|
EDA365欢迎您登录!
您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册
x
声表滤波器的发展
# t/ r' B8 r4 Q' j0 u- M; f. t# }' W$ v ?# _
声表面波(SaRFaceAcoustic Wave简写为SAW)就是在压电固体材料表面产生和传播的声波。它是由英国物理学家瑞利 l 885年发现的,因此又称为瑞利波。直到1965年怀特和沃尔默=:人提出了冲}激励和检测SAW 的叉指换能器(英文简写为rD’r),这一关键技术的突破,为SAW器件的发展奠定了基础。4 S( W7 P' u# M3 U# G' R5 C
到目前为止,世界各国已研制成了SAW 滤波罂、脉冲压缩滤波器、延迟线、谐振器、卷积器、放大器和振荡器等不同功能的100多种器件,广泛地用于移动通信、光纤通信和卫星通信等无线电电子技术各个领域,显示出它的强大优势。
6 S' z& U* Q- }0 Z* \ SAW 滤波器丰要是由IDT和压电晶体、压电陶瓷等组成,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,把设计定型的两个IDT的掩膜图案,利用光刻的方法,沉积在基片表面.一个作发射IDT,一个作接收IDT,IDT的特点有:
( k: n0 @2 U5 Y$ X, K4 U* i! e9 m( f (1)它的频率特性呈的变化规律
" t; O4 ^& ]6 F- b6 [/ O1 ~ (2)IDT激发的强度与叉指周期段数目N的l甲方成正比2 {# k' a. o8 W; j, V$ {9 P
(3)IDT的指条宽度决定了换能器的工作频率,指条愈窄、频率愈高5 P! Z8 k% Q, |" k* U$ v
(4)IDT的特性与叉指条的几何结构密切相关,如改变它的叉指数日、声孔径重叠长度(按不同加权函数的规律变化)、指条宽度和 隔等,可设计出具有不同频率特性的器件,以适应不同信号处理功能的需要,因而适应性和灵活性强;8 t- U& w' u; x5 U8 k9 m" e
(5)在小信号下,IDT是线性器件,因而满足互易定理,即IDT作为发射时的特性与作为接收时的特性是相同的
4 h( |5 S$ l5 w, C$ i SAW 滤波器的特点有:; w4 U7 `6 z: v, u! z6 t* m! D
(1)SAW 传播速度快,制作的器件尺寸小、重量轻;
" [8 b# \2 Q: N (2)设计灵活性天,能实现多种复杂的功能;
7 X) L9 d9 w. E5 d! |! `+ L% h/ l (3)可选用的频率范围广(10MHz~3GHz).时间带宽乘积大,可选l 数量级;
- v4 u7 @& l( F; b4 Y, g: z (4)动态范围可达100分见传输损耗小,其姆个波长的衰减比波导传输的电磁渡小二个数量级;, @. N' T! |7 D2 o: q6 y# f
(5)声波是质点振动,不涉及到电子迁移过程,在传辅过程中不受电磁波的影响,所以器件& V2 ?5 c4 c6 R P& |
的可靠性高, 抗辐射性能好。5 _& G, {/ S" h; f2 e( t0 _
SAW滤波器的发展趋势
' n5 O* C: B) ? 小型片式化 * R* n/ J, E3 j+ D' O2 g8 G
SAW滤波器的小型片式化,是移动通信和其他便携式产品提出的基本要求。为缩小SAW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LCCC(无引线陶瓷芯片载体)表面贴装;三是将不同功能的SAW滤波器封装在一起构成组合型器件以减小PCB面积,如应用于1.9GHzPCS终端60MHz带宽的双频段SAW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SAW滤波器,均装有两个滤波器。
6 t! d6 s2 [. y" R- V$ z2 [+ h 高频、宽带化/ m3 |1 x2 ^: _. Q" X
为适应电子整机高频、宽带化的要求,SAW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,SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽决定,IDT电极条愈窄,频率愈高。采用0.35μm~0.2μm级的半导体微细加工工艺,可制作出2GHz~3GHz的SAW滤波器。
$ ]& `* r: i3 q) E0 ~拓展SAW滤波器的带宽通常从优化设计IDT的电极结构入手。如将IDT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0.4μm以下的微细加工技术,就可制作出用于无线局域网(LAN)的2.5GHz梯形结构谐振式SAW滤波器,带宽达100MHz;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RF滤波,而后者具有陡削的窄带特性,可用于个人数字蜂窝(PDC)和模拟电话的中频(IF)滤波。 / S2 A4 U7 a! O( `1 G7 ]& M/ K) I
降低插入损耗 * A0 S# a7 q' Y, |9 B
早期SAW滤波器的最大缺陷是插入损耗大,一般在15dB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IDT设计,使器件的插入损耗降低到3dB~4dB,最低可达1dB。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ZnO/蓝宝石层状结构基片材料,利用这种基片材料,已制造出1.5GHzPDC用射频SAW滤波器,其插入损耗仅1.2dB。
5 `! C; t) E5 s6 X* ~ |
|