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聲表面濾波器
閱讀�11539�(shí)間:2010-09-09 15:59:46

  聲表面濾波器�(jiǎn)稱SAWF或SAW,是利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電晶體振蕩�材料的壓電效�(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式�(wú)�帶通濾波器,它用于電視�(jī)和錄像機(jī)的中頻輸入電路中作選頻元�,取代了中頻放大器的輸入吸收回路和多�(jí)�(diào)諧回��

彩電用型�(hào)與代�

 

 

  注:在更換表面濾波器�(shí),若一�(shí)找不到原型號(hào)、原�(guī)格及同類型的,而須用其它型�(hào)代用的,必須考慮�(jī)器是新機(jī)型還是舊�(jī)�。新�(jī)型圖像中頻為38MHz,伴音中頻為31.5MHz 。而舊型機(jī)圖像中頻�37MHz,伴音中頻為30.5MHz,相�(yīng)的色副載波中�32.57MHz。因�,必須選擇頻率特性與原機(jī)型相吻合的聲表面濾波�。另�,插入損耗也�(yīng)與原濾波器一�,若插入損耗過(guò)�,則需�(jìn)行增益補(bǔ)�,一般可采用增加�(yù)中放�(jí)增益的方法來(lái)解決�

(SAWF)�(jié)�(gòu)、符�(hào)和原�

  表面波濾波器的結(jié)�(gòu)示意圖及符號(hào)如下圖所�。它是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片,�(jīng)表面拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜,通過(guò)光刻工藝制成兩組具有能量�(zhuǎn)換功能的交叉指型的金屬電�,分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當(dāng)輸入叉指換能器接上交流電壓信�(hào)�(shí),壓電晶體基片的表面就產(chǎn)生振�(dòng),并激�(fā)出與外加信號(hào)同頻率的聲波,此聲波主要�(méi)著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳�,故稱為聲表面波,其中一�(gè)方向的聲波被除數(shù)吸聲材料吸收,別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能�,被�(zhuǎn)換為電信�(hào)輸出�

  聲表面波濾波器具有工作頻率高、通頻帶寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特�(diǎn),并且可采用與集成電路相同的生產(chǎn)工藝,制造簡(jiǎn)�,成本低,頻率特性的一致性好,因此廣泛應(yīng)用于 各種電子�(shè)備中�

  在聲表面波濾波器�,信�(hào)�(jīng)�(guò)�-�-電的兩次�(zhuǎn)換,由于基片的壓電效�(yīng),則叉指換能器具有選頻特�。顯�,兩�(gè)叉指換能器的共同作用,使聲表面波濾波器的選頻特性較為理�。下圖為聲表面波濾波器的幅頻特��

�(yīng)用及�(fā)�

  1 前言

  聲表面波—SAW(SurfaceAcousticWave)就是在壓電基片材料表面�(chǎn)生和傳播、且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW濾波器的基本�(jié)�(gòu)是在具有壓電特性的基片材料拋光面上制作兩�(gè)聲電換能器——叉指換能器(IDT�。它采用半導(dǎo)體集成電路的平面工藝,在壓電基片表面蒸鍍一定厚度的鋁膜,把�(shè)�(jì)好的兩�(gè)IDT的掩膜圖�,利用光刻方法沉積在基片表面,分別作為輸入換能器和輸出換能器。其工作原理是輸入換能器將電信號(hào)變成聲信�(hào),沿晶體表面?zhèn)�?,輸出換能器再將接收到的聲信�(hào)變成電信�(hào)輸出�

  2 SAW濾波器的特點(diǎn)

  SAW濾波器的主要特點(diǎn)是設(shè)�(jì)靈活性大、模�/�(shù)字兼�、群延遲�(shí)間偏差和頻率選擇性優(yōu)良(可選頻率范圍�10MHz�3GHz�、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾(EMI)性能好、可靠性高、制作的器件體小量輕,其體積、重量分別是陶瓷介質(zhì)濾波器的1/40�1/30左右,且能實(shí)�(xiàn)多種�(fù)雜的功能。SAW濾波器的特征和優(yōu)�(diǎn),適�(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)�(shè)備及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之處是所需基片材料的價(jià)格昂�,對(duì)基片的定向、切�、研�、拋光和制造工藝要求高。受基片�(jié)晶工藝苛刻和制造精度要求嚴(yán)的影響,日本富士�、三洋電�、豐田等少數(shù)幾家掌握壓電基片生產(chǎn)技�(shù)的制造商壟斷了世界SAW濾波器市�(chǎng)。富士通公司控制了移動(dòng)電話用小型射頻SAW濾波器全球市�(chǎng)40%左右的份額,目前其年產(chǎn)量在1.5億只以上,最小的�(chǎn)品尺寸已�(dá)�2.5mm×2mm,重22mg,集倒裝式組件和專利諧振器型濾波器設(shè)�(jì)于一�,使濾波器性能突破性飛�。三洋電器公司是世界的視�(tīng)家電用SAW濾波器制造商之一,為保持其價(jià)格上的優(yōu)�(shì),該公司在我�(guó)深圳�(shè)有組裝廠,年�(chǎn)5000�(wàn)�。豐田公司主要生�(chǎn)移動(dòng)通信用SAW濾波器,可提�30多種�(biāo)�(zhǔn)型產(chǎn)品,均適用于表面安裝�

  3 SAW濾波器的用�

  SAW濾波器在抑制電子信息�(shè)備高次諧泀鏡像信�、發(fā)射漏泄信�(hào)以及各類寄生雜波干擾等方面起到良好的作用,可以實(shí)�(xiàn)任意所需精度的幅頻和相頻特性的濾波,這是其它濾波器難以完成的。近年來(lái)�(guó)外已將SAW濾波器片式化,重量只�0.2g;另�,由于采用了新的晶體材料和的精細(xì)加工技�(shù),使SAW器件上使用上限頻率提高到2.5GHz�3GHz。從而促使SAW濾波器在抗EMI�(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)��

  SAW濾波器以極陡的過(guò)渡帶使CATV的鄰頻傳�?shù)靡詫?shí)�(xiàn),與隔頻傳輸相比,頻譜利用率提高�1倍。電視接收機(jī)如果不采用SAW濾波�,不可能�(wěn)定可靠地工作。事�(shí)�,早期SAW濾波器的主要�(yīng)用領(lǐng)域就是以電視�(jī)為代表的視聽(tīng)家電�(chǎn)��20世紀(jì)80年代�,由于電子信息特別是通信�(chǎn)�(yè)的高速發(fā)�,為SAW濾波器提供了一�(gè)廣闊的市�(chǎng)空間,致使其�(chǎn)量和需求呈直線上升趨勢(shì)。目前世界SAW濾波器的年產(chǎn)量在6億只以上,其中移�(dòng)通信等用小型化RFSAW濾波器就�(dá)4.3億只�

  移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)射端(TX)和接收端(RS)必須經(jīng)�(guò)濾波器濾波后才能�(fā)揮作�,由于其工作頻段一般在800MHz�2GHz、帶寬為17MHz�30MHz,故要求濾波器具有低插損、高阻帶抑制和高鏡像衰減、承受大功率、低成本、小型化等特�(diǎn)。由于工作頻�、體積和性能�(jià)格比等方面的�(yōu)�(shì),SAW濾波器在移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用中�(dú)占鰲頭,這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器望塵莫及的�

  在無(wú)線尋呼系�(tǒng)�,BP�(jī)接收到的RF信號(hào)需先經(jīng)濾波再�(jìn)行放�。濾波器的電氣特性直接影響到接收信號(hào)的靈敏度和精確度,早期生�(chǎn)的BP�(jī)一般采用LC濾波�,但由于LC濾波器的�(diào)試復(fù)雜,選擇性和�(wěn)定性又較差,因此現(xiàn)在逐漸被SAW濾波器所取代�

  隨著Internet的迅猛發(fā)�,全球上�(wǎng)用戶愈來(lái)愈多,但目前通過(guò)電話上網(wǎng)的缺�(diǎn)是帶寬太窄(幾十千赫�,下載速度極慢,而CATV�(wǎng)�(luò)頻率資源豐富,不少商家因此均在開(kāi)�(fā)基于CATV�(wǎng)的寬帶多媒體�(shù)�(jù)廣播系統(tǒng)(如VOD等),通過(guò)CATV上網(wǎng)可使信息傳輸速度提高幾十倍以�,在這些系統(tǒng)中都要用到高性能的SAW濾波器來(lái)解決鄰頻抑制�(wèn)�??梢?jiàn),SAW濾波器的市場(chǎng)前景十分可觀�

  4 SAW濾波器的�(fā)展趨�(shì)

  4.1小型片式�

  SAW濾波器的小型片式�,是移動(dòng)通信和其他便攜式�(chǎn)品提出的基本要求。為縮小SAW濾波器的體積,通常采取三方面的措施:一是優(yōu)化設(shè)�(jì)器件用芯�,使其做得更??;二是改�(jìn)器件的封裝形式,�(xiàn)已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長(zhǎng)方形扁平金屬封裝或LCCC(無(wú)引線陶瓷芯片載體)表面貼�;三是將不同功能的SAW濾波器封裝在一起構(gòu)成組合型器件以減小PCB面積,如�(yīng)用于1.9GHzPCS終端60MHz帶寬的雙頻段SAW濾波器以及近�(lái)富士通公司開(kāi)�(fā)的雙帶式(可支持模擬和數(shù)字兩種模式)便攜式手�(jī)用SAW濾波器,均裝有兩�(gè)濾波��

  4.2高頻、寬帶化

  為適�(yīng)電子整機(jī)高頻、寬帶化的要�,SAW濾波器也必須提高工作頻率和拓展帶�。研究表明,�(dāng)壓電基材選定之后,SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬決定,IDT電極條愈�,頻率愈�。采�0.35μm�0.2μm�(jí)的半�(dǎo)體微�(xì)加工工藝,可制作�2GHz�3GHz的SAW濾波器�

  拓展SAW濾波器的帶寬通常從優(yōu)化設(shè)�(jì)IDT的電極結(jié)�(gòu)入手。如將IDT按串�(lián)和并�(lián)形式連接成梯形若干級(jí)�(lián)的結(jié)�(gòu),輸�/輸出直接�(shí)�(xiàn)連接,采�0.4μm以下的微�(xì)加工技�(shù),就可制作出用于�(wú)線局域網(wǎng)(LAN)的2.5GHz梯形�(jié)�(gòu)諧振式SAW濾波�,帶寬達(dá)100MHz;在多重模式濾波器中,采用縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些,因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼�(jī)的RF濾波,而后者具有陡削的窄帶特�,可用于�(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)和模擬電話的中頻(IF)濾��

  4.3降低插入損�

  早期SAW濾波器的缺陷是插入損耗大,一般在15dB以上,這對(duì)于要求低功耗的通信�(shè)備特別是接收前端是無(wú)法接受的。為滿足�(xiàn)代通信系統(tǒng)及其它用途的要求,人們通過(guò)�(kāi)�(fā)高性能的壓電材料和改�(jìn)IDT�(shè)�(jì),使器件的插入損耗降低到3dB�4dB,可�(dá)1dB。在眾多壓電材料研究成果�,最引人注目的是日本村田制作所�(fā)明的ZnO/�(lán)寶石層狀�(jié)�(gòu)基片材料,利用這種基片材料,已制造出1.5GHzPDC用射頻SAW濾波器,其插入損耗僅1.2dB�

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