PCMR体声波谐振器多物理场仿真及芯片制作研究
BAW
基于CMOS工艺的高性能射频滤波器：体声波滤波器（BAW）过去几年中，随着射频集成电路技术和系统结构的发展，移动电话中射频部分的很多分立器件已被替换。
最为明显的就是接收机中分立的低噪声放大器（LNA）和中频（IF）滤波器已经被集成到射频集成电路中。
可以预期各射频模块将逐步被集成到标准BiCMOS或CMOS集成电路中，但还是有几类射频元件的集成不太容易做到，其中就包括射频滤波器。
所有的移动电话都需要射频滤波器以保护敏感的接收（Rx）信道，使之免受其他用户的发送（Tx）信号及各种射频源产生的噪声干扰。
移动电话可能要求当Rx信号比干扰信号强度低120dB时仍能工作。
而前置放大器无法提供足够小的互调以满足这种要求。
体声波（BAW）和薄膜腔声谐振器（FBAR）滤波器被分别用来替代移动电话中的传统射频滤波器，因为目前其性能已超过表面波（SAW）滤波器，而且可以通过标准集成电路技术生产，极具价格竞争力。
天线和前置放大器之间高选择性的射频滤波器保证了只有正确的Rx波段内的信号被放大。
分配给移动电话系统的频段是从400MHz到2.2GHz；带宽一般在20到75MHz之间。
Tx波段低于Rx波段，但之间仅有20MHz的间隙。
在20MHz这么窄的过渡带中，Rx滤波器必须从在相应的Tx波段上边沿处有大于15dB的衰减，变化到在Rx波段下边沿处有小于3dB的插入损耗。
要实现这么陡的沿，滤波器元件需要有极低的损耗，及很高的品质因数（Q），对于电抗元件，Q≥400是必须的。
选择性射频滤波器在移动电话的Tx信道中按规程也是需要的，以避免在规定波段以外发出射频功率。
这些Tx滤波器主要考虑的是不让功率放大器把噪声和Tx波段外的信号放大。
GSM系统是时分复用的。
GSM手机的天线用射频开关在Rx和Tx信道之间来回切换。
由于这种切换，在GSM系统中，接收和发送的信号相对易于相互隔离。
与GSM不同，CDMA和W-CDMA及第三代（UMTS）标准都工作在全双工模式，即电话同时在接收和发送信号。
光通信波导微环谐振器的设计与仿真探究
光通信波导微环谐振器的设计与仿真探究【关键词】光通信；波导微环谐振器；设计与仿真5G时代来临不仅改变了生活方式，同时也使人们对通信提出了更高的要求，尤其是数据传输规模以及时间。
以光波作为介质进行信息传输的优势在于传输速度较快并且带宽更宽，同时传输过程中能耗较少。
光波导对光通系统而言具有十分重要的作用，基于全反射加强对广播传输的控制，在既定范围内实现信息传输。
以光波为主体而生成的微环谐振器因具有波导间耦合作用致使各器件对波长由较为严格的要求，而耦合作用所取得的效果主要取决于耦合间距。
1光通信概述按光源特性，可分为激光通信和非激光通信;按传输介质，可分为大气激光通信和光纤通信;按传输波段，可分为可见光通信、红外光通信和紫外光通信。
光是一种电磁波，其波长通常在1×103~5×10-3微米范围内。
光的频率高，光通信的频带宽，通信容量大，抗电磁干扰能力强。
激光通信是利用激光传输信息的，激光是一种方向性极强的相干光;非激光通信是利用普通光源(非激光)传输信息的，如灯光通信。
大气激光通信不需要铺设线路，便于机动，但易受气候和外界影响，适用于地面近距离通信和通过卫星反射进行的全球通信。
采用激光器作光源的光纤通信，不受外界干扰，保密性好，使用范围广，适用于陆上和越洋的远距离大容量的干线数字通信。
采用发光管作光源的光纤通信属非激光通信，适用于近距离、中小容量的模拟或数字通信。
可见光通信是利用可见光(波长0.76~0.39微米)传输信息的。
早期的可见光通信采用普通光源，如火光通信、灯光通信、信号弹等。
由于普通光源散发角大，通信距离近，只能作为视距内的辅助通信。
近代的可见光通信有氦氖激光（红色)通信和蓝绿激光通信。
红外光通信是利用红外线(波长1000~0.76微米)传输信息的。
紫外光通信是利用紫外线(波长0.39~5×10-3微米)传输信息的。
通常所说的红外光通信和紫外光通信均为非激光通信。
电声设备的多物理场仿真2
COMSOL Multiphysics® 电声设备建模Part II钟振红高级技术工程师COMSOL 中国声明：©2019,COMSOL Co.Ltd.本课程包含的所有内容版权为COMSOL 公司所有。
课程内容仅供参加本课程的用户学习使用，严禁个人或组织擅自以任何形式盗录、翻拍及转载。
所有未经COMSOL 公司授权而使用本课程内容的行为均视为侵权行为，COMSOL 公司将保留追究其法律责任的权利。
日程▪COMSOL简介及电声建模思路▪声学部分声学原理压力声学热粘性声学▪结构部分结构力学分析类型固体力学、壳、膜多层壳接口声-结构耦合▪电磁部分电磁理论和接口静电及麦克风模拟磁场及扬声器模拟集总电路与场耦合放大!粘性边界层0.3 mm无滑移声学边界层▪声学边界层:0.7 (空气@ 20︒C)7.0 (水@ 20︒C)0.2 mm (空气@ 100 Hz)0.07 mm (空气@ 1 kHz)50 μm (水@ 100 Hz)15 μm (水@ 1 kHz)绝热无旋热粘性声学如何模拟边界层损耗▪使用均匀模型: 狭窄区域声学波导和恒定截面结构经典电声学或双端口方法DOF: (p)▪使用热粘性声学接口考虑所有细节适用于任意情形!频域和时域复杂几何计算消耗大可与结构振动耦合DOFs: (p,u,T )▪近似窄管中的热和粘性边界层损失▪如果管的横截面与热和粘性边界层厚度相当（明天更多），这些损失非常显著▪如果管具有恒定或缓慢变化的横截面并且长而窄，则是良好近似压力声学压力声学热粘性声学狭窄区域声学▪使用压力声学，频域▪对窄域添加狭窄区域声学节点▪选择管道类型并输入几何属性▪与多孔声学一样，最终转化为复值声速和密度狭窄区域声学▪适用于横截面Ω恒定的波导▪适用于所有频率和边界层厚度▪当L >> R 时最精确▪均匀化的边界层损耗为复数值波数k c 和特征阻抗Z c▪基于解析模型或“横截面分析”▪适用于端口边界条件LΩR▪狭缝▪矩形导管▪等边三角形导管▪圆形导管▪非常狭窄圆管(等温)半径<< 热边界层▪宽管近似任何形状，只要水力直径（= 4 * A / C）>>粘性边界层▪用户定义:任意形状指定复数波数和复杂的特征声阻抗这些可以从热粘性声学，边界模式接口中提取tabm.kn和tabm.Zc管道类型▪简单几何波导管道▪复杂几何麦克风格栅穿孔换能器▪计算全套控制方程无假设(线性部分)频域和时域▪可完全耦合其它物理场固体壳膜压力声学(FEM 和BEM)▪支持动网格▪复杂几何▪计算消耗大▪需要明智的选择使用!热粘性声学材料参数▪背景密度ρ0▪动力粘度μ▪体积粘度μB▪常压热容C p▪热传导系数k校验: αp和βT ▪等效热膨胀系数αp▪等温压缩性βT网格: 热粘性声学▪解析边界层(TA 和LNS)▪3D下5个因变量: p, u, 和T▪热粘性声学> 5 倍压力声学计算量▪网格必须解析边界层使用边界层网格。
有质量评定的射频体声波滤波器 第2部分：使用指南-最新国标
有质量评定的射频体声波滤波器 第2部分:使用指南1 范围本文件所涉及的射频（RF ）体声波（BAW ）滤波器，目前已被广泛应用于手机通讯、测量设备、雷达系统以及消费品领域。
本文给予射频体声波滤波器用户以实用的指导。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修订单）适用于本文件。
3 技术考虑用户主要关注的是滤波器性能应满足其特定规格。
满足这些规格的调谐网络和射频（RF ）体声波（BAW ）滤波器的选择应该是用户和制造商之间需要达成的协议。
滤波器的性能通常由随频率变化的插入损耗来表示，如图1所示。
GB/T 27700.1-2023的8.5.2规定了测量插入损耗的标准方法。
插入损耗进一步细化为标称频率、最小插入损耗或最大插入损耗、通带波动与矩形系数。
滤波器性能在规定工作温度范围内的最低温度与最高温度以及环境测试前后均应满足规范。
衰减频率中心频率截止频率截止频率相对衰减参考频率指定的通带指定的阻带减衰标称插入损耗通带波纹最小插入损耗图1 射频体声波滤波器频率响应特性4 射频体声波滤波器基本原理4.1 概述射频（RF ）体声波（BAW ）滤波器具有尺寸小、重量轻、无需调整、高稳定性、高可靠性的特点。
射频体声波滤波器在声表面波（SAW ）滤波器与介质滤波器领域之外增加了新的特性与应用方向。
目前，具有低插入损耗的RF-BAW 滤波器广泛应用于吉赫兹（GHz ）范围的多种应用领域。
RF-BAW 滤波器因其小型化与低插入损耗的特点在移动通讯应用中迅速占领市场。
与RF-SAW 滤波器相比，具有相同带宽的RF-BAW 滤波器可较易实现低插入损耗的特性，并且具有较小的体积。
但是BAW 滤波器可实现的带宽受限于所用的压电材料、设计方法等因素。
用户有必要理解这些因素对BAW 滤波器性能的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PCMR体声波谐振器多物理场仿真及芯片制作研究
PCMR体声波谐振器多物理场仿真及芯片制作研究
摘要
随着现代电子技术的不断发展，电子器件的性能需求越来越高，
对于体声波谐振器的应用也越来越广泛。然而，目前市场上大
部分的声波谐振器仍然以晶体谐振器（TCXO）为主，而
PCMR体声波谐振器作为一种全新的声波谐振器，具有体积小、
功耗低的特点，能够满足更多的应用需求。本文采用
COMSOL多物理场仿真软件，对PCMR体声波谐振器进行了
仿真分析，并进行了芯片制作。
通过理论分析，可以得出PCMR体声波谐振器的特点：1）具
有低重复性温度漂移性能；2）具有高品质因数；3）具有良好
的抗震性能。对于一般的温度变化和机械震动干扰，PCMR体
声波谐振器的性能变化很小，能够满足高精度时钟和振荡电路
的要求。
在仿真分析过程中，为了保证仿真结果的准确性，需要同时考
虑力学、电磁、热学等多物理场的相互作用。COMSOL多物
理场仿真软件是目前商业软件中功能最齐全、最专业的多物理
场仿真软件之一，它能够有效地解决不同物理场之间的相互作
用问题。通过该软件，可以实现对PCMR体声波谐振器的建
模、仿真分析、结果可视化等步骤。
通过仿真分析，得出了PCMR体声波谐振器的谐振频率与谐
振角、品质因数等关键性能参数之间的关系，并进行了参数优
化，使其性能更加优越。在该基础上，设计了PCMR体声波
谐振器的电路和芯片，进行了工艺流程的优化和优化，得到了
优秀的实验结果。
关键词：PCMR体声波谐振器，COMSOL多物理场仿真，芯
片制作，谐振频率，品质因数
Abstract
With the continuous development of modern electronic technology,
the performance requirements of electronic devices are becoming
higher and higher, and the application of acoustic wave resonators
is becoming more and more widespread. However, most of the
acoustic wave resonators on the market are still crystal resonators
(TCXO), while PCMR piezoelectric composite material resonator
as a new acoustic wave resonator, has the characteristics of small
size and low power consumption, which can meet more application
needs. In this paper, COMSOL multiphysics simulation software is
used to analyze PCMR piezoelectric composite material resonator,
and chip production is carried out.
Through theoretical analysis, the characteristics of PCMR
piezoelectric composite material resonator can be obtained: 1) Low
repeatability temperature drift performance; 2) High quality factor;
3) Good seismic performance. For general temperature changes
and mechanical vibration interference, the performance of PCMR
piezoelectric composite material resonator changes very little,
which can meet the requirements of high-precision clocks and
oscillation circuits.
In the process of simulation analysis, in order to ensure the
accuracy of simulation results, it is necessary to consider the
interaction of multiple physical fields such as mechanics,
electromagnetics, and thermodynamics at the same time.
COMSOL multiphysics simulation software is one of the most
complete and professional multiphysics simulation software in
commercial software at present. It can effectively solve the
interaction problems between different physical fields. Through
this software, modeling, simulation analysis, and result
visualization of PCMR piezoelectric composite material resonator
is realized.
Through simulation analysis, the relationship between the
resonance frequency, resonance angle, quality factor and other key
performance parameters of PCMR piezoelectric composite
material resonator is obtained, and parameter optimization is
carried out to make its performance more superior. Based on this,
the circuit and chip design of PCMR piezoelectric composite
material resonator are designed, and the process flow is optimized
to obtain excellent experimental results.
Keywords: PCMR piezoelectric composite material resonator,
COMSOL multiphysics simulation, chip production, resonance
frequency, quality factor.PCMR体声波谐振器与晶体谐振器相
比，具有更高的品质因数，更好的零件参数稳定性以及更广泛
的频率范围。同时，在二次效应的影响下，PCMR体声波谐振
器也表现出更好的抗机械震动性能，更适合在高振动环境下使
用，并具有更低的功耗和更小的体积。由于其优良性能，已经
被广泛应用于无线通信、智能家居、机器人和医疗设备等领域。
在PCMR体声波谐振器的制造过程中，需要考虑多个因素的
影响，包括先进的材料性能、集成电路设计、芯片制造工艺等。
首先需要选择具有良好压电效应和韧性的材料作为PCMR的
主要材料。最常用的材料是PZT陶瓷，它具有较高的压电系
数和较好的机械特性。接下来需要设计与PCMR体声波谐振
器相适应的电路，并制造能够满足要求的芯片，为此需要使用
射频集成电路技术和VLSI（Very Large-scale Integration）工
艺。在制造PCMR体声波谐振器芯片的过程中，需要遵循严
格的制造流程并采用成熟的标准工艺，以确保制造质量的稳定
性和可靠性。
最终，通过在COMSOL multiphysics仿真软件中进行建模和仿
真分析，可以缩短PCMR体声波谐振器制造周期，并优化性
能。通过仿真分析可以快速对PCMR体声波谐振器的设计进
行优化，并在实际应用之前预测其性能和行为。这可以减少大
量的测试和制造成本，并加快产品开发周期。本文的研究结果
表明，COMSOL multiphysics仿真软件是进行PCMR体声波谐
振器分析和优化的有效工具，可以帮助设计团队优化PCMR
体声波谐振器的性能，并提高产品开发的效率和成功率。
总之，本文研究了PCMR体声波谐振器的多物理场仿真和芯
片制造技术。通过理论分析，可以得到PCMR体声波谐振器
的性能优势，如低温漂移、高品质因数和良好的抗震性能。
COMSOL multiphysics仿真软件可用于PCMR体声波谐振器的
设计优化，并可以预测其性能和行为。制造PCMR体声波谐
振器需要选择良好的材料，采用先进的VLSI工艺，遵循严格
的制造流程，从而确保制造质量和稳定性。未来，PCMR体声
波谐振器将在无线通信、智能家居、机器人和医疗设备等领域
得到更广泛的应用。