表面声波滤波器——设计方案（4）

设计步骤

设计声表面波滤波器，首先需要分析器件的指标要求，如中心频率、使用带宽、插入损耗等，结合产线工艺水平，选择合适的衬底材料和换能器材料。
确认可以满足器件性能需求的换能器设计方案，然后通过软件仿真。
对叉指换能器结构进行优化设计。
最后对工艺生产得到的样品进行测试，验证设计。

中心频率

从前面一章我们知道，对于 SAW 滤波器，其中心频率fo=v/λ=vs/2(a+ b)，a为叉指宽度，b为叉指间隔。那么，影响f因素有两个，一个是衬底材料本身，还有一个是决定叉指宽度的工艺生产能力。当选定衬底材料以后，SAW 滤波器的工作频率则由 IDT 的指条宽度决定，IDT 指条越窄，频率越高。采用 0.2~0.35 微米级的半导体精细加工工艺，制作的 SAW滤波器频率可达 2~3GHz。

提高工作频率主要考虑以下两种方法:
① 选用表面声波传播速度更高的衬底材料;
②) 提高细线条加工的工艺能力，核心是曝光设备和光刻技术。

插入损耗

插入损耗要求小于 3.5dB，它主要受压电材料、膜厚及 IDT 设计结构的影响。

使用带宽

SAW 滤波器的带宽主要取决于机电耦合系数K2。2492MHz表面波滤波器的使用带宽为10MHz左右，比较容易实现,但考虑到温漂影响和带内波动要求,实际设计带宽要适当放大。

带外抑制

一般来说，插入损耗和阻带抑制是一对相互矛盾的指标，即阻带抑制越高，损耗越大;反之，减小损耗同时保证足够的带外抑制就很困难。

驻波

SAW 滤波器的损耗要做得小,端口的匹配很重要。在微波系统里，50Ω 阻抗是标准设置。
因此滤波器的输入输出阻抗越接近 509，端口反射回损越小，驻波特性越好。

功率容量

实现滤波可以有不同的结构形式，各个结构的带外特性与功率容量有差异。考虑到功率容量的要求,我们选用了梯形(Ladder)结构的 SAW 滤波器,该型滤波器采用多级 IDT 串并联,具有低插损、高近端抑制、高功率耐受力的特点。设计时需要合理设计和布置串并联结构，同时工艺上采用耐高功率的镀膜金属材料或合金来制作 IDT。

ESD

声表器件所使用的压电材料，大都同时具有热释电效应，器件加工过程中的温度变化，常使器件带上很高的静电。这些静电电荷会在叉指电极间、芯片间、芯片与工装间自发释放。当静电场足够高时，静电荷释放容易损伤芯片，烧毁叉指电极。器件频率越高，纸条越细，越容易烧毁芯片表面电极，降低器件良品率。这是声表面波器件设计时不得不面对的问题。