Файл: Учебнометодическое пособие по дисциплине Основы конструирования и технологии производства эс для студентов заочной формы обучения.docx

Рис. 4. Зависимость вносимых потерь на средней частоте от ширины полосы для различных материалов подложки

Для каждого материала существует число ????_???? , равное количеству длин волн, укладывающихся в апертуре преобразователя; сопротивление излучения, т.е. выходное сопротивление ВШП измеряется в омах и будет равно:

????_???? = (50????₀/????₀) ∙ ????_ПАВ

Основные пьезоэлектрические материалы, используемые в устройствах на ПАВ, приведены в табл. 3.

5. 
   Функциональные возможности ПАВ устройств
   

В настоящее время устройства на ПАВ применяются как полосовые фильтры в радиоприемниках, усилителях промежуточной частоты, синтезаторах частот, многоканальных приемках, где они заменяют кварцевые и многозвенные фильтры, требующие сложной методики подстройки.

Таблица 3

Материал

Срез и направление распространения

Скорость ПАВ x103, м/с

????0

∆????/????0 , %

????0

Ниобат лития	Y , Z	3,48	4	24	108
Ниобат лития	Z , X	3,49	14	7	17
Германат висмута	001 , 110	1,68	8,5	12	90
Германат висмута	110 , 001	1,62	12	8,5	46
Пьезокварц	Y , X	3,26	19	5,3	53
Пьезокварц ST	Y+42̊, X	3,15	22	4,6	46
Окись цинка (пленка)	┴, ????????	2,68	8	12	99
Нитрид алюминия (пленка)	X , Z	6,16	10	9,5	61

---

Фильтры на ПАВ изготавливаются по той же самой технологии, что и другие твердотельные приборы микроэлектроники, так что достичь низкой себестоимости и высокой воспроизводимости параметров нетрудно. После того, как фильтр разработан и изготовлен фотошаблон, характеристики изделий в процессе производства будут мало отличаться от партии к партии. В области частот от 30 до 500 МГц и при ширине полосы от 0,1 до 30% только фильтры на ПАВ одновременно удовлетворяют требованиям хорошей воспроизводимости, надежности, низкой стоимости, хорошей избирательности и малых размеров.

При построении полосовых фильтров на ПАВ обычно входной ВШП делают широкополосным, а выходной ВШП имеет заданную полосу, и амплитудно-частотная характеристика ПАВ-фильтра определяется только входным ВШП (см. рис. 5), хотя из принципа взаимности их можно поменять местами, что и делают при построении согласованных фильтров.


Рис. 5. Приборы на ПАВ: а) полосовой фильтр на ПАВ (ЧИФ); б) линия задержки на ПАВ; в) многоотводная линия задержки на ПАВ (СФ)
Вторым основным применением ПАВ являются линии задержки (ЛЗ). Они могут бить фиксированной задержкой (рис. 5б) и многоотводные (МЛЗ), имеющие несколько выходных ВШП, подключенных к суммирующим шинам (рис. 5в). Такие МЛЗ используются для обработки фазоманипулированных

сигналов (ФМн), т.е. для согласованной фильтрации. Фаза отводов кодируется в соответствии со структурой обрабатываемого сигнала путем соответствующего соединения выходных ВШП с суммирующими шинами.

Развитие помехозащищенных систем передачи информации,

---

РЛС, телеметрии поставило задачу обработки ФМн сложных сигналов (СлС) с большим количеством символов, т.е. ????_э ≥ 127, и с изменяющейся в процессе работы структурой кода фазовой манипуляции. Такую задачу решают согласованные фильтры на ПАВ. В них выходные ВШП соединяются с

суммирующими шинами через переключающие диоды. Это позволяет управлять фазой каждого из отводов электродов путем подачи на диоды соответствующих положительных либо отрицательных управляющих сигналов.

Такие фильтры в литературе получили название программируемых, т.к. они путем электронной перестройки способны в зависимости от программы, которая задает соответствующее смещение на коммутирующих диодах, обрабатывать ФМн СлС различной кодовой структуры.

Существуют два основных типа программируемых согласованных фильтров (ПСФ) на ПАВ. На рис. 6 приведена схема ПС, в которой к обеим выводящим суммирующим шинам двухфазного ВШП подключены двухпозиционные переключатели, позволяющие при включении их по мостовой схеме устанавливать фазу каждого из отводов на "????" или "O". На рис. 6б приведена электрическая схема звена такого ПСФ.
Для уменьшения потерь в ПСФ необходимо выполнять условия

???? ≫ ????_Д и ????_Д ≪ 1/????????_Д ,

где R– сопротивление цепи смещения, ????_Д – прямое сопротивление диода, ????_Д

– емкость запертого диода, ???? – частота. Например,

---

при ???? = 2 кОм, ????_Д = 10 Ом,

????_Д = 0,6 пФ потери составляют 0,1 дБ; повышение ????_Д до 200 Ом приводит к возрастанию потерь до 0,8 дБ.


Рис. 6. Схема электронно-перестраиваемого, т.е. программируемого согласованного фильтра (ПСФ) на ПАВ; б) конструкция ПСФ на ПАВ
Для управления коммутирующими цепями (подачи соответствующего напряжения смущения на коммутирующие диоды) применяют опорный регистр сдвига (ОР) на триггерах, в который записана кодовая последовательность, в соответствии с которой произведена манипуляция фазы СлС в передающем устройстве.

При смене структуры кода в опорный регистр сдвига записывается другая последовательность.

Конструктивно ПСФ может быть выполнен в двух основных вариантах: гибридном (рис. 7) и монолитном (рис. 8). В гибридном варианте многоотводная ЛЗ (МЛЗ) на ПАВ напылена на пластине пьезоэлектрика (например, кварце), которая приклеена к диэлектрической подложке.



Рис. 7. Структурная схема гибридной конструкции программируемого СФ ФМн сложного сигнала
Кроме того, на ней размещены компоненты и элементы коммутирующей части схемы: бескорпусные диоды, тонкопленочные резисторы и полупроводниковые интегральные схемы для ОР сдвига.

Монолитный вариант (см. рис. 8) ПСФ выполняется

---

на сапфировой подложке с выращенными двумя эпитаксиальными слоями: пьезоэлектрического слоя и слоя кремния. На пьезоэлектрическом слое (нитриде алюминия AlN) путем напыления алюминия изготавливается МЛЗ, а в слое кремния выполняется вся коммутирующая часть ПСФ.




Рис. 8. Монолитная конструкция ПСФ ФМн сложного сигнала

6. 
   Изготовление ВШП
   

Для металлизации звукопровода в качестве основного проводящего металла обычно используют алюминий толщиной 0,1-0,2 мкм, а для лучшей адгезии алюминия к звукопроводу применяют подслой металла, имеющего хорошую адгезию.

Например, для кварца применяют подслой ванадия. Толщина подслоя 0,01-0,02 мкм. Пленки металла наносятся вакуумным напылением. После напыления металлической пленки на звукопровод последний покрывают слоем фоторезиста и экспонируют через фотошаблон; производят проявление, а затем травление металлической пленки.

7. 
   Пример расчета частотно-избирательного фильтра
   

Рассчитать частотно-избирательный фильтр с параметрами ????₀= 100 МГц;

∆???? = 5,3 МГц; ????_???? = 100 Ом.

1. 
   Определяем относительную полосу пропускания
   

∆????/????₀ = (5,3/100) ∙ 100% = 5,3%.

2. 
   Из табл. 2 находим, что оптимальным материалом является пьезокварц со срезом Y+42̊, c направлением распространения – X,
   

имеющий ????_ПАВ = 3,15 ∙ 10³ м/с, ????₀=22, ∆????/???? = 5,3%, ????₀ = 53.

3. 
   Определим ????_ПАВ :
   

---