SAW滤波器的设计课件

1、SAW滤波器一）IF滤波器1）横向滤波器2）单相单向换能器滤波器SPUDT2）谐振单相单向换能器滤波器RSPUDT3）扇形滤波器SLANTED/SPUDT4）横向耦合谐振滤波器(TCRF)二）RF滤波器1）双模滤波器(DMS/CRF/LCRF)2）梯形滤波器(Ladder Type)3）混合滤波器(Hybrid)第1页/共27页SAW滤波器一）IF滤波器第1页/共27页SAW滤波器的功能抑制干扰信号，其滤波作用第2页/共27页SAW滤波器的功能抑制干扰信号，其滤波作用第2页/共27页SAW滤波器的特点1）SAW滤波器具有体积小，重量轻，可靠性高等特点，SAW滤波器是利用叉指换能器在压电材料上激

2、发和检测SAW来实现滤波功能的，SAW速度比电磁波的慢5个数量级，一般只有几Km/s，所以SAW滤波器的体积很小。外壳：DIP3825，DIP3512，DIP2712，DIP2212，F11，TO39 SMD2409，SMD13.3*6.5 ，SMD9*7，SMD7*5，SMD5*5，SMD3.8*3.8，SMD3.0*3.0 CSP2520，CSP2016，CSP1411，CSP1109，CSP08062）电性能优越, a）损耗低，可小于1dB b）带外抑制高，可达60dB c）矩形度好，矩形系数可小于1.03 d）通带波动小 e）群时延波动小 f）相位波动小3）采用半导体平面工艺制作，便于

3、批量生产,因而成本低第3页/共27页SAW滤波器的特点1）SAW滤波器具有体积小，重量轻，可靠性SAW横向滤波器特点1)设计灵活,幅频特性和相频特性可以独立设计,理论上可于合成任意频响滤波器2)矩形度高,通带波动小,带外抑制高,群时延波动小,相位波动小3)由于换能器的双向损耗，损耗较大，一般在15dB35db4)一般用于IF滤波第4页/共27页SAW横向滤波器特点1)设计灵活,幅频特性和相频特性可以独立SAW横向滤波器设计流程1)根据指标要求选择基片材料、芯片长度、外壳大小2)将滤波器的频响移到基带或低中频3)确定一个换能器长度,用优化算法寻找其加权系数,频响的通带和阻带最好是等波动的4)确定

4、另一个换能器长度,用优化算法寻找其加权系数,算法最好是最小二乘法5 )将两换能器的加权系数序列分别与sin(x)/x函数进行卷积，然后抽样，得到两换能器的加权系数6 )若换能器采用变迹加权，则将换能器倾斜90%以上后，然后乘以孔径；若换能器采用抽指加权，则先进行抽指加权，然后乘以孔径7)计算滤波器的频响8 )采用逆付立叶变换，对滤波器频响进行补偿9)生成版图第5页/共27页SAW横向滤波器设计流程1)根据指标要求选择基片材料、芯片长换能器加权系数的设计1)设滤波器长度为L,两换能器可以一样长,每个滤波器有2n-1一个抽样,用 表示,SAW速度为vlct,则抽样时间dt=L/vlct/2/2/(

5、n-1)，将第一个抽样缩小一半,建立误差函数:其中,为目标频响,为正值加权系数，n一般取偶数第6页/共27页换能器加权系数的设计1)设滤波器长度为L,两换能器可以一样长采用优化算法,使误差函数最小,可找到加权序列第7页/共27页采用优化算法,使误差函数最小,可找到加权序列第7页/共27 用同样的方法,可以找到第二个换能器的加权序列,只是在进行优化时,是将两换能器频响的乘积进行优化,而不是单独对第二个换能器进行优化将加权系数与Sinc(x)卷积,得到时域波形信号对其进行抽样,交替乘上+1,-1,然后归一化,得到换能器的加权系数该过程就是将基带信号调制到中心频率第8页/共27页 用同样的方法,可以

6、找到第二个换能器的加权序相加起来,得换能器的时域波形第9页/共27页相加起来,得换能器的时域波形第9页/共27页设计的低通滤波器具有谐波分量,红色部分为Sinc(x)频响,是理想的低通滤波器,将加权序列与Sinc(x)卷积,将滤出谐波分量.卷积后的频响第10页/共27页设计的低通滤波器具有谐波分量,红色部分为Sinc(x)频响,调制到中心频率第11页/共27页调制到中心频率第11页/共27页由于一般采用分裂指结构,即每个周期有4根指条,则需在得到的加权序列的每个隔一数后添0,例如原先的序列:0.99,-0.93,0.90,-0.85,0.80添0后的序列a(i):0.99,0,-0.93,0,

7、0.90,0,-0.85,0,0.80,0乘以换能器孔径后,设中间开始的第一根指的坐标y(1)y(i+1)-y(i)=a(i), 这样就可得到 换能器指条的切口坐标,然后1）若采用变迹加权，将滤波器包络倾斜90%以上。2）若采用抽指加权,利用抽指加权算法对滤波器加权函数进行抽指加权第12页/共27页由于一般采用分裂指结构,即每个周期有4根指条,则需在得到的加SAW滤波器的设计2013.01第13页/共27页SAW滤波器的设计2013.01第13页/共27页滤波器结构:1)共线结构a)均匀IDT+变迹加权IDTb)抽指加权IDT+变迹加权IDTc)抽指加权IDT+抽指加权IDT2)双通道结构第1

8、4页/共27页滤波器结构:第14页/共27页均匀IDT+变迹加权IDT长度较短,一般适用于低成本滤波器,例如TV滤波器,高耦合材料由于体波的影响,带外抑制一般低于50dB第15页/共27页均匀IDT+变迹加权IDT第15页/共27页抽指加权IDT+变迹加权IDT一般制作在低耦合材料,带外抑制可达50dB以上第16页/共27页抽指加权IDT+变迹加权IDT第16页/共27页变迹加权IDT+多条耦合器(MSC)+变迹加权IDT一般制作在高耦合材料上,体波影响小,带外抑制可达60dB,全转移的多条耦合器条数第17页/共27页变迹加权IDT+多条耦合器(MSC)+变迹加权IDT第17页滤波器的分析第1

9、8页/共27页滤波器的分析第18页/共27页若其中:第19页/共27页若其中:第19页/共27页滤波器导纳的计算将换能器的结构传换成脉冲序列,相邻指条的切口坐标相减,看成脉冲强度,脉冲位置位于两指条之间第20页/共27页滤波器导纳的计算将换能器的结构传换成脉冲序列,第20页/共2为第i个脉冲与第j个脉冲的重叠长度为第i个脉冲的水平方向的位置为第j个脉冲的水平方向的位置SAW速度为频率因之,与材料有关为Legrandre函数为换能器2的静电容为换能器1的静电容第21页/共27页为第i个脉冲与第j个脉冲的重叠长度为第i个脉冲的水平方向的位第i根电极上的电压1v在第j根电极上的电荷：电容的计算第22页/共27页第i根电极上的电压1v在第j根电极上的电荷：电容的计算第22换能器的静电容：i,j对连接到火线汇流条上的电极求和为第i根电极与第j根电极的有效重叠长度第23页/共27页换能器的静电容：i,j对连接到火线汇流条上的电极求和为第i根1)计算误差函数,将分析计算的频响与理想的德尔塔模型频响相减,可得误差频响2)将误差函数除以一个换能器的频响3)进行逆付立叶变换4)将逆付立叶变换的结构加上第二个换能器的脉冲序列5)将脉冲序列转换成指条结构滤波器的补偿第24页/共27页1)计算误差函数,将分析计算的频响与理想的德尔塔模型频响相减1)根据指标要求,选择压电材料和滤波器结构(包括长度,孔径