基于CMOS工藝的高性能射頻濾波器：體聲波濾波器BAW

作者：時(shí)間：2013-12-20 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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

BVD模型的阻抗特性實(shí)際上與從Mason模型得到的結(jié)果是一致的。BVD模型的基本參數(shù)有：

C諧振器靜態(tài)電容[F]
fs串聯(lián)諧振頻率[Hz]
bwr諧振器相對(duì)帶寬
Q聲學(xué)諧振品質(zhì)因子

這些基本參數(shù)可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量或?qū)ason模型的仿真方便地獲得。通過(guò)阻抗測(cè)量，可以相對(duì)容易地提取出fs 、fp和C。再用下面幾個(gè)公式可以估算出基本參數(shù)：

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

從基本參數(shù)出發(fā)，等效電路中各元件的值都可以算出。這里需要指出的是所有這些值都是緊密相關(guān)的，不可能通過(guò)單獨(dú)調(diào)整某個(gè)元件值來(lái)改善濾波器。

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}

基本參數(shù)以外的主要寄生效應(yīng)可以通過(guò)在等效電路中增加后面這些附加元件來(lái)描述：

Rs諧振器的串聯(lián)電阻[ ]
Cox底部電極－襯底電容[F]
Csub襯底－地電容[F]
Rsub襯底損耗電阻[ ]

BVD模型是設(shè)計(jì)濾波器的一種非常實(shí)用的方法，而且在諧振器工作正常的前提下，其結(jié)果與其它幾種模型相比同樣地接近實(shí)際。任何電路仿真器都可用來(lái)處理BVD模型。

BAW濾波器的當(dāng)前水平

BAW/FBAR濾波器在各種性能上全面優(yōu)于SAW濾波器。當(dāng)設(shè)法做出有效耦合系數(shù)keff2為6.5％，Q值高于500的諧振器時(shí)，這種性能上無(wú)損失的全面超越就得以實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，濾波器的插入損耗得到改進(jìn)，濾波器沿也更陡。

英飛凌公司目前實(shí)現(xiàn)的性能如下。通過(guò)優(yōu)化聲學(xué)鏡，頻率的溫度系數(shù)（TCF）可以進(jìn)一步降低到-19ppm/K，這與SAW濾波器相比性能提高了一倍。用于PCS（US-CDMA波段）的諧振器的性能指數(shù)（Q·keff2）已達(dá)94（1400·0.067）。

一般來(lái)說(shuō)，在1.8GHz的應(yīng)用中，芯片尺寸比SAW濾波器芯片至少小一倍。ESD的魯棒性也更好?？商幚淼男盘?hào)功率即使在2GHz以上也可達(dá)到3瓦，這使得BAW濾波器成為雙工器中陶瓷濾波器的理想替代品。

以下不用發(fā)布
什么是聲表面波SAW - Surface Acoustic Wave

聲表面波濾波器（surface acoustic wave）簡(jiǎn)稱(chēng)SAW 濾波器，聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波。
表面波首先由瑞利于1885 年解釋?zhuān)榻B了表面聲波的傳播模式，并在他經(jīng)典論文里預(yù)測(cè)表面聲波的屬性。以發(fā)現(xiàn)者命名，瑞利波有縱向和垂直剪切組件，可以與任何媒體接觸表面耦合。這種耦合強(qiáng)烈影響波的幅度和速度，使聲傳感器直接感應(yīng)質(zhì)量和力學(xué)性能。

什么是叉指換能器IDT - Interdigital Transducer

該理論是由布勒特凱爾開(kāi)發(fā)（Blotekjaer ET AL. 1973年），用來(lái)研究電極表面沉積于壓電彈性空間的周期系統(tǒng)- 聲表面波叉指換能器。這理論推測(cè)，外部電壓源激發(fā)了壓電彈性空間的一些電極。精確表達(dá)為互導(dǎo)納矩陣耦、合電流、和電極電位元素的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
SAW 濾波器的基本結(jié)構(gòu)，是在具有壓電特性的基片材料拋光面上，制作兩個(gè)聲電換能器- 叉指換能器(Interdigital Transducer,IDT)，分別用作發(fā)射換能器和接收換能器。發(fā)射換能器將RF 信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波，在基片表面上傳播，經(jīng)過(guò)一定的延遲后，接收換能器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

SAW 聲表器件類(lèi)型