一個(gè)高效、精美的建筑物和能源管理系統(tǒng)應(yīng)包括對業(yè)主電力、煤氣和水進(jìn)行自動(dòng)記錄的功能。這樣不僅可以降低成本，控制出錯(cuò)幾率，還可以免去費(fèi)時(shí)的人工現(xiàn)場抄表作業(yè)。
先進(jìn)抄表網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）系統(tǒng)用于記錄用戶數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)通過無線電將數(shù)據(jù)傳送到公共事業(yè)部門的網(wǎng)絡(luò)中，再由能源管理系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。收發(fā)機(jī)的靈敏性和選擇性對于AMI和網(wǎng)絡(luò)之間的可靠無線電連接至關(guān)重要。
通常有兩種AMI系統(tǒng)：簡單的單傳系統(tǒng)和復(fù)雜的收發(fā)系統(tǒng)。傳送機(jī)發(fā)送帶有專門定時(shí)的數(shù)據(jù)，而收發(fā)機(jī)則只有在受到確認(rèn)正確接收的單元所輪詢后才發(fā)送數(shù)據(jù)（圖1）。
帶功率次放大器和SAW濾波器的AMI傳送機(jī)
帶功率次放大器和SAW濾波器的AMI收發(fā)機(jī)
圖1：傳送機(jī)和收發(fā)機(jī)電路
模塊化程序
為了保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，采用了各種各樣的模塊化方案。為此，作為一項(xiàng)規(guī)則，在多信道應(yīng)用中，通常采用跳頻展頻(FHSS)或直接序列展頻(DSSS)技術(shù)。比較而言，單信道應(yīng)用時(shí)，則采用振幅偏移鍵控法（ASK）或頻率鍵控(FSK)技術(shù)。AMI系統(tǒng)必須能夠處理這些調(diào)制程序。但是，無線射頻前端也必須具有高敏感度，且有很強(qiáng)的抗干擾能力。實(shí)際應(yīng)用中，此類干擾通常來自其他無線射頻，比如無線電話或業(yè)余無線電愛好者。
現(xiàn)有的AMI系統(tǒng)使用SAW濾波器來抑制產(chǎn)生于IC的諧波和干擾發(fā)射信號(hào)。同時(shí)，它還可以保證高選擇性。例如，在濾波器放置在天線后面或前面的AMI收發(fā)機(jī)的接收區(qū)域時(shí)。
SAW濾波器在AMI系統(tǒng)中的典型應(yīng)用
盡管一些半導(dǎo)體制造商提供IC時(shí)，總是聲稱無需SAW濾波器，但是，與那些要取代它們的各種濾波方案相比，SAW濾波器還是具有很大的優(yōu)勢。例如，與LC濾波器相比較，即使是寬帶SAW濾波器也具有更高的選擇性、更低的插入損耗，因此其敏感度也更高（圖2）。SAW濾波器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有更低的溫度系數(shù)。
寬帶SAW濾波器（紅色）與基于LC元件的第三順序（藍(lán)色）切比雪夫?yàn)V波器與之間的選擇性比較
圖2：SAW濾波器與LC濾波器的比較
電路布局的作用
對于LC和SAW濾波器而言，高選擇性通常意味著高插入損耗和更低的敏感度。電路布局在AMI系統(tǒng)中起了關(guān)鍵的作用，這一點(diǎn)可以通過四項(xiàng)計(jì)算得以說明（圖1-4）。在每個(gè)算式中，噪聲因數(shù)F或更常見的對數(shù)噪聲符號(hào)NF是衡量敏感度的參數(shù)。噪聲因數(shù)指的是信噪電壓比，它說明了與輸出時(shí)該比率有關(guān)的四極元件的輸入情況。公式如下：
或
其中：Si：輸出時(shí)的信號(hào)；So：輸入時(shí)的信號(hào)；Ni：輸入時(shí)的噪聲；No：四極輸出時(shí)的噪聲。如圖1的疊層所示，如果有兩個(gè)以上的四極元件，可通過下列公式計(jì)算總噪聲系數(shù)F1-n：
其中：
n 四極數(shù)目
Fn 噪聲因數(shù)
Gn n個(gè)四極的增益因數(shù)
直接安裝在天線后面的第一個(gè)四極起了關(guān)鍵的作用。原則上說，它的噪聲系數(shù)界定了總噪聲系數(shù)的范圍。
為簡便起見，在相應(yīng)的開關(guān)布局舉例中，總噪聲系數(shù)的計(jì)算中忽略了傳送/接收（Tx/Rx）開關(guān)或平衡－不平衡轉(zhuǎn)換器。在這些舉例中，SAW濾波器 的插入損耗IL、增益G、LNA以及接收機(jī)IC的噪聲系數(shù)NF和噪聲因數(shù)F均具有同樣的值。同時(shí)，假設(shè)SAW濾波器的增益與其損耗相符，并假定它的噪聲系數(shù)為其IL的負(fù)值。
所有四個(gè)例子的參數(shù)條件如下：
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優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在例4中，總噪聲系數(shù)是5.37 dB， 因此它的配置是基于無線射頻AMI系統(tǒng)的最佳解決方案。它的特點(diǎn)是敏感度和選擇性更高，再加上由于與第二個(gè)SAW濾波器對稱工作，共模抑制率得以改善。
例1：SAW濾波器—接收IC
F1-2 = 12.3 => NF = 10.9 dB
接收機(jī)IC的噪聲系數(shù)對噪聲有很大的影響?？傇肼曄禂?shù)是10.9 dB，接收機(jī)的敏感度大大降低。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠阻止SAW頻段以外的干擾信號(hào)，依次防止接收機(jī)IC的內(nèi)部LNA達(dá)到飽和。為了大幅度降低噪聲系數(shù)，在SAW濾波器的前端必須設(shè)置一個(gè)高增益因數(shù)和低噪聲系數(shù)的階段。
例2：LNA – SAW –接收IC
F1-3 = 1.77 => NF = 2.48 dB
由于低噪聲系數(shù)LNA直接處于天線后面的第一階段，總噪聲系數(shù)NF大大降低。該配置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是SAW濾波器同時(shí)具有平衡－不平衡轉(zhuǎn)換器的功能。這使得共模抑制率（CMRR）和選擇性都得以提高。
它的缺點(diǎn)是接收機(jī)更容易受到強(qiáng)干擾，如移動(dòng)電話信號(hào)干擾。特別是在AMI系統(tǒng)通過移動(dòng)電話將消費(fèi)者數(shù)據(jù)傳送到輪詢基站時(shí)，強(qiáng)烈的信號(hào)可以促使LNA在傳輸過程中進(jìn)入飽和狀態(tài)，并阻止接收機(jī)識(shí)別網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中另一系統(tǒng)發(fā)射的數(shù)據(jù)。
例3：SAW –LNA –接收IC
F1-3 = 3.08 => NF = 4.88 dB
轉(zhuǎn)換到布局3，即在低噪聲系數(shù)與干擾信號(hào)環(huán)境下得以提高的選擇性之間達(dá)成某種妥協(xié)。將SAW濾波器直接配置在天線后面，可以保護(hù)LNA并減少其飽和的可能性。
例4：SAW –LNA –SAW –接收IC
F1-4 = 3.45 => NF = 5.37 dB
圖中所示接收機(jī)前端擴(kuò)展版本工作時(shí)的噪聲系數(shù)為5.37 dB。與例1 相比，此參數(shù)降幅很大。主要優(yōu)點(diǎn)：高敏感度和選擇性，同時(shí)改善共模抑制。
愛普科斯SAW濾波器在AMI系統(tǒng)中的典型應(yīng)用
各項(xiàng)性能均可靠
由于AMI系統(tǒng)通常是被安裝在惡劣的環(huán)境中，它不僅要具有高靈敏性和選擇性，其運(yùn)行也要絕對可靠。因此，它的所有元件必須結(jié)構(gòu)牢固，能抵抗溫度和濕度的定期變化，并具有防震功能。愛普科斯生產(chǎn)的SAW濾波器符合AEC-Q200的規(guī)定，完全可以滿足這些條件。一般來說，汽車電子協(xié)會(huì)（AEC）公布的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為最嚴(yán)格的。因此，該標(biāo)準(zhǔn)也適合于檢驗(yàn)元件在惡劣環(huán)境下使用的合格性。
為了滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，SAW濾波器使用了陶瓷封裝，將石英或鉭酸鋰芯片粘合在底部。使用焊線將輸入和輸出針腳（包括底線針腳）與封裝連接。該機(jī)構(gòu)可以使有功SAW結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，使封裝免受大多數(shù)應(yīng)力的影響。濾波器是密封的，以免受潮，如包圍封裝的金屬蓋焊到了封裝的上側(cè)。除了牢固結(jié)構(gòu)以外，靜電放電（ESD）敏感度也對AMI系統(tǒng)的可靠性起著關(guān)鍵的作用。
作者：Günther Schlegel （SAW無線終端應(yīng)用部經(jīng)理）
