GHz高頻段的SAW濾波器與SAW諧振器

來源：金洛鑫瀏覽：- 發布日期：2019-06-14 10:45:49【大中小】

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SAW的英文全稱是Surface Acoustic Wave,是聲表面波的意思,我們熟悉的聲表面波產品主要有兩種,分別是SAW濾波器和SAW諧振器,同屬于頻率控制元器件分類.幾十年來SAW相關的技術不斷提升,尤其是頻率范圍,從原來的KHz到MHz,同時性能也越來越好,為不少生產廠家解決了問題.現在SAW的頻段已經發展到GHz了,這是為未來的產品研發的,雖然現在并不普及,但隨著產品要求越來越高,未來GHz的市場前景非常巨大.

無線通信和半導體技術的發展正在推動使用千兆赫范圍頻率的各種應用的開發和商業化.這些新應用越來越需要采用諧振器基本振蕩模式的高精度和穩定的千兆赫范圍石英晶體定時器件,而不需要以高次諧波振蕩或低頻振蕩為基礎的鎖相環(PLL).

Epson Toyocom的回應是開發了NS-34R諧振器和一對采用NS-34R,EG-9000GC和EV-9000GB的低噪聲振蕩器.NS-34R基于最初的Epson ToyocomST切割晶體表面聲波(SAW)諧振器,已經在批量生產中證明可用于高達800MHz的諧振頻率.Epson Toyocom利用其制造技術進一步縮小尺寸并提高IDT的穩定性(在石英基板上以規則圖案設置的梳形電極),使NS-34R能夠支持高達2.5GHz的共振頻率.

1.SAW諧振器：NS-34R

背景技術即使對于SAW聲表面波濾波器也快速傳播的STW(表面橫波)通常用于在基模下實現GHz范圍諧振.然而,高精度STW器件難以實現,因為它們的頻率對電極線寬和膜厚度高度敏感,這使得它們易受制造工藝變化的影響.相反,使用Epson Toyocom原始ST切割基板的晶體SAW諧振器的頻率以及該公司在高達800MHz的諧振頻率下大規模生產的頻率對電極線寬和薄膜厚度的敏感性遠低于STW諧振器.而且,這些晶體SAW諧振器的頻率溫度系數大約是STW諧振器的三倍.

鑒于這些優勢,Epson Toyocom開始著手應用其微加工和穩定技術,努力縮小梳形電極的幾何尺寸,并成功開發出高精度的NS-34R聲表面諧振器,該諧振器支持高達2.5GHz的諧振頻率.

照片1.NS-34R

表1.NS-34R主要規格

項目	產品規格
標稱頻率范圍	800MHz-2500MHz
頻率穩定	±200ppm
周轉溫度	+37.5°C±20°C
拋物線系數	(-0.016±0.004)x10-6/°C2
工作溫度范圍	0°C至75°C(正在開發的溫度范圍更廣的產品)
外形尺寸(mm)	3.8x3.8x0.98tmm

特點：NS-34R的頻率穩定性為±200x10-6,包括初始頻率容差,頻率溫度系數和老化.它還具有良好的頻率-溫度特性.采用2端口結構的諧振器,NS-34R的電氣特性包括Q值為1000,插入損耗為6dB.此外,NS-34R的功率耐用性使其能夠承受超過+10dBm的功率應用.使用NS-34R可以通過在振蕩環路內傳播高功率信號同時利用NS-34R的高Q值來實現低相位噪聲振蕩器.此外,由于NS-34R在中心頻率處的VSWR為1.5或更小,當諧振器內置于振蕩電路時不需要匹配電路,因此NS-34R也有助于振蕩器的小型化.封裝尺寸是3.8x3.8x0.98tmm.

圖1.NS-34R溫度-頻率特性

2.GHz頻段直接驅動SAW振蕩器：EG-9000GC和EV-9000GB

背景：Epson Toyocom使用NS-34R開發EG-9000GCSAW振蕩器和EV-9000GB電壓控制SAW振蕩器(VCSO),兩者均直接激發GHz頻段的振蕩.兩種常見類型的振蕩電路使用SAW諧振器：Colpitts型或其他負電阻振蕩電路和反饋型振蕩電路.EG-9000GC和EV-9000GB都使用反饋類型.反饋類型具有較高的器件數,但由于它使用2端口SAW諧振器,因此即使在GHz范圍內也可提供高度放大.

GHz高頻段的SAW濾波器與SAW諧振器

照片2.EV-9000GB 照片3.EG-9000GC

特征：圖2顯示了振蕩框圖.EG-9000GC的基本電路配置包括SAW諧振器,高頻放大器,功率分配器和頻率調諧電路.在用于EV-9000GB的配置中,在功率分配器和頻率調諧電路之間增加了一個電壓控制移相器.塊與50歐姆相匹配.電路塊詳細信息如下.

圖2.振蕩電路配置

首先,諧振器是NS-34R,它具有高Q值,低插入損耗,高功率耐久性和良好的溫度-頻率系數.NS-34R的低VSWR和高功率耐用性有助于振蕩器的小型化,因為它們不需要外部衰減器或匹配電路.實現低相位噪聲需要具有低NF和高飽和輸出功率的高頻放大器.因此,使用不需要輸入-輸出匹配電路并且提供大約10dBm飽和輸出功率但具有低NF的中輸出MMIC用作高頻放大器.

接下來,需要一個可以連接的功率分配器,而不會破壞其他電路塊上的匹配條件,并且具有良好的負載波動隔離.因此選擇了Wilkinson功率分配器,一種提供高度隔離的功率分配器.功率分配器可以緊接在放大器之后放置,以獲得高輸出功率而無需輸出緩沖器,并且還有助于小型化.最后,即使控制電壓發生變化,移相器也必須保持恒定的輸入/輸出阻抗,因此選擇使用可變電容二極管并包括3dB混合支路耦合器的反射移相器.

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