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(chǎn)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(lái)SAW相關(guān)的技術(shù)不斷提升,尤其是頻率范圍,從原來(lái)的KHz到MHz,同時(shí)性能也越來(lái)越好,為不少生產(chǎn)廠家解決了問(wèn)題.現(xiàn)在SAW的頻段已經(jīng)發(fā)展到GHz了,這是為未來(lái)的產(chǎn)品研發(fā)的,雖然現(xiàn)在并不普及,但隨著產(chǎn)品要求越來(lái)越高,未來(lái)GHz的市場(chǎng)前景非常巨大.

無(wú)線通信和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展正在推動(dòng)使用千兆赫范圍頻率的各種應(yīng)用的開發(fā)和商業(yè)化.這些新應(yīng)用越來(lái)越需要采用諧振器基本振蕩模式的高精度和穩(wěn)定的千兆赫范圍石英晶體定時(shí)器件,而不需要以高次諧波振蕩或低頻振蕩為基礎(chǔ)的鎖相環(huán)(PLL).

Epson Toyocom的回應(yīng)是開發(fā)了NS-34R諧振器和一對(duì)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(jīng)在批量生產(chǎn)中證明可用于高達(dá)800MHz的諧振頻率.Epson Toyocom利用其制造技術(shù)進(jìn)一步縮小尺寸并提高IDT的穩(wěn)定性(在石英基板上以規(guī)則圖案設(shè)置的梳形電極),使NS-34R能夠支持高達(dá)2.5GHz的共振頻率.

1.SAW諧振器：NS-34R

背景技術(shù)即使對(duì)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(shí)現(xiàn)GHz范圍諧振.然而,高精度STW器件難以實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗鼈兊念l率對(duì)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(dá)800MHz的諧振頻率下大規(guī)模生產(chǎn)的頻率對(duì)電極線寬和薄膜厚度的敏感性遠(yuǎn)低于STW諧振器.而且,這些晶體SAW諧振器的頻率溫度系數(shù)大約是STW諧振器的三倍.

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

照片1.NS-34R

表1.NS-34R主要規(guī)格

特點(diǎn)：NS-34R的頻率穩(wěn)定性為±200x10-6,包括初始頻率容差,頻率溫度系數(shù)和老化.它還具有良好的頻率-溫度特性.采用2端口結(jié)構(gòu)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(guò)+10dBm的功率應(yīng)用.使用NS-34R可以通過(guò)在振蕩環(huán)路內(nèi)傳播高功率信號(hào)同時(shí)利用NS-34R的高Q值來(lái)實(shí)現(xiàn)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(dāng)諧振器內(nèi)置于振蕩電路時(shí)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(qū)動(dòng)SAW振蕩器：EG-9000GC和EV-9000GB

背景：Epson Toyocom使用NS-34R開發(fā)EG-9000GCSAW振蕩器和EV-9000GB電壓控制SAW振蕩器(VCSO),兩者均直接激發(fā)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(fù)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(shù),但由于它使用2端口SAW諧振器,因此即使在GHz范圍內(nèi)也可提供高度放大.

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(diào)諧電路.在用于EV-9000GB的配置中,在功率分配器和頻率調(diào)諧電路之間增加了一個(gè)電壓控制移相器.塊與50歐姆相匹配.電路塊詳細(xì)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(shù).NS-34R的低VSWR和高功率耐用性有助于振蕩器的小型化,因?yàn)樗鼈儾恍枰獠克p器或匹配電路.實(shí)現(xiàn)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(lái),需要一個(gè)可以連接的功率分配器,而不會(huì)破壞其他電路塊上的匹配條件,并且具有良好的負(fù)載波動(dòng)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(wú)需輸出緩沖器,并且還有助于小型化.最后,即使控制電壓發(fā)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.