SAW(声表面波)滤波器与谐振器——汽车安全、保安、信息与娱乐系统的关键元件

汽车的安全性、防盗性能以及乘客对畅达的信息及娱乐的需求都被开列在当今驾车者愿求列表的首要位置——因此过去几年这些领域里新系统大量涌现也就不足为奇，这些系统已经日益成为当代汽车的标准功能配置。

用无线电传输信息是许多此类系统的基本构想——于是SAW滤波器与谐振器就成为能保证RF应用可靠工作的的首选元件。EPCOS为类型多样的汽车电子应用提供具有出色性能的SAW器件。

汽车安全方面的一个关键性的资产——就字面意思而言——是遥控门锁系统（RKE, remote keyless entry system）。用户按下电子钥匙上的一个按钮，该系统就可以让车门锁闭或者打开，并激活或者关闭发动机锁止系统（Immobilizer）与报警系统。虽然几年前只有豪华车才装备遥控门锁系统，但这一带来极大便利的功能现在也成为很多中档和经济型汽车的标准配置。2005年，全球制造的全部汽车中， 有60％装备了RKE系统。特别在中国，售后市场对该功能的需求已经增长。下图示出了RKE系统基本的电子电路架构。

图1 EPCOS的SAW滤波器和谐振器是RKE系统的关键元件
 
图中， 顶部文字： 4个SAW元件可以确保RKE系统的可靠性。
Transmitter——发射机，SAW stabilized local oscillator——利用SAW稳频的本机振荡器，RF antenna——RF天线。Modulated RF signal——经过调制的RF信号。
Common transmitter frequencies——常用的发射机频率。Pre. amp——预放大器，（optional——任选），modulator——调制器，data encode——数据编码，mixer——混频器，SAW front end filter——SAW前端滤波器， IF amp.——中频放大器，demodulator——解调器，data filter，regeneration——数据滤波器，再生，  data out to decoder——到解码器的数据输出，Stage——级，Superhet receiver——超外差接收机，SAW Resonator——SAW谐振器。

发射机置于汽车钥匙之内——采用一个SAW谐振器来稳定振荡器频率。接收机一般位于车身控制单元中。SAW滤波器为无线接收机的前端提供了最有效的保护，防止其被强邻频信号饱和。处在滤波器通带内的所需要的信号几乎不受影响地到达接收机，而其它频率和干扰则受到极大的衰减。SAW同样还可以用来稳定提供混频信号的振荡器。

最近出现了双向的系统，它们可以提供一路描述门锁状态的反馈信号，从而进一步增强防盗性能。即便出现糟得不能再糟的情况——车子被偷了，SAW滤波器也能派上用场。寻车系统（recovery system）利用它们来可靠地跟踪被盗车辆，以便让警方能将其归还失主。在美国，排名首位的寻车系统制造商已经有150 000辆被盗轿车被成功找回的记录。

交通安全势必是如今驾车者所关心的问题中最重要的一个——当然也是元器件产业最关心的。爆胎常常引发致人死亡或者重伤的交通事故。研究表明，爆胎事件中约有75％是由于轮胎气压不足而造成的。大多数轮胎故障留出的反应时间至少长达30s，在此期间，如果驾驶员及时得到报警的话，可以将车安全停下。

随着美国TREAD 法案在2001年通过，TPMS（胎压监测系统）获得了突破性发展。在同一时期，40％以上的轿车在交付时安装了TPMS，而在全球，这一比例也达到约20％。

除了安全问题之外，对轮胎压力进行监测还有进一步的原因。轮胎压力偏离其最优值的幅度为10％时，轮胎使用寿命缩短的幅度就可达15％。因此TPMS有助于延长轮胎寿命。

直接式TPMS的工作原理如下：检测轮胎压力的传感器被安装在轮缘上，直接位于空气阀背后。这种传感器单元能以很高的精度测量压力与温度。该传感器单元同时起到发射单元的作用，而且由一个工作寿命与轮胎寿命相一致的电池来供电。

系统的发射单元每隔一定时间将测量数据发送给接收机。数据随后被解码出来，轮胎的绝对压力显示在仪表板上。如果测量值低于规定的极限值，汽车就通过图像或者声音信号警告驾驶员。发射器和接收器的电路结构与RKE系统所用的电路相似. 

图2 TPMS 系统的主体架构

Active （with battery））——有源式（带电池）

Amplitude Shift Keying——幅移键控，Frequency Shift Keying——频移键控，
绿色图框——基于无线电原理，依靠安装在轮胎内部的压力传感器和发射机：以SAW作为振荡器。
绿色图框下方——基于无线原理，依靠安装在轮胎内部的压力传感器和发射机：以晶体作为振荡器。

Passive （without battery）——无源式（不带电池）。
Anti lock brake sensor （ABS） based software solution——基于防抱死刹车传感器的软件解决方案，
RF based system with pressure sensor + SAW delay line……——基于无线电的系统，轮胎内放置压力传感器和SAW延迟线，收发机位于轮胎之外。

 
图3 TPMS发射机的体系结构

车轮模块（传感器＋收发机），pressure sensor——压力传感器，Motion Sensor——运动传感器，Microcontroller ASIC——微控制器ASIC， Lithium battery——锂电池，transmitter（SAW or PLL stabilized）——发射机（SAW 或者PLL稳频）。 RF receiver——RF接收机。
下方文字：轮胎压力监测系统由4个车轮模块和一部接收机组成（有时候与RKE接收器合在一起）。

随着最近3x3 mm2 SAW谐振器和窄带滤波器的实现，EPCOS，供应商中的领头羊，已经加强了其在创新前沿的地位。对于最常用的433.92～315MHz频段，此一尺寸的元件已可供货。EPCOS可以提供高性能的谐振器版本，其中心频率的公差为50kHz，而满足低成本需求的产品的公差为100kHz。在SAW滤波器方面，B3731是针对中国使用的315MHz频率而开发的最新产品。它具有非常陡峭的边带，带宽为0.6MHz。双向系统中，发射机功率常常会泄漏到接收机滤波器中，因此这种产品的设计提供了高达10dBm的功率耐受能力。

图4  B3731 SAW滤波器的频率响应图

窄带的SAW滤波器B3731是专门针对在中国使用的RKE和TPMS系统而设计的。
 
TPMS系统面临的环境条件非常恶劣。在轮胎内部，SAW谐振器必须在极端条件下工作：高温、低温、粉尘、潮湿、振动和加速度力都会给元件带来极大的考验。但是来自于EPCOS的SAW谐振器可以承受恶劣的环境。一个利用滚边焊进行密封的SMD封装, 其尺寸仅为3 x 3 x 1.1 mm3，却可以保护敏感的石英芯片不受不利的环境条件的影响。在内部，氧化物钝化层保护产品敏感的机电系统表面免受微粒的玷污。

EPCOS为RKE和TPMS应用提供了种类繁多的SAW元件。下表列出了最重要的型号。3x3 mm2尺寸的谐振器和滤波器已经成功推出。

表1 用于RKE、TPMS的SAW滤波器、谐振器列表

 
表中：Country——国家，Center Frequency——中心频率，Type——型号，Tolerance——公差，Insertion Attenuation——插入损耗，Package——封装，Package Size——封装尺寸。
SAW Resonator——SAW谐振器

SAW Filters：SAW滤波器

 
 
*上面给出的所有滤波器都采用了针对汽车应用的密封陶瓷封装，按照AEC－Q200进行了品质认证。可提供PPAP。

High temperature stability——高温度稳定性，dual channel operation——双通道工作，high power handling——大功率承受能力，high selectivity——高选择性，total bandwidth covered——覆盖全带宽，unbalanced——非平衡，low IL——低插入损耗，unbalanced or balanced out——非平衡或者平衡输出，prematched——预匹配，high ultimate rejection——高最终抑制。

安全性能与防盗性能无疑是非常基本的需求，但是，在满足了这些需求后，我们还希望信息的畅通，并尽享娱乐。导航系统已经成为高级轿车和中上档轿车的标准配置。在这些系统中，GPS用来实现地理上的定位，而EPCOS生产的SAW滤波器和微波陶瓷元件常常被用来确保精确的定位。

近年来，汽车信息娱乐以令人瞩目的高速发展，在这一领域，特别是新的应用，在未来还将进一步取得成功。SAW滤波器是数字电视和收音机调谐器的基本元件。

数字地面电视一开始就是针对移动接收应用而设计的，将有助于车内电视的普及。在德国，模拟地面电视广播的终结已经推动了带有DVB－T接收机的新车的销售量的增长。与DVD播放器和游戏机相结合后，数字电视接收将成为车辆后座电子娱乐组合的标准功能配置。

越来越多的车辆的仪表板上安装了数字车用收音机。基于地面DAB（数字音频广播）的收音机系统或者基于卫星的XM Radio和SIRIUS标准在2005年底已经赢得了1100万以上的用户，这一趋势还在增长。光是卫星广播提供商们的目标就已经是在2006年底前拥有1500万用户。美国、墨西哥和加拿大已经可以接收到卫星广播信号，而DAB则快速在英国和欧洲渗透。全球范围内目前总共有5亿多人能接收得到数字广播。

 

图5 各系统的分布图：“数字地面电视正在全世界的大部分地区快速扩展。” 

绿框：DVB－T是针对移动和行驶时的接收而设计的。
右侧图框（从上到下）：DVB－T服务已经启动；DVB－T已经被采纳；DVB－T在试用中；推荐使用DVB－T；ATSC服务启动，ATSC标准被采纳，ISDB－T服务启动；尚未作出决定。

EPCOS已经无可争议地成为娱乐电子产品用SAW滤波器市场的领头羊。它在车辆信息娱乐系统方面同样领先。因此，EPCOS已经为车辆收音机和电视调谐器提供了1500万只以上的滤波器，目前还通过持续的创新来扩展其在此市场上的领导地位。

表2 针对数字收音机和电视的SAW列表  

EPCOS，SAW滤波器方面最大的制造商，为所有类型的移动数字收音机或者电视接收应用提供了解决方案。
 
Applications——应用，Car Infotainment——汽车信息娱乐，Satellite Radio——卫星广播，Digital TV at home, Car Infotainment——家庭数字电视，汽车信息娱乐，Mobile Receivers——移动接收机。
High temperature stability——高温度稳定性，switchable——可切换。

 

图6 SAW在车内的位置：“SAW滤波器对于汽车电子的许多应用来说都是关键部件”。 

图中按顺时针顺序：在线导航，卫星广播，被盗车辆的寻回，遥控门锁系统，GPS，TPMS，DVB－T，车辆加热器的遥控。

汽车方面的电子应用无疑将在未来的数年和数十年间进一步发展壮大——行车安全、安全防范和信息娱乐必将成为人们关注的焦点。EPCOS领先的SAW元件将继续成为这一发展过程中的关键元件。