您對(duì)經(jīng)典的模擬濾波器有何看法？每一位電子工程師都必須精通？或者，濾波器分析就像是一個(gè)用來(lái)測(cè)試學(xué)生是否適合模擬設(shè)計(jì)世界的測(cè)試？

對(duì)于大多數(shù)的電路和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，使用電感器、電容器和電阻器的模擬濾波器至關(guān)重要。無(wú)論是被動(dòng)還是主動(dòng)設(shè)計(jì)，透過(guò)具有高難度數(shù)學(xué)的理論結(jié)構(gòu)、實(shí)際的「應(yīng)用說(shuō)明」(application note)設(shè)計(jì)與物料清單(BOM)，以及甚至是具有實(shí)體建構(gòu)細(xì)節(jié)的實(shí)作電路等途徑，有時(shí)候似乎將其研究至「超越無(wú)限」的境地。

這并不難理解，因?yàn)闊o(wú)論是哪一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，濾波器都在訊號(hào)路徑中扮演多種重要角色。無(wú)論是低通、高通、帶通還是陷波濾波器，即使無(wú)法為訊號(hào)帶來(lái)什么價(jià)值，他們都還是必要的，因?yàn)闉V波器有助于提高訊號(hào)噪聲比(SNR)、減少來(lái)自鄰近通道的干擾，以及衰減50/60Hz的拾音等。

盡管如此，經(jīng)典的濾波器理論是一個(gè)可以引發(fā)學(xué)生和工程師好奇心的主題，因?yàn)樗鼈儼ǜ鞣N令人驚艷以及極其枯燥的不同版本，同時(shí)還有許多不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如pi-filter (如圖1)、Chebyshev、Sallen-Key、Butterworth、Cauer (橢圓)以及高斯(Gaussian)等等。而其屬性也各不相同，包括一階、二階、滾降(roll-off)、通帶紋波、阻帶紋波、相位性能、平衡(差分)等等，可說(shuō)是「族繁不及備載」。

圖1：Pi Filter（來(lái)源：Quora）

圖2：Rose-Hulman Sallen-Key Filter

(當(dāng)然，這些都只是經(jīng)典的全模擬濾波器。除此之外，還有準(zhǔn)模擬開(kāi)關(guān)電容濾波器，可在多個(gè)電容器之間使用電荷均衡和頻率切換以實(shí)現(xiàn)濾波器功能。這些都為濾波器帶來(lái)更多的價(jià)值，因?yàn)樗鼈兣cIC制程兼容，在許多情況下都不必再使用分離式組件濾波器。)

經(jīng)典模擬濾波器可用于數(shù)百M(fèi)Hz至GHz范圍。然而，這些集總組件(lumped-element)濾波器越來(lái)越難設(shè)計(jì)以及制造用于更高頻率。寄生效應(yīng)以及組件容差和漂移為其帶來(lái)真正的挑戰(zhàn)，而且這些濾波器通常需要個(gè)別修整，以抵消其難以建模的現(xiàn)實(shí)。

因此，如果少了分離式組件濾波器的其他替代方案，考慮到尺寸、性能、一致性和成本等，在我們周遭的許多裝置可能都會(huì)變得不切實(shí)際。這些產(chǎn)品顯然非常實(shí)用，主要就是因?yàn)椴捎昧送耆煌哪M濾波器途徑：表面聲波(SAW)和體聲波(BAW)濾波器(以及薄膜體聲波諧振器——FBAR)。SAW和BAW技術(shù)已在過(guò)去幾十年來(lái)發(fā)展地相當(dāng)成熟了，可以創(chuàng)造完全不同于獨(dú)立式組件模擬濾波器的低成本、高性能組件。

他們利用眾所周知的多功能壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為沿表面(SAW)或在工程陶瓷晶體材料(BAW)內(nèi)傳播的聲波。SAW組件可在大約1 GHz的頻率下運(yùn)作，而B(niǎo)AW組件可在1 GHz以下到multi-GHz的覆蓋范圍內(nèi)重迭。這兩種組件的共同點(diǎn)之一在于都不需要研究經(jīng)典的集總組件模擬濾波器設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐。

圖3：基本SAW濾波器(SAW、BAW以及圖1的未來(lái)無(wú)線版本)

圖4：SAW、BAW以及圖2的未來(lái)無(wú)線版本