器朝着小型片式化、高频宽带化、低插损、高可靠性和表面贴装等方向的发展，更将使SAW滤波器技术在各种信号处理、通信等领域越来越具有吸引力。 2 SAW滤波器基本理论 2.1 SAW滤波器的简介声表面波SAW（SuRFace Acoustic Wave）就是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——*指换能器（IDT）。它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，再把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别用作输入换能器和输出换能器。其工作原理是：输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。 2.2 SAW滤波器的结构及原理 SAW是在压电基片材料表面产生并传播，且振幅随着深入基片材料的深度增加而迅速减少的一种弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器－叉指换能器(Interdigital Transducer,IDT)，分别用作发射换能器和接收换能器，如图1所示。

巴特沃斯数字低通滤波器要点#(精选.)

目录 1.题目.......................................................................................... .2 2.要求 (2) 3.设计原理 (2) 3.1 数字滤波器基本概念 (2) 3.2 数字滤波器工作原理 (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法 (4) 3.5实验所用MATLAB函数说明 (5) 4.设计思路 (6) 5、实验内容 (6) 5.1实验程序 (6) 5.2实验结果分析 (10) 6.心得体会 (10) 7.参考文献 (10)

一、题目：巴特沃斯数字低通滤波器二、要求：利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器，通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ ，通带最大衰减为0.5HZ ，阻带最小衰减为10HZ ，画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ 。用此信号验证滤波器设计的正确性。三、设计原理 1、数字滤波器的基本概念所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序，因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是的形式和实现滤波方法不同。正因为数字滤波通过数值运算实现滤波，所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。如果要处理的是模拟信号，可通过A\DC 和D\AC,在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。 2、数字滤波器的工作原理数字滤波器是一个离散时间系统，输入x(n)是一个时间序列，输出y(n)也是一个时间序列。如数字滤波器的系统函数为H(Z),其脉冲响应为h(n),则在时间域内存在下列关系 y(n)=x(n) h(n) 在Z 域内，输入输出存在下列关系 Y(Z)=H(Z)X(Z) 式中，X(Z),Y(Z)分别为输入x(n)和输出y(n)的Z 变换。同样在频率域内，输入和输出存在下列关系 Y(jw)=X(jw)H(jw) 式中，H(jw)为数字滤波器的频率特性，X(jw)和Y(jw)分别为x(n)和y(n)的频谱。w 为数字角频率，单位rad 。通常设计H(jw)在某些频段的响应值为1，在某些频段的响应为0.X(jw)和H(jw)的乘积在频率响应为1的那些频段的值仍为X(jw)，即在这些频段的振幅可以无阻碍地通过滤波器，这些频带为通带。X(jw)和H(jw)的乘积在频段响应为0的那些频段的值不管X(jw)大小如何均为零，即在这些频段里的振幅不能通过滤波器，这些频带称为阻带。一个合适的数字滤波器系统函数H(Z)可以根据需要输入x(n)的频率特性，经数字滤波器处理后的信号y(n)保留信号x(n)中的有用频率成分，去除无用频率成分。 3、巴特沃斯滤波器设计原理（1）基本性质巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示1 () ΩΩ+ = Ωc N /22 a 11 )(j H