[發明專利]一種用于表面聲波裝置的可調諧表面聲波叉指換能器結構

在審

• 申請號: 201910239308.4
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN110034742A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 石以瑄;邱星星;邱樹農;邱書涯;石恩地;石宇琦;韓露
• 申請（專利權）人: 石以瑄;邱星星;邱樹農;邱書涯;石恩地;石宇琦;韓露
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

本發明基于對減小RF濾波器的尺寸和成本，以及對減少覆蓋多個操作頻段的移動手機和無線系統所需的濾波器數量的強烈需求，需要可覆蓋盡可能多的頻段或頻率范圍的可調諧RF濾波器，以便減少移動手機和無線系統中濾波器的數量。本發明公開了一種用于表面聲波裝置的可調諧表面聲波叉指換能器結構，本發明提供可調諧表面聲波(SAW)IDT結構，其中待激發和傳輸的聲波的諧振頻率由數模轉換器(DACs)來調諧。DAC將輸入數字信號轉換為輸出直流電壓，并通過集成薄膜偏壓電阻向SAW IDT提供直流偏壓。輸出直流電壓的極性和數值由輸入數字信號控制，以實現SAW IDT的諧振頻率的選擇和調諧。

技術領域

本發明涉及可調諧濾波和產生可調諧RF信號，來用于通信系統。更具體地，本發明涉及可調諧表面聲波諧振器和SAW濾波器，其操作頻率由數模轉換器調節。

背景技術

電子系統，尤其是應用于射頻(RF)通信的電子系統，需要小型帶通濾波器和振蕩器。振蕩器用于產生RF信號，帶通濾波器用于在給定頻率下在特定帶寬(BW)內選擇(發送或接收)信號。這些系統的一些例子包括全球定位系統(GPS)；移動通信系統包括：全球移動通信系統(GSM)，個人通信服務(PCS)，通用移動電信系統(UMTS)，長期演進技術(LTE)；數據傳輸單元包含：藍牙，無線局域網(WLAN)，衛星廣播和未來交通控制通訊。它們還包括用于航空和航天器的其它高頻系統。

射頻帶通濾波器采用不同的技術制造：(a)基于介電諧振器的陶瓷濾波器；(b)基于表面聲波諧振器(SAW)的濾波器和(c)使用薄膜體聲波諧振器(FBAR)的濾波器。SAW和FBAR都是在系統尺寸有限的情況下使用的。目前，SAW器件主要用于頻率低于2GHz的量產應用，而FBAR在頻率為2至4GHz或更高頻率的系統中占主導地位。由于量大，目前手機中通用的SAW或FBAR射頻濾波器是使用微電子制造工藝在壓電材料晶片上(例如：用于SAW的LiNbO3和用于的FBAR的AlN)制造而成的。

表面聲波(SAW)濾波器

SAW器件的開發可追溯到第一個SAW器件制成時的1965年。早期的SAW器件研究工作主要是為了滿足雷達信號處理的需要。在20世紀80年代和90年代，主要的開發工作集中在低損耗濾波器上，尤其是用于手機的濾波器。SAW器件的基本原理可以通過基本的SAW結構來理解。圖1示出了在壓電基片(110)上的現有技術SAW濾波器(100)的示意圖。其中，一輸入叉指換能器IDT1(120)，其相鄰電極之間的中心距離被控制到“叉指間距”，被連接到電信號源(130)來激發具有速度v和頻率f_o＝v/(2×叉指間距)的聲波(140)。一輸出叉指換能器IDT2(150)，其相鄰電極之間的中心距也被控制為“叉指間距”，來接收聲波(140)并將其轉換為輸出電信號(160)。在信號源(130)中頻率不為f_o的電信號不能在輸出終端激發出具有充足強度的共振聲波，到達輸出叉指換能器IDT2(150)，并在輸出終端產生一個輸出信號。一個SAW濾波器一旦制成，其傳輸的中心頻率f_o和帶寬(BW)是由濾波器的幾何形狀和所使用的材料所決定。唯一被允許從輸入IDT到達輸出IDT的電信號是那些頻率位于中心頻率f_o的帶寬內的電信號

濾波器壓電材料的主要特性為：聲波傳播速度，叉指間距和耦合系數。其中，聲波速度和叉指間距決定諧振頻率，而耦合系數則影響帶寬。幾種壓電基片的速度值為：LiNbO₃～4,000m/s，ZnO～6,300m/s，AlN～10,400m/s和GaN～7,900m/s。例如，為了在LiNbO₃上獲得中心頻率f_o為2GHz的濾波器，聲波的波長為l＝(4000m/sec)/(2×10⁹/sec)＝2×10^-4cm。因此，圖1中的叉指間距的值則等于(1/2)l或1μm。假定電極的寬度和相鄰電極之間的空間相等，則電極寬度為0.5μm。

薄膜體聲波諧振器(FBAR)