体声波滤波器的片上测试与性能表征

为了表征制备的L波段体声波(BAW)滤波器的性能,采用射频探针台和矢量网络分析仪片上测试获得了BAW滤波器的S参数;在ADS软件环境下计算了BAW滤波器的各项性能参数。比较实测与仿真得到的S参数曲线,发现:低阻硅衬底会使BAW滤波器的带内插损显著增加;BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)单元的薄膜沉积厚度误差会使BAW滤波器的带内波动偏大,且FBAR薄膜厚度较设计值增大时BAW滤波器的中心频率会向下偏移。以制备的一只BAW滤波器为例,测得其中心频率为1 495MHz,带宽为17MHz,带内插损为-46.413dB,带内波动为2.816dB,带外抑制为-72.525dB/-79.356dB,电压驻波比为1.940。该文给出的BAW滤波器片上测试与性能表征方法具有通用性。     

体声波双工器的优化设计方法

体声波(BAW)双工器中Rx滤波器对Tx滤波器的负载效应,会使Tx滤波器的插入损耗性能退化而带外抑制性能过剩,进而使得BAW双工器性能不佳。为了解决这一问题,提出了一种BAW双工器的优化设计方法。设置BAW双工器中Tx滤波器的串联薄膜体声波谐振器(FBAR)单元谐振区面积,及并联FBAR单元与串联FBAR单元谐振区面积比值为两组优化变量,通过牺牲Tx滤波器过剩带外抑制性能的方式,采用基于梯度的优化算法计算得到了两组优化变量的最终取值。以一个工作在FDD-LTE band 7的BAW双工器优化设计案例展示了该方法的应用流程。优化设计结果的仿真验证表明,Tx滤波器的插入损耗性能从2dB提升至1.1dB,带内波动性能从1dB提升至0.3dB。由此验证了该方法的可行性。     

Avago Technologies采用TSV制备MEMS滤波器

正Avago Technologies公司的BAW滤波器是一款采用其薄膜体声波谐振器(FBAR)与微帽技术制备的全硅MEMS产品,每年量产超过10亿台,市场份额为65%,显然其在BAW滤波器市场占主导地位。Avago Technologies公司的FBAR采用硅基MEMS技术,其共振层由AlN压电材料制作。其ACMD-7612专为手机和数据终端设计,工作在UMTS频率范围,其TX端口最大射频输入功率为     

体声波滤波器的电磁-热耦合仿真方法

为了快速有效地得到体声波(BAW)滤波器在给定功率水平下的3D温度分布,提出一种电磁-热耦合仿真方法。首先搭建BAW滤波器的热仿真模型,并设置电磁-热耦合求解方式;然后由热仿真模型生成BAW滤波器的电磁模型,以提取BAW滤波器电磁模型中的导体损耗。最后以提取的损耗作为热仿真的热源,并由电磁-热耦合仿真得到滤波器的3D温度分布。仿真结果表明,在输入功率为1 W时,该BAW滤波器的7只谐振器中,第一只串联谐振器和第一只并联谐振器分别为最热的串联谐振器和最热的并联谐振器;滤波器案例中的热点温度为81.472℃,出现在第一只并联谐振器的顶电极中;冷点温度为49℃,出现在第三只并联谐振器的压电层中。     

确定BAW梯形滤波器阶数的方法

为确定体声波(BAW)梯形滤波器的阶数,使用仿真法研究了滤波器的带外抑制与并、串联薄膜体声波谐振器(FBAR)的电容比Cps和滤波器阶数N的关系。基于FBAR的Mason 解析电路模型构建了1~6阶BAW梯形滤波器,Cps取值为1~6,对1~6阶BAW梯形滤波器进行仿真,取滤波器的左带外抑制进行统计并绘制曲线图。此外,BAW梯形滤波器的阶数可包括半阶数,用同样仿真法改变阶数(N=1.5,…,5.5)对滤波器进行仿真。仿真结果表明,当Cps一定时,带外抑制基本随滤波器的阶数等量增加。当滤波器的阶数一定时,带外抑制随Cps的增加而增加。在优化设计时,并、串联FBAR谐振器区面积比(即Cps)一般设置为1~4,在此范围内滤波器阶数每增加一阶,带外抑制平均增加约10 dB;滤波器的阶数增加半阶时,带外抑制约增加整阶数的一半,即5 dB,而此时通带内的插损基本保持不变。故设计滤波器时,根据设计指标中的带外抑制可初步确定滤波器的阶数。     

BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法

为了使用最小的电感改善体声波(BAW)梯型滤波器的带外抑制,提出了一种BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法,该方法对电感值进行了两次连续优化。首先分析了电感改善BAW梯型滤波器带外抑制的原理、结合单个薄膜体声波谐振器(FBAR)的静态电容公式并推导并联FBAR支路串联一个电感的输入阻抗表达式,得到在FBAR谐振区面积较大的并联支路,比在其他支路串联电感,对滤波器带外抑制的改善程度较大、电感值较小,该步确定了电感的最佳位置,随之确定的电感值较小;在此基础上,通过使上述卓越的带外抑制性能退化到带外抑制指标附近,电感值进一步减小。通过以上两次连续优化,能迅速确定一个最小的电感值及所在位置。结合一个31/2阶BAW梯型滤波器,验证了该优化方法的有效性。     

体声波滤波器功率容量的评估方法

为了解决在体声波(BAW)滤波器的设计中对功率容量指标考虑欠缺的问题,提出了一种BAW滤波器功率容量的评估方法。首先通过BAW滤波器在特定输入功率和环境温度下的声-电磁-热多物理场仿真,得到在自热效应下各单元谐振器的叠层温度平均值;然后将叠层温度平均值作为设计参量引入到Mason模型中,搭建含温度参量的Mason(T)(T为温度)模型;最后在Mason(T)模型中模拟BAW滤波器的传输曲线,根据在全温度范围内各项性能指标是否超标来评估BAW滤波器的功率容量水平。仿真结果表明,在输入功率为23 dBm、环境温度为全温度范围(-25～85℃)时,BAW滤波器的各项指标均未超标;在输入功率为30 dBm、环境温度为30℃时,BAW滤波器的上频带插入损耗和带外抑制已超标,性能出现明显退化。     

C波段WLP薄膜体声波滤波器的研制

该文研制了一种晶圆级封装(WLP)的C波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器.采用一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,并使用H FSS对电磁封装模型进行优化,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的FBAR滤波器.采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器芯片,同时利用覆膜工艺对FBAR裸芯片进行覆膜和...     

体声波传感器的系统级行为仿真

为证明六端口网络可用于体声波(BAW)传感器读出电路,对包含薄膜体声波谐振器(FBAR)和微带六端口网络的BAW传感器最小系统建立等效电路模型。在ADS软件中对FBAR建立Mason等效电路模型和对微带六端口网络建立等效电路模型。微带六端口网络的端口1连接射频源,端口2与FBAR相连,其他4个端口分别连接4个50Ω的电阻用于读取功率;在Matlab软件中分别使用根心解法和平均解法对FBAR的反射系数进行求解,解得两条反射系数与频率曲线,分析得到了两种反射系数近似计算方法的优劣,并分析了六端口网络工作频带的增宽方法。仿真结果表明,微带六端口网络能准确测量出FBAR的反射系数与频率曲线,证明六端口网络可用于BAW传感器读出电路。     

FBAR建模及用于MIMO终端的滤波器设计

薄膜体声波谐振器(FBAR)是优良的射频频率器件.用基本Mason模型对FBAR器件进行建模,并分析阐述了FBAR射频滤波器的结构和设计方法.在此模型和设计方法基础上,对多输入多输出(MIMO)的1900MHz个人通信服务(PCS)频段和800 MHz蜂窝(Cellular)频段终端的FBAR射频多工滤波器进行了设计和性能分析.滤波器用ADS软件进行仿真和优化,仿真结果表明,本设计比Avago公司主流产品ACFM-7101性能要好,特别是带内纹波.     

基于硅表面加工工艺的射频体声波滤波器研究

计算并讨论了由电极－压电薄膜－电极的三明治结构组成的体声波谐振器在有衬底情况下的阻抗，特别说明了厚的支撑膜对滤波器性能的严重影响。同时比较了在制作体声波滤波器时硅的体加工工艺和表面加工工艺的优劣，给出了利用硅的表面加工工艺制作的射频体声波滤波器的设计。     

压电和铁电薄膜及其应用的发展趋势

本文讨论了压电和铁电薄膜材料及其在固体器件中应用的发展趋势。薄膜生长技术的进展,为压电和铁电薄膜集成固体器件在各个领域的应用开辟了广阔的前景。ZnO和AIN薄膜将广泛地用于SAW和BAW器件。特别是成功地制作了薄膜体声波谐振器和高次谐波体波谐振器。以PbTiO_3为基的PZT和PLZT固溶体外延薄膜将应用于热电探测器和SAW器件。在实现了对多层薄膜的界面结构及其特性的成功控制之后,铁电薄膜将在铁电存储和集成光学领域发挥重要作用。     

Monolithic above-IC resonator technology for integrated architectures in mobile and wireless communication

This paper demonstrates the feasibility of an above-IC bulk acoustic wave technology for wireless applications. A double-lattice bulk acoustic wave (BAW) filter with balanced input and output has been designed and integrated as a post-process directly above 0.25 /spl mu/m BiCMOS wafers comprising RF circuits. This filter, featuring moderate insertion loss of -3dB and extreme out-of-band rejection (>-50 dB) is used in a simplified RF front-end receiver for the WCDMA standard, as well as in a new type of filtering LNA comprising two broadband amplifiers and one BAW filter.     

微波体声波延迟线的电磁屏蔽

本文分析了微波体声波延迟线多层介质的电磁屏蔽效应，结果表明，全屏蔽方式可以有效地解决微波延迟线研制中的直通抑制问题。实验结果证实了理论分析。     

Extraction of material parameters in film bulk acoustic resonator (FBAR) using genetic algorithm

The extraction of material parameters from the given (or measured) input impedance of film bulk acoustic resonators (FBARs) using a genetic algorithm (GA) is proposed. After studying the effect of material parameter changes on impedance responses, resonance characteristics of FBARs are used to extract the material parameters. The extracted result agrees very well with the given material parameters.     

单晶LNBAW谐振器有限元仿真研究

利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件,近年来备受关注.滤波器的指标与谐振器的性能密切相关,但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器,对其结构的仿真优化还未有较深入的报道.该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料,构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型,对其压电层厚度和...     

基于耦合模理论的体声波环行器设计

体声波(BAW)环行器是基于角动量偏置的一类新型无磁环行器,为了能准确地预测BAW环行器的性能,该文给出了一种基于耦合模理论(CMT)的设计方法。首先由CMT推导出BAW环行器的解析模型;然后利用Matlab绘制出归一化调制参数与环行器性能指标之间的关系图,并从图中选择环行器综合性能较好的调制参数点;接着以串联谐振频率1.752 GHz、品质因数1 593的体声波谐振器(BAWR)为例,计算出解析模型中的系数,同时确定调制信号频率和调制深度;再利用Matlab编程绘制出BAW环行器的S参数完成设计;最后将基于CMT计算的结果和基于ADS软件谐波平衡(HB)仿真结果进行对比。对比分析结果表明,基于CMT设计的BAW环行器插入损耗、端口隔离度、回波损耗与HB仿真结果基本吻合,验证了CMT设计方法的可行性。     

体声波谐振器质量负载等效电感的量化方法

体声波(BAW)谐振器受到质量负载时,谐振器的Butterworth Van Dyke(BVD)电路模型中会增加1个质量负载等效电感,为得到该电感与负载质量的量化关系,以便对BAW传感器进行系统行为仿真,该文提出了3D多物理场-等效电路仿真对比建模的方法。通过对比COMSOL Multiphysics软件的3D多物理场仿真结果与ADS的等效电路仿真结果得到质量负载等效电感和负载质量的量化关系。以一个薄膜体声波谐振器(FBAR)为例,介绍了该方法的详细过程,并得到案例中的量化关系为:质量负载等效电感每增加1nH,负载质量增加0.1ng。最后将该量化关系应用于基于Pierce振荡器的BAW传感器检测电路的系统级行为仿真。仿真结果表明,质量负载等效电感每增加1nH,振荡频率减小6 MHz,即振荡频率的变化情况与等效电路仿真结果相吻合,从而验证了该检测电路能用于BAW传感器的频率信号的检测。该量化方法同样适用于石英晶体微天平(QCM)。     

Closed-Form Expressions for the Design of Ladder-Type FBAR Filters

Filters based on film bulk acoustic resonators (FBARs) promise to improve the performance of actual filters, however, to the authors' knowledge, their systematic implementation is not straightforward. This letter presents a collection of closed-form expressions for the systematic design of ladder-type filters using FBARs. The procedure is validated against the work of other authors, finding a very good agreement between results