声表面波基础知识

声表面波基础知识声表面波基本原理声表面波器件的种类声表面波滤波器的种类工艺对声表面波产品性能的影响什么是声表面波声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波声表面波的英文缩写为SAWSurfaceAcousticWave表面的_声的_波声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，能使电子器件实现超小型化和多功能化。声表面波原理什么是声波神州七号飞船上，宇航员出仓时，可以相互看见，但不能相互“喊话”通过飞船上的摄象头，可以看到宇航员出仓的情景，太空日落太空上美丽的，但是“寂静”的光波可以在真空中传播，声波必须通过介质传播通过物体震动传播的波——声波1885年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础1965年，怀特（R.M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer）发明了叉指换能器”，从而取得了声表面波技术的关键性突破。声表面波器件的基本结构和工作原理1.声表面波滤波器基本原理

声表面波是一种沿物体表面传输的弹性波，在物体表面幅度最大，在晶体内部，随着深度的增加，迅速衰减。所以，当声表面波的传输介质的厚度达到4~5λ时，我们可以把它看作为“半无限”的，即可以看成是“无限厚”的表面幅度最大内部很快衰减图1[用光学法观测到压电晶体表面的声表面波传播]这是用不同的方法观测到的声表面波。叉指换能器（IDT）是激发和接收声表面波的最基本的单元，它是由金属指条（通常是铝）交叉地连接到两根汇流条构成的。它类似于人的双手的手指叉开后交叉在一起在具有压电特性的基片上制作的叉指换能器，两根汇流条上加不同的电位，在指条间就会产生应力和形变，相反如果在叉指换能器的指条之间存在应力或形变，那么叉指间就会产生电压。声表面波器件的种类谐振器最基本的单元是一个叉指换能器，两边排列开路或者短路的反射栅与体波晶体谐振器相比，其基频高（可达到GHz），并可抗振动带通滤波器一对叉指换能器就可以组成最基本的带通滤波器带通滤波器的种类很多，是声表面波的主要应用之一延迟线由于声表面波的速度比电磁波的速度约小5个数量级，因而1000米的电缆所构成的电延迟线,只需用1厘米压电晶体脉冲压缩滤波器。又称色散延迟线可以将一个δ脉冲展宽，或者将展宽的信号压缩，解决信号探测的距离与分辨率的矛盾卷积器声表面波非线形效应的很好应用。声表面波的新的应用领域标签与IC的RFID相比，具有无源，没有功耗，探测距离远等特点声表马达完全不同于传统的电磁驱动，在极微小的领域运用。声表面波谐振器声表面波谐振器的基本结构是在叉指换能器的两边各放置一组由不连续周期结构(如表面沟槽或金属条带)的反射栅阵.它的工作原理是当叉指换能器激励的声表面波向两边传输时,在反射栅阵中逐步被反射,反射信号在反射栅阵的同步频率附近有同相点（谐振频率）和反相点（反谐振频率）由于声表面波谐振器的谐振频率取决于反射栅的周期，所以随着平面工艺的发展，谐振频率可以做得很高。由于石英晶体的温度稳定性好,所以,声表面波谐振器基本上都是用石英晶体作压电基片.声表面波滤波器通常由两个叉指换能器（IDT）构成，一个作为输入换能器（激发声表面波），另一个作为输出换能器（接收声表面波）。用作声表面波滤波器的最常用的材料是具有压电性能的铌酸锂（LN）、钽酸锂（LT）、石英、锗酸铋（BGO）和四硼酸锂（LBO）等单晶片，也可以由压电陶瓷作为基片。一般在晶片的两端还涂有吸声材料，以吸收端面反射的声表面波。汇流条金属电极声表面波滤波器(a)Basicbandpassfilterusingoneapodizedtransducerandoneunapodizedtransducer.(b)Correspondingimpulseresponse如果改变IDT指条的长度，那么连接不同汇流条的相邻指条的重叠长度也发生改变，称为对叉指换能器的加权。采用不同的加权方式就能得到不同的声表面波滤波器的特性。电视中频滤波器是声表面波滤波器中最经典，最具特色的滤波器之一，一般是由一个等指长的宽带换能器和一个加权换能器组成。这种滤波器设计的关键是设计加权换能器，也就是说关键是指条的重叠区域（包络线以内的部分）不同的指条长度指条的重叠区域这是加权的关键加权换能器等指长宽带换能器这种改变指条长度的加权方式称为切指加权。这样的加权换能器也称切指加权换能器。声表面波滤波器的频率特性与加权换能器重叠区域的形状存在傅立叶变换关系。叉指换能器的带宽与它在时域上的长度（指对数）成反比（如右图所示）。等指长宽带换能器：指对数越多，两个吸收点之间的带宽越窄，阻带抑制13.6dB加权换能器：主瓣（中间部分）指对数越多，带宽越窄，总的指对数越多，矩形系数越好。声表面波滤波器的种类根据声表面波滤波器设计方法的不同，将声表面波滤波器分为横向滤波器，纵向耦合滤波器，T-型滤波器等。不同的使用要求（技术指标）决定了声表面波滤波器的设计方法下面简单列举一些声表面波滤波器多条耦合器类高矩形系数宽带滤波器切指加全换能器的特点是加权灵活，精度高，缺点是由于指条长度的不等的，为了使发射换能器的信号能够都被接收换能器有效接收，接收换能器的指条长度一般情况下都要大于或等于发射换能器的声孔径，所以，通常情况下，一个换能器采用切指加权，而另一个换能器采用等指长的宽带换能器（非加权）。为了提高滤波器的矩形系数和阻带抑制，需要将两个换能器都进行加权。多条耦合器能很好地解决这个问题。多条耦合器是有很多周期排列的金属条组成的，它能将声表面波从一个传输路径耦合到另一个路径，而其他模式的波不能耦合，所以对体波具有很好的抑制作用。斜叉指SPUDT声表面波滤波器对于插入损耗要求小（8~10dB)，相对带宽较大的滤波,采用这种设计方式。它是通过换能器指条宽度的变化，实现换能器的单向性，从而实现较低的插入损耗R-SPUDT这是充分利用数字技术对SPUDT的一种改进和发展，通过对换能器进行各种方法的综合加权，实现各种低插损，高性能的滤波器纵向耦合滤波器这是低插损声表面波滤波器的一个典型的设计方法，我公司很多的高频滤波器采用这种设计方法。T-型滤波器T-型滤波器是传统的LC滤波器与声表面技术相结合的产品，将不同电学参数的声表面谐振器进行串并连接，实现所需要的滤波器特性T-型滤波器的一个特点是功率承受能力比较大。声表面波电视中频滤波器声表面波电视中频滤波器不仅是我们公司最主要的产品，它也是最经典的声表面波滤波器之一，它是声表面波滤波器在民用产品上得到大规模使用的第一个事例。典型的电视中频滤波器是由一个切指加权换能器和一个宽带换能器构成。随着电视技术的发展，产生了多种多样的应用。TheoutlinesketchoftwoinputIDT’sIDTofEX6874DIDTofSHOULDERBF36A8Dc4-1.BF36A8DcVSX6874DCompareBF36A8DcwithEX6874DGroupdelayFrequencyresponse4-2.VF389A1DcVSK3953DInputIDTofEK3953DInputIDTofSHOULDERVF389A1DcTheoutlinesketchoftwoinputIDT’sCompareVF389A1DcwithEK3953DFrequencyresponseGroupdelay6.SHOULDER’sdesignprincipleofadualchannelfilterStep1,makeanarrowbandfilterStep2,makeadifferentialfilterStep3,narrowbandfilter+differentialfilterStep4,haveawidebandfilterTheoutlinesketchofBF36A9Dc’sinputIDT’sInputIDTofSHOULDERBF36A9DcCompareBF36A9DcwithEX7253DCH1GroupdelayFrequencyresponseBF36A9Dc&theoryresultCompareBF36A9DcwithEX7253DCH2GroupdelayFrequencyresponseBF36A9Dc&theoryresult7-2.AF389A13DcVSK9653DIDTofEK9653DIDTofSHOULDERAF389A13DcCompareAF389A13DcwithEK9653DCH1CH2TheoutlinesketchofMIF389A6Dc’sinputIDT’sIDTofEMIF389A6DcCompareMIF389A6DcwithEK7268DCH1GroupdelayFrequencyresponseCH2GroupdelayFrequencyresponseCompareMIF389A6DcwithEK7268DMIF389A1Dc这是另一种双通道滤波器的设计方式QSF45A7DcQSF系列声表面滤波器的特点是一个伴音和一个图象通道是同时工作的，实际上一个新片上有两个滤波器同时公司，所以两个滤波器之间的隔离尤为重要好达电子电视中频滤波器的分类数字产品:BF系列主要产品有BF36A1Dc,BF36A5Dc,BF43A7Dc等模拟产品内载波,IF系列主要产品有IF389B1M,IF45A1Dc等图像,VF系列主要产品有VF389A1Dc,VF45A5Dc,VF58A1Dc等伴音,AF系列主要产品有AF389A14Dc,AF45A3Dc,AF58A1Dc等双通道,MIF,MVF系列主要产品有MIF389A1Dc,MVF38A2Dc等准分离,QSF系列主要产品有QSF389A2Dc,QSF45A2Dc等SAW

多媒体用的中频滤波器1.1内载波滤波器的典型特性曲线SHOULDER以IF389A1M为例SAW

多媒体用的中频滤波器1.2内载波滤波器的典型规格型号SHOULDER型号制式型号制式IF38B1MPAL-D/K,I,B/GIF45A7MNTSC-MIF389B1MPAL-D/K,I,B/GIF45A11MIF389A9MPAL-B/GIF45A20PMIF389A5MPAL/NTSCIF58A1DNTSC-NMIF389A7MIF58A2DSAW

多媒体用的中频滤波器模拟电视2.伴音滤波器伴音滤波器是SAW在电视机中专门用于伴音滤波的。优点：实现图像和伴音准分离，可以提高伴音质量，方便在不同制式间切换（如PAL/NTSC，SECAML/L’），适合于大屏幕，高清晰度电视机。缺点：需要两个SAW分别对图像和伴音滤波，增加成本。好达SAWComponents

以AF开头的为伴音滤波器，其中包含单/双通道滤波器。SHOULDERSAW

多媒体用的中频滤波器2.1伴音滤波器典型特性曲线以AF389A14Dc为例SHOULDERSAW

多媒体用的中频滤波器2.2伴音滤波器的典型规格型号SHOULDER型号制式型号制式AF389A2DD/K,I,B/G，L/L’AF38A2DD/K,I,B/G，MAF389A14DAF389A17DAF38A7DD/K,I,B/G，MAF45A1DMAF389A13DAF58A1DNSAW

多媒体用的中频滤波器模拟电视3.图像滤波器图像滤波器是SAW在电视机中专门用于图像滤波的。优点：实现图像和伴音准分离，可以提高图像质量，方便在不同制式间切换（如PAL/NTSC，SECAML/L’），适合于大屏幕，高清晰度电视机。缺点：需要两个SAW分别对图像和伴音滤波，增加成本。好达SAWComponents

以VF，MVF开头的为图像滤波器，其中MVF开头为双通道滤波器。SHOULDERSAW

多媒体用的中频滤波器3.1图像滤波器典型特性曲线SHOULDER以VF389A1D为例SAW

多媒体用的中频滤波器3.2图像滤波器的典型规格型号SHOULDER型号制式型号制式VF38A3DPALMVF38A2DPAL，NTSCVF38A4DMVF38A4DVF389A1DPALVF45A3DNTSCVF389A6DVF58A1DSAW

多媒体用的中频滤波器数字电视带通滤波器此类滤波器是专门用于数字电视和机顶盒的SAW滤波器。特点：原来PAL/SECAM的地区，一般采用36（36.125）MHz，带宽7MHz或8MHz。 原来NTSC的地区，一般采用44（43.75）MHz，带宽6MHz，以及57MHz，带宽6MHz。好达SAWComponents

以BF开头的滤波器中，以上频率及带宽的滤波器，包含双通道滤波器。SHOULDERSAW

多媒体用的中频滤波器数字电视带通滤波器SHOULDER以BF36A1D为例SAW

多媒体用的中频滤波器数字电视带通滤波器的典型规格型号SHOULDER型号带宽型号带宽BF36A1D8.0MHzBF43A1D6.0MHzBF36A2DBF43A7DBF36A5D8.0／７.0MHzBF44A1D6.0MHzBF36A11DBF44A10DSAW

多媒体用的中频滤波器数字广播（DAB）带通滤波器此类滤波器是专门用于数字收音机的SAW滤波器。特点：中心频率38.9MHz，带宽1.52MHz

好达SAWComponents以BF389A1D2，BF389A1S，为此类滤波器。SHOULDERSAW

多媒体用的中频滤波器数字广播（DAB）带通滤波器

BF389A1D2特性曲线SHOULDERSAW

声表面波原理SHOULDER名词解释：1。3dB带宽：从参考点下降3dB测得的带宽。见（1）2。中心频率：3dB带宽的中心，即：Fc=（Fl+Fu）/2见（2）3。插入损耗：测试时将滤波器输入端直接跨接到输出时的电平设为0dB,接入滤波器后参考点或最大输出点的损耗为滤波器的插入损耗。见（3）4。通带波动：通带内所有波动中取最大一个，即：R=MAX（R1,R2,…Rn)5。阻带：通带以外规定频率范围内的输出最大点。SAW

声表面波原理SHOULDER名词解释：6。群延迟时间：不同频率的声波从输入换能器到输出换能器所需的时间，理论上不同频率的声波群延迟时间应该是相同的，我们说滤波器的相位是线性的。但实际上不同频率的群延迟时间可能有些差异，这种不同习惯上称为相位的色散或相位的非线性失真。7。群延时波动：不同频率之间相位非线性失真的差异。群延时波动SAW

声表面波原理SHOULDER名词解释：8。三次行程（TTE）：声波从输入换能器到输出换能器，一部分转换成电信号输出，另一部分被反射回输入换能器，之后又反射到输出换能器，这样它比正常信号多走了两个行程。在时域上三次行程表现在主峰后两倍的时间延迟上。9。直通信号：声波从输入换能器到输出换能器需要一定的时间（群延迟时间），但一部分信号通过电磁耦合，直接从输入端耦合到输出端，称为直通信号。相对于声波来说，电磁耦合几乎不需要时间。三次行程直通信号主信号群延时波动SAW

声表面波原理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解读规格书MVF38A3D（PAL）插入损耗，参考电平图像中频：Fp色副载波：FcD/K制伴音：Fs1B/G制伴音：Fs2+8MHz吸收点：Fap1+7MHz吸收点：Fap2-1.5MHz吸收点：Fas底端阻带高端阻带三次回波直通信号温度系数SHOULDERSAW

成都芯通3G声表面波滤波器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插入损耗中心频率1dB带宽96±2.24MHz内波动任意