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基于CMOS工艺的高性能射频滤波器:体声波滤波器BAW

作者:时间:2013-12-20来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/259612.htm

BVD模型的阻抗特性实际上与从Mason模型得到的结果是一致的。BVD模型的基本参数有:

C谐振器静态电容[F]
fs串联谐振频率[Hz]
bwr谐振器相对带宽
Q声学谐振品质因子

这些基本参数可以通过实际测量或对Mason模型的仿真方便地获得。通过阻抗测量,可以相对容易地提取出fs 、fp和C。再用下面几个公式可以估算出基本参数:

bwr=\frac{f_{p}-f_{s}}{f_{s}}
C=\frac{-1}{f·2 ·Im(Z)_{f Q=\frac{f}{2} \frac{ z}{ f}

从基本参数出发,等效电路中各元件的值都可以算出。这里需要指出的是所有这些值都是紧密相关的,不可能通过单独调整某个元件值来改善滤波器。

Ca=C·2·bwr
C_{0}=\frac{C·2}{2+bwr}
L_{a}=\frac{1}{(2 ·f_{s})^{2}C_{a}}
R_{a}=\frac{2 f_{s}·L_{a}}{Q}

基本参数以外的主要寄生效应可以通过在等效电路中增加后面这些附加元件来描述:

Rs谐振器的串联电阻[ ]
Cox底部电极-衬底电容[F]
Csub衬底-地电容[F]
Rsub衬底损耗电阻[ ]

BVD模型是设计滤波器的一种非常实用的方法,而且在谐振器工作正常的前提下,其结果与其它几种模型相比同样地接近实际。任何电路仿真器都可用来处理BVD模型。

滤波器的当前水平

/FBAR滤波器在各种性能上全面优于SAW滤波器。当设法做出有效耦合系数keff2为6.5%,Q值高于500的谐振器时,这种性能上无损失的全面超越就得以实现。在此基础上,滤波器的插入损耗得到改进,滤波器沿也更陡。

英飞凌公司目前实现的性能如下。通过优化声学镜,频率的温度系数(TCF)可以进一步降低到-19ppm/K,这与SAW滤波器相比性能提高了一倍。用于PCS(US-CDMA波段)的谐振器的性能指数(Q·keff2)已达94(1400·0.067)。

一般来说,在1.8GHz的应用中,芯片尺寸比SAW滤波器芯片至少小一倍。ESD的鲁棒性也更好。可处理的信号功率即使在2GHz以上也可达到3瓦,这使得滤波器成为双工器中陶瓷滤波器的理想替代品。

以下不用发布
什么是声SAW - Surface Acoustic Wave

  • 滤波器(surface acoustic wave)简称SAW 滤波器,声是沿物体表面传播的一种弹性波。
  • 表面波首先由瑞利于1885 年解释,介绍了表面声波的传播模式,并在他经典论文里预测表面声波的属性。以发现者命名,瑞利波有纵向和垂直剪切组件,可以与任何媒体接触表面耦合。这种耦合强烈影响波的幅度和速度,使声传感器直接感应质量和力学性能。
什么是叉指换能器IDT - Interdigital Transducer
  • 该 理论是由布勒特凯尔开发(Blotekjaer ET AL. 1973年),用来研究电极表面沉积于压电弹性空间的周期系统- 声表面波叉指换能器。这理论推测,外部电压源激发了压电弹性空间的一些电极。精确表达为互导纳矩阵耦、合电流、和电极电位元素的数值模拟和实验结果。
  • 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。发射换能器将RF 信号转换为声表面波,在基片表面上传播,经过一定的延迟后,接收换能器将声信号转换为电信号输出。
SAW 声表器件类型
  • Precision - 双向,高损耗Bidirectional, High Loss。
  • SPUDT - 单相单向换能器Single Phase Unidirectional Transducer。
  • TCRF - 横向耦合谐振滤波器Transversely-Coupled Resonator filter。
  • LCRF - 纵向耦合谐振滤波器Longitudinally-Coupled Resonator Filter。
  • SFIT - 倾斜梳式叉指换能器Slanted Finger Interdigital Transducer。
  • IEF - 阻抗元件过滤器Impedance Element Filter。

声表面波典型应用

  • SONET - 同步光纤网络Synchronous Optical Network。
  • DECT - 欧洲数字无绳电话Digital European Cordless Telephone。
  • GSM - 全球移动通信系统Global System for Mobile Communications。
  • VCO - 压控振荡器Voltage Controlled Oscillator。
  • PCS - 个人通信系统Personal Communication System。
  • IF - 中频滤波器Intermediate Frequency Filter。
  • RF - 无线电频率滤波器Radio Frequency Filter。
  • 3G- 第三代移动通信系统Third Generation Systems。
  • PCN - 个人通信网络Personal Communications Network。
  • PHS - 个人手持电话系统Personal Handyphone System。
  • CDMA - 码分多址联接方式Code Division Multiple Access。
  • SCDMA - 同步码分多址接入Synchronous Code Division Multiple Access。
  • VOFDM - 矢量正交频分复用Vector Orthogonal Frequency Division Multiplexing。
  • TDMA - 分时多路访问Time Division Multiple Access。
  • EGSM - 扩展的全球移动Extended Global System for Mobile。
  • AMPS - 高级移动电话系统Advanced Mobile Phone System。
  • GSM - 全球移动通信系统Global System for Mobile Communications。
  • SDH - 同步数字体系Synchronous Digital Hierarchy。
  • DCS - 数字通信系统Digital Communications System。
  • PDC - 个人数字蜂窝电话Personal Digital Cellular

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关键词: CMOS 射频滤波器 体声波滤波器 BAW 表面波 压电层
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