¿Qué es SAWF? ¿Qué hace? ¿A qué cuestiones se debe prestar atención al usarlo?
Los filtros de ondas acústicas de superficie están fabricados con cristales de niobato de litio y titanato de bario con efecto piezoeléctrico. El llamado efecto piezoeléctrico es el fenómeno de que cuando un cristal se somete a una acción mecánica se genera un campo eléctrico que es proporcional a la presión. Los cristales con efectos piezoeléctricos también producirán deformación elástica bajo la acción de señales eléctricas y emitirán ondas mecánicas (ondas sonoras), que pueden convertir señales eléctricas en señales acústicas. Debido a que este tipo de onda sonora solo se propaga en la superficie del cristal, se llama onda acústica superficial. SAWF es la abreviatura de SAWF. SAWF tiene las ventajas de un tamaño pequeño, peso ligero, rendimiento confiable y sin necesidad de ajustes complicados. El equipo clave para realizar la transmisión de canales adyacentes en el sistema CATV. Los filtros SAW se caracterizan por una respuesta de frecuencia plana (1) con una falta de uniformidad de solo 0,3-0,5 dB y un retardo de grupo de 30-50 ns. (2) SAWF tiene un buen coeficiente rectangular y la supresión fuera de banda puede alcanzar más de 40 dB. (3) Aunque la pérdida de inserción alcanza los 25-30 dB, se puede utilizar el amplificador para compensar la pérdida de nivel. Los filtros de ondas acústicas de superficie incluyen filtros de frecuencia intermedia de imágenes de televisión de ondas acústicas de superficie, filtros de sonido de televisión y filtros de banda lateral vestigiales de canales de televisión. Las especificaciones técnicas típicas de los filtros SAW se muestran en la siguiente tabla.
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Aplicación y desarrollo de filtros de ondas acústicas de superficie (Huang Gang)< /p >
1 Introducción
—SAW (Surface Acoustic Wave) es una onda elástica generada y propagada en la superficie del material del sustrato piezoeléctrico. Su amplitud disminuye rápidamente con el aumento de la profundidad del. material de sustrato. Pequeño. La estructura básica del filtro de ondas acústicas de superficie es fabricar dos transductores acústico-eléctricos y transductores interdigitales (IDT) en la superficie pulida de un material base con propiedades piezoeléctricas. Una película de aluminio de cierto espesor se evapora sobre la superficie del sustrato piezoeléctrico. Los patrones de máscara diseñados de los dos transductores interdigitales se depositan en la superficie del sustrato mediante fotolitografía, que sirven como transductor de entrada y transductor de salida respectivamente. El transductor de entrada convierte la señal eléctrica en una señal acústica y se propaga a lo largo de la superficie del cristal, y el transductor de salida convierte la señal acústica recibida en una señal eléctrica para salida
2 Características del filtro SAM
<. p>Las características principales de los filtros SAW son alta flexibilidad de diseño, compatibilidad analógica/digital, excelente desviación del tiempo de retardo de grupo y selectividad de frecuencia (el rango de frecuencia opcional es 10 MHz ~ 3 GHz), pequeños errores de impedancia de entrada y salida, pequeña pérdida de transmisión, buena El rendimiento antiinterferencia electromagnética (EMI), la alta confiabilidad, el tamaño pequeño del dispositivo y el peso liviano son respectivamente 1/40 de los filtros dieléctricos cerámicos. Las características y ventajas de los filtros SAW satisfacen las necesidades de los equipos de sistemas de comunicación modernos y los dispositivos portátiles. tiene requisitos de delgadez, brevedad, alta frecuencia, digitalización, alto rendimiento y alta confiabilidad. La desventaja es que los materiales del sustrato requeridos son costosos y la orientación del sustrato, el corte, el pulido y el proceso de fabricación se ven afectados por procesos químicos y estrictos. Requisitos de precisión de fabricación, algunos fabricantes que dominan la tecnología de producción de sustratos piezoeléctricos, como Fujitsu, Sanyo Electric y Toyota, han monopolizado el mercado mundial de filtros de ondas acústicas de superficie. Fujitsu controla el 40% de los pequeños filtros RF SAW para teléfonos móviles. La producción anual actual supera los 150 millones y el tamaño del producto más pequeño alcanza los 2,5 mm × 2 mm y pesa 22 mg. Integra componentes de chip invertido y un diseño de filtro resonador patentado, lo que convierte a Sanyo en un gran avance en el rendimiento de los filtros. Los mayores fabricantes del mundo de filtros de ondas acústicas de superficie para equipos audiovisuales. Para mantener su ventaja de precio, la empresa tiene una planta de montaje en Shenzhen, China, con una producción anual de 50 millones de unidades. Toyota produce principalmente SAW para comunicaciones móviles. Los filtros pueden proporcionar más de 30 productos estándar, todos adecuados para montaje en superficie.3 propósitos de los filtros de ondas acústicas de superficie
Los filtros SAW se utilizan para suprimir el ruido de alto orden en la información electrónica. Tiene un buen efecto sobre los armónicos, la información de la imagen, las señales de fuga y diversas interferencias parásitas, y puede filtrar cualquier característica de amplitud-frecuencia y fase-frecuencia que requiera precisión, lo que es difícil de lograr para otros filtros en los últimos años. , los países extranjeros lo han hecho posible. Hay rodajas de filtro SAW que pesan solo 0,2 g. Además, debido al uso de nuevos materiales cristalinos y la última tecnología de procesamiento fino, la frecuencia límite superior de los dispositivos SAW se ha incrementado a 2,5 GHz. ~ 3 GHz ~ 3 GHz. Por lo tanto, los filtros de ondas acústicas de superficie pueden usarse ampliamente en el campo de la interferencia antielectromagnética.
El filtro SAW realiza transmisión CATV de canal adyacente con zonas de transición extremadamente pronunciadas y la tasa de utilización del espectro se duplica en comparación con la transmisión dividida. Sin filtros de ondas acústicas de superficie, los receptores de televisión no pueden funcionar de forma estable y fiable. De hecho, el principal campo de aplicación de los primeros filtros SAW fueron los aparatos audiovisuales representados por los televisores. A finales de la década de 1980, debido al rápido desarrollo de la información electrónica, especialmente la industria de las comunicaciones, se proporcionó un amplio espacio de mercado para los filtros de ondas acústicas de superficie, y su producción y demanda estaban en una tendencia ascendente en línea recta. Actualmente, la producción anual mundial de filtros de ondas acústicas de superficie supera los 600 millones de unidades, incluidos 430 millones de filtros de ondas acústicas de superficie de radiofrecuencia miniaturizados utilizados para comunicaciones móviles.
El transmisor (TX) y el receptor (RS) del sistema de comunicación móvil solo pueden funcionar después de haber sido filtrados por el filtro.
Dado que su banda de frecuencia operativa es generalmente de 800 MHz ~ 2 GHz y el ancho de banda es de 17 MHz ~ 30 MHz, se requiere que el filtro tenga una baja pérdida de inserción, una alta supresión de banda de parada, una alta atenuación de la imagen, una alta tolerancia de potencia, un bajo costo y una miniaturización. Debido a las ventajas de los filtros SAW en términos de banda de frecuencia operativa, volumen y rendimiento de costos, son los mejores en aplicaciones de sistemas de comunicaciones móviles y están fuera del alcance de los filtros cerámicos piezoeléctricos y los filtros de cristal monolíticos.
En el sistema de localización inalámbrico, la señal de radiofrecuencia recibida por la máquina de PA debe filtrarse antes de amplificarse. Las características eléctricas del filtro afectan directamente la sensibilidad y precisión de la señal recibida. En las primeras máquinas BP de producción, generalmente se usaban filtros LC. Sin embargo, debido a la compleja depuración, la mala selectividad y la mala estabilidad del filtro LC, fue reemplazado gradualmente por el filtro SAW.
Con el rápido desarrollo de Internet, cada vez hay más usuarios de Internet en todo el mundo. Sin embargo, las mayores deficiencias del acceso telefónico a Internet actual son que el ancho de banda es demasiado estrecho (decenas de kilohercios) y la velocidad de descarga es extremadamente lenta, mientras que la red de televisión por cable tiene abundantes recursos de frecuencia. Por lo tanto, muchas empresas están desarrollando sistemas de transmisión de datos multimedia de banda ancha (como VOD) basados en redes CATV, que pueden aumentar la velocidad de transmisión de información decenas de veces. En estos sistemas, se utilizan filtros SAW de alto rendimiento para resolver el problema de supresión de frecuencia adyacente. Se puede observar que las perspectivas de mercado de los filtros de ondas acústicas de superficie son muy prometedoras.
4 Tendencias de desarrollo de filtros de ondas acústicas de superficie
4.1 Miniaturización
La miniaturización de los filtros SAW es un requisito básico para las comunicaciones móviles y otros productos portátiles. Para reducir el tamaño de los filtros de ondas acústicas de superficie, se suelen tomar tres medidas: una es optimizar el diseño del chip del dispositivo para hacerlo más pequeño y la otra es mejorar la forma del embalaje del dispositivo, a partir del tradicional metal redondo; empaquetado en carcasa en un paquete cuadrado o rectangular de metal plano o montaje en superficie LCCC (portador de chip cerámico sin plomo), en tercer lugar, los filtros SAW con diferentes funciones se empaquetan juntos para formar un dispositivo combinado para reducir el área de PCB; Por ejemplo, el filtro SAW de doble banda de ancho de banda de 60 MHz aplicado a terminales PCS de 1,9 GHz y el filtro SAW de doble banda desarrollado recientemente por Fujitsu (que puede admitir modos analógicos y digitales) están equipados con dos filtros.
4.2 Alta frecuencia y banda ancha
Para cumplir con los requisitos de alta frecuencia y banda ancha de los equipos electrónicos, los filtros de ondas acústicas de superficie también deben aumentar la frecuencia de funcionamiento y ampliar el ancho de banda. Las investigaciones muestran que cuando se selecciona un sustrato piezoeléctrico, la frecuencia de funcionamiento del filtro de ondas acústicas de superficie está determinada por el ancho de la tira del electrodo IDT. Cuanto más estrecha es la tira del electrodo IDT, mayor es la frecuencia. Utilizando tecnología de micromecanizado de semiconductores de 0,35 micrones ~ 0,2 micrones, se pueden producir filtros de ondas acústicas de superficie de 2 GHz ~ 3 GHz.
La ampliación del ancho de banda de un filtro de ondas acústicas de superficie suele comenzar con la optimización de la estructura de electrodos del IDT. Si los IDT se conectan en serie y en paralelo en una estructura de cascada en escalera, la entrada/salida se puede conectar directamente utilizando tecnología de micromecanizado por debajo de 0,4 μm, se puede fabricar un filtro de ondas acústicas de superficie resonante en forma de escalera de 2,5 GHz para LAN inalámbrica. un ancho de banda de 100 MHz; Entre los filtros multimodo, el filtro acoplado verticalmente tiene un ancho de banda mayor que el filtro acoplado horizontalmente y, por lo tanto, se usa ampliamente para el filtrado de RF en teléfonos celulares y buscapersonas, mientras que este último tiene una banda estrecha y nítida y se puede usar en celulares digitales personales (PDC). y teléfonos analógicos.
4.3 Reducir la pérdida de inserción
El mayor defecto de los primeros filtros SAW es la alta pérdida de inserción, generalmente superior a 15 dB para equipos de comunicación que requieren un bajo consumo de energía, especialmente el frontal de recepción. Dijo que era inaceptable. Para cumplir con los requisitos de los sistemas de comunicación modernos y otros usos, la gente ha desarrollado materiales piezoeléctricos de alto rendimiento y ha mejorado el diseño IDT, de modo que la pérdida de inserción del dispositivo se puede reducir a 3 dB ~ 4 dB, y el mínimo puede alcanzar 1 dB. Entre los muchos resultados de la investigación sobre materiales piezoeléctricos, el más llamativo es el material de sustrato con capas de ZnO/zafiro inventado por la empresa japonesa Murata. Este material de sustrato se utilizó para producir un filtro de ondas acústicas de superficie de radiofrecuencia de 65438 ± 0,5 GHz para PDC, con una pérdida de inserción de sólo 65438 ± 0,2 db.