有質(zhì)量評定的射頻體聲波濾波器 第2部分：使用指南 征求意見稿

1衰減GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-衰減有質(zhì)量評定的射頻體聲波濾波器第2部分:使用指南用戶主要關(guān)注的是濾波器性能應(yīng)滿足其特定規(guī)格。滿足這些規(guī)格的調(diào)諧最小插入損耗最小插入損耗通帶波紋相對衰減衰減指定的通帶參考頻率 中心頻率截止頻率標稱插入損耗—→頻率指定的阻帶截止頻率4射頻體聲波濾波器基本原理2相對帶寬 射頻體聲波濾波器帶狀濾波器GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-相對帶寬 射頻體聲波濾波器帶狀濾波器4.1概述射頻（RF）體聲波（BAW）濾波器具有尺寸小、重量輕、無需調(diào)整、高穩(wěn)定性、高可靠性的特點。具有低插入損耗的RF-BAW濾波器廣泛應(yīng)器可實現(xiàn)的帶寬受限于所用的壓電材料、設(shè)計方法等因素。用戶有必要理解這些因素對BAW濾波器性能RF-BAW濾波器通常采用由多個RF-BAW諧振器組成的梯形結(jié)構(gòu)。體聲波諧振器分為兩類:薄 聲表面波濾波器螺旋濾螺旋濾波器陶瓷濾波器陶瓷濾波器介質(zhì)濾波器介質(zhì)濾波器晶體濾波器晶體濾波器頻率（Hz）4.2.1聲學(xué)諧振到機械諧振頻率?r的表達式如下:3底電極底電極fr=Vλ=nV/(2h)GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-其中V是聲波傳播速度。方程式（1）表明除了最低階諧振（n=1，被稱為基頻諧振）外，4.2.2壓電激勵與檢測壓電效應(yīng)產(chǎn)生機械力，并且引起聲振動。另外，電荷通過與頂電極頂電極 壓電材料圖4表明上述的機械諧振可通過電極進行電學(xué)激勵與電學(xué)檢延長機械振動持續(xù)時間。此機械性能影響電氣諧frC)1)4GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-頻率頻率r=(fafr)2-1-1在后續(xù)討論的濾波器設(shè)計中，會發(fā)現(xiàn)r限制了濾波器應(yīng)用中可實現(xiàn)的相r/?a與機電耦合系數(shù)kt2之間有如下關(guān)系式：kt2=(nπfr/(2fa))/tan(nπfr/(2fa))其中fr=fa，根據(jù)公式3與公式5可得如下等式：(fa-fr)/fa=1/(2y)=〈(4kt2/n2π2n:oddl0n:even間。由于電極的影響不可忽略，故會在后續(xù)內(nèi)容中進行討論。通常用有效機電耦合系數(shù)來表示諧振器kt2eff=(πfr/(2fa))/tan(πfr/(2fa))(8)5GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-?r處的Q通常被稱為諧振Q或Qr。同樣地，我們也可以評估反諧振頻率處的Q，其值被稱為反諧振Q或Qa。在濾波器設(shè)計中，Qr與Qa決定濾波諧振器性能亦可用優(yōu)值系數(shù)（figureofmeriM二2πfaC0Zmax其中Zmax與Zmin是諧振器分別在fn(二fa)與fm（二fr）頻率處的電學(xué)阻抗。Zmax/Zmin被稱為阻4.2.3次生效應(yīng)間諧波（inharmonics）。為了減小寄生諧振的峰值信號強度，有時會將諧振器上表面設(shè)計為不規(guī)則的Z與R0分別是器件阻抗與測試系統(tǒng)的特征阻抗。隨頻率增加，曲線上的點沿順時針移動。曲線上最左僅存在于高于諧振頻率的范圍內(nèi)，這種性質(zhì)被稱為“截止”（cut-off）特性，其表明這些諧波是由橫6GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-雜散模式雜散模式a)抑制寄生諧振模式之前b)抑制寄生為了將這些效應(yīng)考慮在內(nèi)，通常需要對BVD模型進行補充修改，如圖7所示。其中串聯(lián)電阻Rs與并fr~1/(2π)(12)模型可得反諧振品質(zhì)因數(shù)Qa如下式：對比曲線如圖5所示。由圖可知，與原BVD模型相比，由修改的BVD模型得到的fr與Qr稍有降低，7GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-但fa與Qa幾乎沒變。值得注意的是原始BVD模型顯示Qr=Qa，但這與實際并不相符。由于Ls可有效提高kt2eff，故通常利用其來提升濾波器性能。但端口間的寄生電容會增加C0從而4.3射頻諧振器結(jié)構(gòu)的性質(zhì)決定的。由于鉬、遼、鎢等金屬具有高聲阻抗特性，將其用作電極材增加kt2eff，并且可以用它們作為AlN生長的種子層材料。頂電極頂電極壓電材料空氣腔底電極襯底8GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-頂電極頂電極 壓電材料底電極襯底空氣腔第二種為固態(tài)裝配型諧振器（SMR其通過聲反射結(jié)構(gòu)阻止諧振器能量向襯底傳輸，并在與襯底緊密接觸。圖9為SMR結(jié)構(gòu)示意圖。聲反射結(jié)構(gòu)由具有不同聲阻特性的多層材料層組成，如由W與4.4梯形結(jié)構(gòu)濾波器4.4.1基本結(jié)構(gòu)其可由BVD模型來表示。盡管有多種結(jié)構(gòu)形式的RF-BAW濾波器，但只有梯形結(jié)構(gòu)濾波器被用于實際應(yīng)用9GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-4.4.2工作原理fap與串聯(lián)諧振器的諧振頻率frs近似相等。鏡像轉(zhuǎn)移常數(shù)γ可由Xs與Bp表示：tanhy=BpXs/(BpXs一1)(15)BXpsBXpsGB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-4.4.3梯形濾波器特性振器性能遠高于其他壓電材料的諧振器性能。濾波器通帶邊緣的陡直度由諧振器的品質(zhì)因數(shù)Q決定，但通帶插入損耗由諧振器的優(yōu)值系數(shù)M決定。阻帶衰減基本上由并聯(lián)與串聯(lián)諧振器的靜態(tài)電容比與諧振器GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-RF-BAW濾波器的插入損耗主要由金屬電極的歐姆損耗、由散射和/或粘滯引起的聲學(xué)傳播損耗、聲5.2有效性和限制性這些無用的響應(yīng)應(yīng)該被抑制或減小至特定水平之內(nèi)。在實際應(yīng)用中還應(yīng)該考慮器件的長期穩(wěn)定立刻出現(xiàn)在輸出端口。直通信號在通帶內(nèi)產(chǎn)生波紋，頻率周期(δf）等于為1/t，其中t是主信號的延入電平、襯底的裝配方法、襯底所在的氣氛5.3輸入電平GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-RF-BAW濾波器的錯誤使用有時會導(dǎo)致其性能不佳。使用時要注意直通、阻抗匹配條件等因素。衡-不平衡轉(zhuǎn)換器使不平衡的RF-BAW濾波器與平衡的IC連接模阻抗也會產(chǎn)生與直通信號相同的效應(yīng)。為了避免共模阻抗，設(shè)計時應(yīng)該將PCB上的輸入與輸出接地圖濾波器設(shè)計時要以特定的阻抗為目標。阻抗失配會增加RF-BAW濾波器的通帶波紋幅度與插入GB/TXXXXX.2—XXXX/IEC62575-b)描述.帶寬.最小/標稱/最大插入損耗.通帶波紋.截止頻率（如有必要）.其他要求.幅值特性.可保證的相對插入損耗