專利名稱：具有兩個(gè)不同的抑制補(bǔ)償通道的聲波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面聲波濾波器，特別是涉及使用單方向DART型換能器的表面聲波濾波器。
此種類型的換能器具有基本上從單方向上發(fā)射和接收聲波的優(yōu)點(diǎn)。這就極大的提高了該種換能器的效率。其由一系列換能器中心和反射中心組成，它們的分布狀態(tài)使得可以得到非常好的濾波特性。然而，由于此種設(shè)計(jì)，DART濾波器的尺寸相對(duì)較大，一般為λ的數(shù)百倍，其中λ為該器件中心工作頻率處的波長。
因此，對(duì)于包含兩個(gè)DART型換能器的濾波器，其中該換能器一個(gè)在輸入端，另一個(gè)在輸出端，需要使用長度明顯大于寬度的基底。這樣就需要使用其長度明顯大于寬度的非標(biāo)準(zhǔn)封裝，該種封裝很難在常用的嵌入系統(tǒng)中使用，并且還有扭曲和偏轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)。
由此，本發(fā)明建議了這樣一種表面聲波濾波器，其使用具有集成的DART型換能和反射功能的換能器，該濾波器包含兩個(gè)電連接的通道，每個(gè)通道包含一個(gè)輸入換能器和一個(gè)輸出換能器，所述的通道具有優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，因而可以在濾波帶和抑制帶方面得到非常滿意的性能，其手段是減少濾波器的長度，該參數(shù)目前是濾波器成本的一個(gè)決定性因素。
特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種表面聲波濾波器，其包含有換能器，每一換能器被一個(gè)加權(quán)函數(shù)來定義，該加權(quán)函數(shù)表示在換能器中反射和換能的密度以及反射和換能的相位。該加權(quán)函數(shù)可以通過離散化方法在換能器上物理實(shí)現(xiàn)，該方法對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是公知的，該方法包含以下選擇，即在換能器的每一區(qū)域內(nèi)，選擇反射器的密度和聲源的密度，該密度與加權(quán)函數(shù)所給出的值相應(yīng)。該加權(quán)函數(shù)還可以通過以下所稱的孔隙加權(quán)法在換能器上物理實(shí)現(xiàn)，其在換能器內(nèi)，在由加權(quán)函數(shù)給出的孔隙上，布置聲源和反射器，所述的濾波器具有一個(gè)給定的通頻帶和一個(gè)給定的抑制帶，并且包含有一第一通道，其包含有至少一個(gè)定義了一第一傳輸函數(shù)的第一輸入換能器和一第一輸出換能器，所述的第一通道具有一第一合成加權(quán)函數(shù)；一第二通道，其包含有至少一個(gè)定義了一第二傳輸函數(shù)的第二輸入換能器和一第二輸出換能器，所述的第二通道具有一第二合成加權(quán)函數(shù)；第一輸入換能器和第二輸入換能器彼此電連接；第一輸出換能器和第二輸出換能器彼此電連接；其中；兩通道的合成加權(quán)函數(shù)不相同，并且第一通道的傳輸函數(shù)和第二通道的傳輸函數(shù)在濾波器的通頻帶內(nèi)同相位，在濾波器的抑制帶內(nèi)反相。
更便利地，兩個(gè)通道的輸入換能器或輸出換能器可以相同，以減少耦合帶來的問題，這種耦合是由于換能器之間的衍射造成，其通常會(huì)導(dǎo)致在濾波器的抑制帶內(nèi)出現(xiàn)小圓凸(lobes)。
按照本發(fā)明另一可選用的實(shí)施例，輸入換能器和/或輸出換能器是串行聯(lián)接。
它們包含有連接到一第一差動(dòng)輸入(+V)的一外部總線的一第一電極序列，連接到一第二差動(dòng)輸入(-V)的一外部總線的一第二電極序列，連接到具有浮動(dòng)電勢(shì)的一中心總線的一第三電極序列，所述的第三電極序列將所述的第一電極序列和所述的第二電極序列隔開。該濾波器也可以工作在非差動(dòng)模式下，此時(shí)電勢(shì)(+V)以地代替。
按照本發(fā)明另一不同的實(shí)施例，輸入換能器和/或輸出換能器是并行聯(lián)接。
第一通道的換能器包含有連接到一第一差動(dòng)輸入(+V)的一外部總線的一第一電極序列，和一第二電極序列，第二通道的換能器包含有連接到一第二差動(dòng)輸入(-V)的一外部總線的一第三電極序列，和一第四電極序列，第二電極序列中的一部分電極與第三電極序列中的一部分電極通過連接盤相連接，第四電極序列中的一部分電極與第一電極序列中的一部分電極通過連接盤相連接。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種依照給定模板，即依照給定通頻帶和抑制帶，制造依照本發(fā)明的濾波器的方法。
該方法包含有以下步驟通過疊加處理確定第一通道的換能器的和第二通道的換能器的加權(quán)函數(shù)，以定義出所述的第一通道的傳輸函數(shù)和所述的第二通道的傳輸函數(shù)，其在通頻帶內(nèi)同相，在抑制帶內(nèi)反相；將上一步確定的加權(quán)函數(shù)離散化，以得到用以構(gòu)造第一和第二通道的換能器集的電極掩模。
參照附圖及以下并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制的實(shí)施例，將使得本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，附圖中

圖1是依照本發(fā)明的濾波器的示意圖，該濾波器包含兩個(gè)通道，每個(gè)通道有一個(gè)輸入換能器和一個(gè)輸出換能器；圖2是依照本發(fā)明的濾波器的示意圖，該濾波器在輸出端包含單一換能器；圖3示出了在輸入端和在輸出端包含不同換能器時(shí)的聲波耦合現(xiàn)象；圖4示出了兩串聯(lián)連接的換能器；圖5示出了一換能器，其被分成兩個(gè)被偏置了半個(gè)波長的相同的通道，且通過一個(gè)具有浮動(dòng)電勢(shì)的中心總線連接在一起；
圖6示出了通過一個(gè)浮動(dòng)總線串聯(lián)在一起的兩個(gè)不同的換能器；圖7示出了兩個(gè)并聯(lián)的換能器；圖8示出了依照現(xiàn)有技術(shù)，兩個(gè)相同且并聯(lián)在一起并被偏置了半個(gè)波長的換能器。
圖9示出了依照本發(fā)明，用在一個(gè)濾波器中的兩個(gè)不同且并聯(lián)的換能器；圖10示出了使用在依照本發(fā)明工作在220.38MHZ的實(shí)施例濾波器中的，每一通道的兩個(gè)換能器的加權(quán)函數(shù)；圖11示出了對(duì)加權(quán)函數(shù)的離散化；圖12示出了確定被隔離通道響應(yīng)的方法；圖13示出了依照本發(fā)明的工作在220.38MHZ的實(shí)施例濾波器中的、被隔離的兩個(gè)通道的傳輸函數(shù)的振幅，和所得到的濾波器的傳輸函數(shù)的振幅；圖14示出了依照本發(fā)明的工作在220.38MHZ的實(shí)施例濾波器中的、被隔離的兩個(gè)通道的傳輸函數(shù)的相位，和所得到的濾波器的傳輸函數(shù)的振幅和相位。
圖1是依照本發(fā)明的一般濾波器的示意圖。該濾波器有一第一通道，于其中有一聲波FU傳輸，此第一通道包含有至少一輸入換能器T1U和一輸出換能器T2U。該濾波器有一第二通道，于其中有一聲波FL傳輸，該第二通道也包含有至少一個(gè)輸入換能器T1L和一個(gè)輸出換能器T2L。輸入換能器T1U和T1L電連接到一以IN表示的輸入端，輸出換能器T2U和T2L連接到一以O(shè)UT表示的輸出端。
這兩個(gè)通道具有不同的合成加權(quán)函數(shù)但這也許有利于在輸入端和輸出端，使用兩個(gè)相同因而具有相同的加權(quán)函數(shù)的換能器。
圖2所示的示意圖代表依照本發(fā)明包含兩個(gè)不同的輸入換能器T1U和T1L，及與兩個(gè)相同的換能器等同的單一輸出換能器T2的濾波器。
此種類型的結(jié)構(gòu)使得可以對(duì)由于各個(gè)通道完全不同的結(jié)構(gòu)所帶來的缺點(diǎn)進(jìn)行糾正。事實(shí)上，如圖3所示，由于衍射，在通道之間可能出現(xiàn)耦合。這就導(dǎo)致了與聲波1和2不同的聲波3和4的出現(xiàn)。聲波3和4的振幅較小，但是可能被疊加到聲波1和2的振幅上從而使得振幅增加小的凸起而干擾抑制。
如果具有兩個(gè)相同的換能器T2U和T2L，聲波3的路徑和聲波1的路徑除相差一個(gè)比例系數(shù)外完全相同。對(duì)于聲波2和4的路徑，也是這種情況。由于聲波3和4的路徑向?yàn)V波器所作的貢獻(xiàn)，除了相差一個(gè)比例系數(shù)外，與聲波1和2的路徑所作的貢獻(xiàn)相同，因此耦合的效應(yīng)極大降低。
通常的，為連接輸入換能器T1U和T1L或者輸出換能器T2U和T2L，可以使用串聯(lián)連接或者并聯(lián)連接。以下對(duì)這些種連接方法的實(shí)施例進(jìn)行說明。
串聯(lián)連接的實(shí)施例串聯(lián)連接的物理實(shí)現(xiàn)使用了一種公知的用來制造具有兩個(gè)相同的串接在一起的通道的差動(dòng)或者平衡驅(qū)動(dòng)換能器方法，其在1997年的IEEE超聲波專題論文集的第27-31頁中，作者為P.迪菲里、F.魯、M.索拉爾(P.Dufilie，F(xiàn).Roux，M.Solal)的文章“平衡驅(qū)動(dòng)的聲反射換能器結(jié)構(gòu)(Balanced Drive Acoustic ReflectionTransducer Structure)”中進(jìn)行了描述。這種方法允許被驅(qū)動(dòng)的換能器由非差動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到差動(dòng)模式。為實(shí)現(xiàn)此目的，換能器被細(xì)分成兩個(gè)相同的通道，它們?nèi)鐖D4所示串接在一起。如圖5所示，有效(active)電極連接到外部以+和-表示的總線，其它的電極連接到一具有浮動(dòng)電勢(shì)的中心總線。為產(chǎn)生對(duì)稱模式，在這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)通道相對(duì)于另一通道被偏置半個(gè)波長。
在本發(fā)明的框架內(nèi)，為得到具有不同加權(quán)的通道，可以仍使用相同的方法，如圖6所示，其中有效電極連接到兩個(gè)外部總線，其它的電極連接到一中心總線。由于在中心軸線AA’兩邊電極的分布狀態(tài)不同，因此可以得到兩個(gè)不同的串聯(lián)連接的換能器。這些換能器相應(yīng)于依照本發(fā)明的濾波器中使用的輸入或輸出換能器。
并聯(lián)連接的實(shí)施例如圖7中示意出的，兩個(gè)換能器T1U和T1L并聯(lián)電連接，有效電極連接到兩個(gè)外部總線。
可在本發(fā)明中使用的一種實(shí)施例并聯(lián)連接，使用了本申請(qǐng)人的公開號(hào)為2740908的專利申請(qǐng)中特別描述的方法。
依照該方法，如圖8所示，包含兩個(gè)換能器和四個(gè)連接總線的結(jié)構(gòu)，被一種具有僅兩個(gè)連接總線的結(jié)構(gòu)所取代，連接到電勢(shì)+V的總線在上部，連接到電勢(shì)-V的總線在下部。在每一通道中，電極電連接到+V或-V，加權(quán)運(yùn)算等式和在兩通道間半個(gè)波長的偏置，使得一個(gè)通道的電極連接到與該通道相對(duì)的總線成為可能，其手段是將相對(duì)通道的一電極連接到該總線。
當(dāng)要獲得不同的加權(quán)通道時(shí)，需要獲得兩個(gè)不同的換能器的并聯(lián)連接。如圖7所示，對(duì)于有效電極，需要減少相對(duì)的總線的電勢(shì)。這可以通過如圖9所示的連接盤來實(shí)現(xiàn)，所述的連接盤相應(yīng)于圖7中表示電連接的電連接線。可準(zhǔn)備一規(guī)則以縮短連接同時(shí)避免任何可能的交叉。為達(dá)此目標(biāo)，以上參照的的方法應(yīng)予以修改。即，為連接一通道的電極至相對(duì)該通道的總線，可使用另一通道中連接到該總線的一電極，和一傾斜的小互連盤，如圖9所示。
依照本發(fā)明的應(yīng)用在移動(dòng)電話中且中心頻率為220.38MHZ的濾波器的實(shí)施例這個(gè)濾波器在石英基底上制造，其中，給定工作阻抗，且換能器并聯(lián)連接。
為制造此種濾波器，開始先確定兩通道中各個(gè)通道的加權(quán)函數(shù)以獲得優(yōu)化的傳輸函數(shù)，由此贏得必需的特性，即傳輸函數(shù)在濾波器的通頻帶內(nèi)同相，在抑制帶內(nèi)反相。特別的，優(yōu)化方法可以是REMEZ算法，其可見于1992年的IEEE超聲波專題論文集的第71-75頁中，作者為P.文圖拉(P.Ventura)，題目為“具有反射和換能特性同時(shí)優(yōu)化的SPUDT濾波器的合成方法(Synthesis of SPUDT Filterswith Simultaneous Reflection and Transduction Optimization)”的文章；1993年的IEEE超聲波專題論文集的第5-8頁中，作者為P.文圖拉、M.索拉爾、P.迪菲里、S.謝馬利(P.Ventura，M.Solal，P.Dufilie，S.Chamaly)，題目為“SPUDT濾波器的綜合優(yōu)化過程(AGlobal Optimization Procedure for SPUDT Filters)”的文章；1995年的IEEE超聲波專題論文集的第39-50頁中，作者為J.-M.奧德、J.德布瓦、P.迪菲里、M.索拉爾、P.文圖拉(J.-M.Hode，J.Desbois，P.Dufilie，M.Solal，P.Ventura)，題目為“SPUDT型濾波器設(shè)計(jì)原則和優(yōu)化(SPUDT-Based FiltersDesignPrinciples And Optimization)”的文章；或者見于1997年的IEEE超聲波專題論文集的第33-36頁中，作者為J.費(fèi)朗斯(J.Franz)等，題目為“SAW濾波器設(shè)計(jì)的混合優(yōu)化技術(shù)(Hybrid OptimizationTechniques For Design Of SAW Filters)”的文章。
圖10示出了優(yōu)化后的濾波器中兩個(gè)通道的加權(quán)函數(shù)，其相應(yīng)于沿著全通道的傳輸和反射函數(shù)。
圖11示出了在換能器T1U和T2U的源處的加權(quán)函數(shù)的離散化。同樣的處理過程被用于反射及其它換能器。通過離散化所得到的值指示出應(yīng)加到該電極上的電勢(shì)，即該電極必須連接的總線。
圖12示出了用于揭示上層通道的響應(yīng)的一種方法。為此，在測(cè)量該濾波器之前，放置一聲波高衰減FA于下層通道的聲波路徑上。對(duì)于另一通道，處理過程相同。
圖13示出了分別分析出的，第一通道的和第二通道的傳輸函數(shù)的振幅。從中可以發(fā)現(xiàn)濾波器的合成傳輸函數(shù)與每一通道的傳輸函數(shù)相比，要更窄并且具有一更好的形狀比率。
圖14示出了傳輸函數(shù)的相位。
對(duì)此種現(xiàn)象的解釋基于兩個(gè)通道的傳輸函數(shù)的相位。在鄰近中心頻率的位置它們同相。在通頻帶內(nèi)振幅互相疊加。
在抑制帶內(nèi)相位相反。振幅被減小，極大的提高了抑制能力和減少了整個(gè)濾波器的抑制帶。
實(shí)際上所得到的具更寬帶寬的每一通道的頻率響應(yīng)，使得濾波器的尺寸極大的減小，同時(shí)在整個(gè)特性上保留了窄的抑制帶。
由此可以制造一種被集中到7×5mm2封裝的小尺寸濾波器，而現(xiàn)有技術(shù)的濾波器需要13.3×6.5mm2尺寸的封裝。
權(quán)利要求
1.一種表面聲波濾波器，包含有換能器，每一換能器由一個(gè)加權(quán)函數(shù)定義，該加權(quán)函數(shù)反映所述的換能器中的反射中心和換能中心的分布狀態(tài)，所述的濾波器具有一給定的通頻帶和一給定的抑制帶并且包含有一第一通道，其包含有至少一個(gè)定義了一第一傳輸函數(shù)的第一輸入換能器和一第一輸出換能器，所述的第一通道具有一第一合成加權(quán)函數(shù)；一第二通道，其包含有至少一個(gè)定義了一第二傳輸函數(shù)的第二輸入換能器和一第二輸出換能器，所述的第二通道具有一第二合成加權(quán)函數(shù)；第一輸入換能器和第二輸入換能器彼此電連接；第一輸出換能器和第二輸出換能器彼此電連接；其中；兩通道的合成加權(quán)函數(shù)不相同，并且第一通道的傳輸函數(shù)和第二通道的傳輸函數(shù)在濾波器的通頻帶內(nèi)同相位，在濾波器的抑制帶內(nèi)反相。
2.如權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中第一和第二輸入換能器或者第一和第二輸出換能器具有相同的加權(quán)函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的表面聲波濾波器，其中第一和第二通道在輸入端或者在輸出端不可區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)相同的加權(quán)函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1至3所示的表面聲波濾波器，其中第一和/或第二輸入換能器和輸出換能器是串行聯(lián)接。
5.如權(quán)利要求4所述的表面聲波濾波器，其中第一和第二輸入和/或輸出換能器包含有連接到一第一差動(dòng)或非差動(dòng)輸入(+V)的一外部總線的一第一電極序列，連接到一第二差動(dòng)或非差動(dòng)輸入(-V)的一外部總線的一第二電極序列，連接到具有浮動(dòng)電勢(shì)的一中心總線的一第三電極序列，所述的第三電極序列將所述的第一電極序列和所述的第二電極序列隔開。
6.如權(quán)利要求1至3所述的表面聲波濾波器，其中輸入換能器和/或輸出換能器是并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的表面聲波濾波器，其中，第一通道的換能器包含有連接到一第一差動(dòng)或非差動(dòng)輸入(+V)的一外部總線的一第一電極序列，和一第二電極序列；第二通道的換能器包含有連接到一第二差動(dòng)或非差動(dòng)輸入(-V)的一外部總線的一第三電極序列，和一第四電極序列，第二電極序列中的一部分電極與第三電極序列中的一部分電極通過連接盤相連接，第四電極序列中的一部分電極與第一電極序列中的一部分電極通過連接盤相連接。
8.一種用于制造如權(quán)利要求1至7所述的濾波器的方法，進(jìn)一步包括通過疊加處理確定第一通道的換能器的和第二通道的換能器的加權(quán)函數(shù)，以定義出所述的第一通道的傳輸函數(shù)和所述的第二通道的傳輸函數(shù)，其在通頻帶內(nèi)同相，在抑制帶內(nèi)反相；將上一步確定的加權(quán)函數(shù)離散化，以得到用以構(gòu)造第一和第二通道的換能器集的電極掩模。
全文摘要
一種表面聲波濾波器,包含有第一和第二通道,第一通道包含有至少一個(gè)第一輸入換能器和一第一輸出換能器。第一通道的和第二通道的傳輸函數(shù)在濾波器的通頻帶內(nèi)同相,在濾波器的抑制帶內(nèi)反相。此種配置允許使用每一通道的頻率響應(yīng),具有極大的減少了濾波器的尺寸的寬帶同時(shí)同時(shí)降低了整個(gè)濾波器的抑制帶。
文檔編號(hào)H03H9/00GK1254964SQ9911153
公開日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1999年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者皮埃爾·迪菲里, 斯特凡娜·謝馬力 申請(qǐng)人:湯姆森-無線電報(bào)總公司