聲表面波基礎(chǔ)知識(shí)

聲表面波基礎(chǔ)知識(shí)聲表面波基本原理聲表面波器件的種類(lèi)聲表面波濾波器的種類(lèi)工藝對(duì)聲表面波產(chǎn)品性能的影響什么是聲表面波聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波聲表面波的英文縮寫(xiě)為SAWSurfaceAcousticWave表面的_聲的_波聲表面波的傳播速度比電磁波慢十萬(wàn)倍，能使電子器件實(shí)現(xiàn)超小型化和多功能化。聲表面波原理什么是聲波神州七號(hào)飛船上，宇航員出倉(cāng)時(shí)，可以相互看見(jiàn)，但不能相互“喊話”通過(guò)飛船上的攝象頭，可以看到宇航員出倉(cāng)的情景，太空日落太空上美麗的，但是“寂靜”的光波可以在真空中傳播，聲波必須通過(guò)介質(zhì)傳播通過(guò)物體震動(dòng)傳播的波——聲波1885年，瑞利根據(jù)對(duì)地震波的研究，從理論上闡明了在各向同性固體表面上彈性波的特性。六十年代，由于半導(dǎo)體平面工藝以及激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量人造壓電材料為聲表面波技術(shù)的發(fā)展提供了必要的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)1965年，懷特（R.M.white）和沃爾特默（F.W.voltmer）發(fā)明了叉指換能器”，從而取得了聲表面波技術(shù)的關(guān)鍵性突破。聲表面波器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.聲表面波濾波器基本原理

聲表面波是一種沿物體表面?zhèn)鬏數(shù)膹椥圆ǎ谖矬w表面幅度最大，在晶體內(nèi)部，隨著深度的增加，迅速衰減。所以，當(dāng)聲表面波的傳輸介質(zhì)的厚度達(dá)到4~5λ時(shí)，我們可以把它看作為“半無(wú)限”的，即可以看成是“無(wú)限厚”的表面幅度最大內(nèi)部很快衰減圖1[用光學(xué)法觀測(cè)到壓電晶體表面的聲表面波傳播]這是用不同的方法觀測(cè)到的聲表面波。叉指換能器（IDT）是激發(fā)和接收聲表面波的最基本的單元，它是由金屬指條（通常是鋁）交叉地連接到兩根匯流條構(gòu)成的。它類(lèi)似于人的雙手的手指叉開(kāi)后交叉在一起在具有壓電特性的基片上制作的叉指換能器，兩根匯流條上加不同的電位，在指條間就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和形變，相反如果在叉指換能器的指條之間存在應(yīng)力或形變，那么叉指間就會(huì)產(chǎn)生電壓。聲表面波器件的種類(lèi)諧振器最基本的單元是一個(gè)叉指換能器，兩邊排列開(kāi)路或者短路的反射柵與體波晶體諧振器相比，其基頻高（可達(dá)到GHz），并可抗振動(dòng)帶通濾波器一對(duì)叉指換能器就可以組成最基本的帶通濾波器帶通濾波器的種類(lèi)很多，是聲表面波的主要應(yīng)用之一延遲線由于聲表面波的速度比電磁波的速度約小5個(gè)數(shù)量級(jí)，因而1000米的電纜所構(gòu)成的電延遲線,只需用1厘米壓電晶體脈沖壓縮濾波器。又稱(chēng)色散延遲線可以將一個(gè)δ脈沖展寬，或者將展寬的信號(hào)壓縮，解決信號(hào)探測(cè)的距離與分辨率的矛盾卷積器聲表面波非線形效應(yīng)的很好應(yīng)用。聲表面波的新的應(yīng)用領(lǐng)域標(biāo)簽與IC的RFID相比，具有無(wú)源，沒(méi)有功耗，探測(cè)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)聲表馬達(dá)完全不同于傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)，在極微小的領(lǐng)域運(yùn)用。聲表面波諧振器聲表面波諧振器的基本結(jié)構(gòu)是在叉指換能器的兩邊各放置一組由不連續(xù)周期結(jié)構(gòu)(如表面溝槽或金屬條帶)的反射柵陣.它的工作原理是當(dāng)叉指換能器激勵(lì)的聲表面波向兩邊傳輸時(shí),在反射柵陣中逐步被反射,反射信號(hào)在反射柵陣的同步頻率附近有同相點(diǎn)（諧振頻率）和反相點(diǎn)（反諧振頻率）由于聲表面波諧振器的諧振頻率取決于反射柵的周期，所以隨著平面工藝的發(fā)展，諧振頻率可以做得很高。由于石英晶體的溫度穩(wěn)定性好,所以,聲表面波諧振器基本上都是用石英晶體作壓電基片.聲表面波濾波器通常由兩個(gè)叉指換能器（IDT）構(gòu)成，一個(gè)作為輸入換能器（激發(fā)聲表面波），另一個(gè)作為輸出換能器（接收聲表面波）。用作聲表面波濾波器的最常用的材料是具有壓電性能的鈮酸鋰（LN）、鉭酸鋰（LT）、石英、鍺酸鉍（BGO）和四硼酸鋰（LBO）等單晶片，也可以由壓電陶瓷作為基片。一般在晶片的兩端還涂有吸聲材料，以吸收端面反射的聲表面波。匯流條金屬電極聲表面波濾波器(a)Basicbandpassfilterusingoneapodizedtransducerandoneunapodizedtransducer.(b)Correspondingimpulseresponse如果改變IDT指條的長(zhǎng)度，那么連接不同匯流條的相鄰指條的重疊長(zhǎng)度也發(fā)生改變，稱(chēng)為對(duì)叉指換能器的加權(quán)。采用不同的加權(quán)方式就能得到不同的聲表面波濾波器的特性。電視中頻濾波器是聲表面波濾波器中最經(jīng)典，最具特色的濾波器之一，一般是由一個(gè)等指長(zhǎng)的寬帶換能器和一個(gè)加權(quán)換能器組成。這種濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)加權(quán)換能器，也就是說(shuō)關(guān)鍵是指條的重疊區(qū)域（包絡(luò)線以內(nèi)的部分）不同的指條長(zhǎng)度指條的重疊區(qū)域這是加權(quán)的關(guān)鍵加權(quán)換能器等指長(zhǎng)寬帶換能器這種改變指條長(zhǎng)度的加權(quán)方式稱(chēng)為切指加權(quán)。這樣的加權(quán)換能器也稱(chēng)切指加權(quán)換能器。聲表面波濾波器的頻率特性與加權(quán)換能器重疊區(qū)域的形狀存在傅立葉變換關(guān)系。叉指換能器的帶寬與它在時(shí)域上的長(zhǎng)度（指對(duì)數(shù)）成反比（如右圖所示）。等指長(zhǎng)寬帶換能器：指對(duì)數(shù)越多，兩個(gè)吸收點(diǎn)之間的帶寬越窄，阻帶抑制13.6dB加權(quán)換能器：主瓣（中間部分）指對(duì)數(shù)越多，帶寬越窄，總的指對(duì)數(shù)越多，矩形系數(shù)越好。聲表面波濾波器的種類(lèi)根據(jù)聲表面波濾波器設(shè)計(jì)方法的不同，將聲表面波濾波器分為橫向?yàn)V波器，縱向耦合濾波器，T-型濾波器等。不同的使用要求（技術(shù)指標(biāo)）決定了聲表面波濾波器的設(shè)計(jì)方法下面簡(jiǎn)單列舉一些聲表面波濾波器多條耦合器類(lèi)高矩形系數(shù)寬帶濾波器切指加全換能器的特點(diǎn)是加權(quán)靈活，精度高，缺點(diǎn)是由于指條長(zhǎng)度的不等的，為了使發(fā)射換能器的信號(hào)能夠都被接收換能器有效接收，接收換能器的指條長(zhǎng)度一般情況下都要大于或等于發(fā)射換能器的聲孔徑，所以，通常情況下，一個(gè)換能器采用切指加權(quán)，而另一個(gè)換能器采用等指長(zhǎng)的寬帶換能器（非加權(quán)）。為了提高濾波器的矩形系數(shù)和阻帶抑制，需要將兩個(gè)換能器都進(jìn)行加權(quán)。多條耦合器能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。多條耦合器是有很多周期排列的金屬條組成的，它能將聲表面波從一個(gè)傳輸路徑耦合到另一個(gè)路徑，而其他模式的波不能耦合，所以對(duì)體波具有很好的抑制作用。斜叉指SPUDT聲表面波濾波器對(duì)于插入損耗要求小（8~10dB)，相對(duì)帶寬較大的濾波,采用這種設(shè)計(jì)方式。它是通過(guò)換能器指條寬度的變化，實(shí)現(xiàn)換能器的單向性，從而實(shí)現(xiàn)較低的插入損耗R-SPUDT這是充分利用數(shù)字技術(shù)對(duì)SPUDT的一種改進(jìn)和發(fā)展，通過(guò)對(duì)換能器進(jìn)行各種方法的綜合加權(quán)，實(shí)現(xiàn)各種低插損，高性能的濾波器縱向耦合濾波器這是低插損聲表面波濾波器的一個(gè)典型的設(shè)計(jì)方法，我公司很多的高頻濾波器采用這種設(shè)計(jì)方法。T-型濾波器T-型濾波器是傳統(tǒng)的LC濾波器與聲表面技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品，將不同電學(xué)參數(shù)的聲表面諧振器進(jìn)行串并連接，實(shí)現(xiàn)所需要的濾波器特性T-型濾波器的一個(gè)特點(diǎn)是功率承受能力比較大。聲表面波電視中頻濾波器聲表面波電視中頻濾波器不僅是我們公司最主要的產(chǎn)品，它也是最經(jīng)典的聲表面波濾波器之一，它是聲表面波濾波器在民用產(chǎn)品上得到大規(guī)模使用的第一個(gè)事例。典型的電視中頻濾波器是由一個(gè)切指加權(quán)換能器和一個(gè)寬帶換能器構(gòu)成。隨著電視技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種多樣的應(yīng)用。TheoutlinesketchoftwoinputIDT’sIDTofEX6874DIDTofSHOULDERBF36A8Dc4-1.BF36A8DcVSX6874DCompareBF36A8DcwithEX6874DGroupdelayFrequencyresponse4-2.VF389A1DcVSK3953DInputIDTofEK3953DInputIDTofSHOULDERVF389A1DcTheoutlinesketchoftwoinputIDT’sCompareVF389A1DcwithEK3953DFrequencyresponseGroupdelay6.SHOULDER’sdesignprincipleofadualchannelfilterStep1,makeanarrowbandfilterStep2,makeadifferentialfilterStep3,narrowbandfilter+differentialfilterStep4,haveawidebandfilterTheoutlinesketchofBF36A9Dc’sinputIDT’sInputIDTofSHOULDERBF36A9DcCompareBF36A9DcwithEX7253DCH1GroupdelayFrequencyresponseBF36A9Dc&theoryresultCompareBF36A9DcwithEX7253DCH2GroupdelayFrequencyresponseBF36A9Dc&theoryresult7-2.AF389A13DcVSK9653DIDTofEK9653DIDTofSHOULDERAF389A13DcCompareAF389A13DcwithEK9653DCH1CH2TheoutlinesketchofMIF389A6Dc’sinputIDT’sIDTofEMIF389A6DcCompareMIF389A6DcwithEK7268DCH1GroupdelayFrequencyresponseCH2GroupdelayFrequencyresponseCompareMIF389A6DcwithEK7268DMIF389A1Dc這是另一種雙通道濾波器的設(shè)計(jì)方式QSF45A7DcQSF系列聲表面濾波器的特點(diǎn)是一個(gè)伴音和一個(gè)圖象通道是同時(shí)工作的，實(shí)際上一個(gè)新片上有兩個(gè)濾波器同時(shí)公司，所以兩個(gè)濾波器之間的隔離尤為重要好達(dá)電子電視中頻濾波器的分類(lèi)數(shù)字產(chǎn)品:BF系列主要產(chǎn)品有BF36A1Dc,BF36A5Dc,BF43A7Dc等模擬產(chǎn)品內(nèi)載波,IF系列主要產(chǎn)品有IF389B1M,IF45A1Dc等圖像,VF系列主要產(chǎn)品有VF389A1Dc,VF45A5Dc,VF58A1Dc等伴音,AF系列主要產(chǎn)品有AF389A14Dc,AF45A3Dc,AF58A1Dc等雙通道,MIF,MVF系列主要產(chǎn)品有MIF389A1Dc,MVF38A2Dc等準(zhǔn)分離,QSF系列主要產(chǎn)品有QSF389A2Dc,QSF45A2Dc等SAW

多媒體用的中頻濾波器1.1內(nèi)載波濾波器的典型特性曲線SHOULDER以IF389A1M為例SAW

多媒體用的中頻濾波器1.2內(nèi)載波濾波器的典型規(guī)格型號(hào)SHOULDER型號(hào)制式型號(hào)制式IF38B1MPAL-D/K,I,B/GIF45A7MNTSC-MIF389B1MPAL-D/K,I,B/GIF45A11MIF389A9MPAL-B/GIF45A20PMIF389A5MPAL/NTSCIF58A1DNTSC-NMIF389A7MIF58A2DSAW

多媒體用的中頻濾波器模擬電視2.伴音濾波器伴音濾波器是SAW在電視機(jī)中專(zhuān)門(mén)用于伴音濾波的。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)圖像和伴音準(zhǔn)分離，可以提高伴音質(zhì)量，方便在不同制式間切換（如PAL/NTSC，SECAML/L’），適合于大屏幕，高清晰度電視機(jī)。缺點(diǎn)：需要兩個(gè)SAW分別對(duì)圖像和伴音濾波，增加成本。好達(dá)SAWComponents

以AF開(kāi)頭的為伴音濾波器，其中包含單/雙通道濾波器。SHOULDERSAW

多媒體用的中頻濾波器2.1伴音濾波器典型特性曲線以AF389A14Dc為例SHOULDERSAW

多媒體用的中頻濾波器2.2伴音濾波器的典型規(guī)格型號(hào)SHOULDER型號(hào)制式型號(hào)制式AF389A2DD/K,I,B/G，L/L’AF38A2DD/K,I,B/G，MAF389A14DAF389A17DAF38A7DD/K,I,B/G，MAF45A1DMAF389A13DAF58A1DNSAW

多媒體用的中頻濾波器模擬電視3.圖像濾波器圖像濾波器是SAW在電視機(jī)中專(zhuān)門(mén)用于圖像濾波的。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)圖像和伴音準(zhǔn)分離，可以提高圖像質(zhì)量，方便在不同制式間切換（如PAL/NTSC，SECAML/L’），適合于大屏幕，高清晰度電視機(jī)。缺點(diǎn)：需要兩個(gè)SAW分別對(duì)圖像和伴音濾波，增加成本。好達(dá)SAWComponents

以VF，MVF開(kāi)頭的為圖像濾波器，其中MVF開(kāi)頭為雙通道濾波器。SHOULDERSAW

多媒體用的中頻濾波器3.1圖像濾波器典型特性曲線SHOULDER以VF389A1D為例SAW

多媒體用的中頻濾波器3.2圖像濾波器的典型規(guī)格型號(hào)SHOULDER型號(hào)制式型號(hào)制式VF38A3DPALMVF38A2DPAL，NTSCVF38A4DMVF38A4DVF389A1DPALVF45A3DNTSCVF389A6DVF58A1DSAW

多媒體用的中頻濾波器數(shù)字電視帶通濾波器此類(lèi)濾波器是專(zhuān)門(mén)用于數(shù)字電視和機(jī)頂盒的SAW濾波器。特點(diǎn)：原來(lái)PAL/SECAM的地區(qū)，一般采用36（36.125）MHz，帶寬7MHz或8MHz。 原來(lái)NTSC的地區(qū)，一般采用44（43.75）MHz，帶寬6MHz，以及57MHz，帶寬6MHz。好達(dá)SAWComponents

以BF開(kāi)頭的濾波器中，以上頻率及帶寬的濾波器，包含雙通道濾波器。SHOULDERSAW

多媒體用的中頻濾波器數(shù)字電視帶通濾波器SHOULDER以BF36A1D為例SAW

多媒體用的中頻濾波器數(shù)字電視帶通濾波器的典型規(guī)格型號(hào)SHOULDER型號(hào)帶寬型號(hào)帶寬BF36A1D8.0MHzBF43A1D6.0MHzBF36A2DBF43A7DBF36A5D8.0／７.0MHzBF44A1D6.0MHzBF36A11DBF44A10DSAW

多媒體用的中頻濾波器數(shù)字廣播（DAB）帶通濾波器此類(lèi)濾波器是專(zhuān)門(mén)用于數(shù)字收音機(jī)的SAW濾波器。特點(diǎn)：中心頻率38.9MHz，帶寬1.52MHz

好達(dá)SAWComponents以BF389A1D2，BF389A1S，為此類(lèi)濾波器。SHOULDERSAW

多媒體用的中頻濾波器數(shù)字廣播（DAB）帶通濾波器

BF389A1D2特性曲線SHOULDERSAW

聲表面波原理SHOULDER名詞解釋?zhuān)?。3dB帶寬：從參考點(diǎn)下降3dB測(cè)得的帶寬。見(jiàn)（1）2。中心頻率：3dB帶寬的中心，即：Fc=（Fl+Fu）/2見(jiàn)（2）3。插入損耗：測(cè)試時(shí)將濾波器輸入端直接跨接到輸出時(shí)的電平設(shè)為0dB,接入濾波器后參考點(diǎn)或最大輸出點(diǎn)的損耗為濾波器的插入損耗。見(jiàn)（3）4。通帶波動(dòng)：通帶內(nèi)所有波動(dòng)中取最大一個(gè)，即：R=MAX（R1,R2,…Rn)5。阻帶：通帶以外規(guī)定頻率范圍內(nèi)的輸出最大點(diǎn)。SAW

聲表面波原理SHOULDER名詞解釋?zhuān)?。群延遲時(shí)間：不同頻率的聲波從輸入換能器到輸出換能器所需的時(shí)間，理論上不同頻率的聲波群延遲時(shí)間應(yīng)該是相同的，我們說(shuō)濾波器的相位是線性的。但實(shí)際上不同頻率的群延遲時(shí)間可能有些差異，這種不同習(xí)慣上稱(chēng)為相位的色散或相位的非線性失真。7。群延時(shí)波動(dòng)：不同頻率之間相位非線性失真的差異。群延時(shí)波動(dòng)SAW

聲表面波原理SHOULDER名詞解釋?zhuān)?。三次行程（TTE）：聲波從輸入換能器到輸出換能器，一部分轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，另一部分被反射回輸入換能器，之后又反射到輸出換能器，這樣它比正常信號(hào)多走了兩個(gè)行程。在時(shí)域上三次行程表現(xiàn)在主峰后兩倍的時(shí)間延遲上。9。直通信號(hào)：聲波從輸入換能器到輸出換能器需要一定的時(shí)間（群延遲時(shí)間），但一部分信號(hào)通過(guò)電磁耦合，直接從輸入端耦合到輸出端，稱(chēng)為直通信號(hào)。相對(duì)于聲波來(lái)說(shuō)，電磁耦合幾乎不需要時(shí)間。三次行程直通信號(hào)主信號(hào)群延時(shí)波動(dòng)SAW

聲表面波原理ItemFreqmintypmaxInsertionattenuationReferencelevel36.50MHz14.116.118.1dBRelativeattenuation38.00MHz3.95.46.9dB33.57MHz-0.41.12.6dB31.50MHz40.050.0-dB32.50MHz30.045.0-dB30.00MHz42.052.0-dB31.00MHz40.052.0-dB39.50MHz41.051.0-dBSidelobe25.00~30.00MHz38.045.0dB39.50~45.00MHz34.040.0dBReflectedwavesignalsuppression1.3us…6.0usaftermainpulse(testpulse250ns,carrierfrequency36.50MHz)40.050.0dBFeedthroughsignalsuppression1.2us…6.0usbeforemainpulse(testpulse250ns,carrierfrequency36.50MHz)40.052.0dBGroupdelaypredistortion(referencefrequency38.00MHz)36.00MHz33.57MHz-1000nsnsTemperaturecoefficient-72ppm/k解讀規(guī)格書(shū)MVF38A3D（PAL）插入損耗，參考電平圖像中頻：Fp色副載波：FcD/K制伴音：Fs1B/G制伴音：Fs2+8MHz吸收點(diǎn)：Fap1+7MHz吸收點(diǎn)：Fap2-1.5MHz吸收點(diǎn)：Fas底端阻帶高端阻帶三次回波直通信號(hào)溫度系數(shù)SHOULDERSAW

成都芯通3G聲表面波濾波器ItemRequirementUnitMin.Typical.Max.IFcenterFrequencyf0(25°C)95.99696.1MHzInsertionlossinpassband2526dBPassbandwidthinMHz:αmin≤1dB,B1dB4.84.95.1MHzPassbandAmplituderipple(96±2.24MHz)0.50.8dBPassbandAmplituderipple(withinany1.28MHzbandwidth)0.30.5dBPassbandGroupdelayripple(96±2.24MHz)5080nsAbsoluteDelay1.61.8usRelativeattenuation(relativetoαmin)αrel96-3.84MHz∽96-5.44MHz96+3.84MHz∽96+5.44MHz33—dBother43—dBOperatingTemperature(°C)-40+75°CStorageTemperature(°C)-65+150°CHDF96BD5插入損耗中心頻率1dB帶寬96±2.24MHz內(nèi)波動(dòng)任意