專利名稱：結(jié)合了串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器的聲電隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)合了串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器的聲電隔離器。
背景技術(shù)：
電隔離器(galvanic isolator)允許信息信號從其輸入端通到其輸出端，但是在其輸入端與其輸出端之間沒有導(dǎo)電路徑。沒有導(dǎo)電路徑使電隔離器可以防止不期望的電壓在其輸入端與其輸出端之間通過。嚴(yán)格地說，電隔離器只阻擋直流(DC)電壓，不過通常的電隔離器也會另外阻擋交流(AC)電壓，例如電力線處的音頻電壓。電隔離器的一種示例是數(shù)據(jù)耦合器，它使高數(shù)據(jù)率的數(shù)字信息信號通過，但是會阻擋DC電壓，另外還阻擋低頻AC電壓。
數(shù)據(jù)耦合器的一種示例是光隔離器，例如Agilent Technologies，Inc.銷售的光隔離器。在光隔離器中，由發(fā)光二極管(LED)將電信息信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號經(jīng)過不導(dǎo)電的光傳輸介質(zhì)(通常是空氣隙或光波導(dǎo))，并由光檢測器接收。光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換回電信號。是因?yàn)楣庑盘柨梢酝ㄟ^不導(dǎo)電的光傳輸介質(zhì)，而不需要金屬導(dǎo)體，所以提供了電隔離功能。
其他的數(shù)據(jù)耦合器包括由第一線圈磁耦合到第二線圈所組成的變壓器。使電信息信號經(jīng)第一線圈通過會將電信息信號轉(zhuǎn)換為磁通量。磁通量經(jīng)空氣或不導(dǎo)電的磁材料通到第二線圈。第二線圈將磁通量轉(zhuǎn)換回電信號。變壓器允許高數(shù)據(jù)率信息信號通過，而阻擋DC電壓和低頻AC電壓的傳遞。磁通量傳輸者造成的阻礙足以防止DC電壓和低頻AC電壓從輸入端通到輸出端。有時也用隔直流電容器來提供類似的隔離功能。
便宜的光隔離器通常由于器件的電容以及光器件的功率限制而將數(shù)據(jù)率限制在約10Mb/s。采用變壓器方式需要線圈具有大電感同時還要能夠傳輸高數(shù)據(jù)率的信息信號。這種相互矛盾的需求常常難以兼顧。使用電容器不能在導(dǎo)電路徑中提供絕對的隔斷，因?yàn)樾畔⑿盘枙噪姷姆绞絺鬏斖ㄟ^。更好的解決方案將電信息信號轉(zhuǎn)換為另一種形式的信號(例如光或磁通量)，然后將這種另外形式的信號轉(zhuǎn)換回電信號。這樣可以消除輸入端與輸出端之間的電路徑。
許多數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以100Mb/s的速度工作。需要一種能夠以100Mb/s或更高速度工作的緊湊、便宜的電隔離器。還需要一種能夠?qū)εc信息信號頻率接近的AC信號進(jìn)行阻擋的緊湊、便宜的電隔離器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在第一方面提供了一種聲電隔離器。聲電隔離器的實(shí)施例包括載波信號源、被連接以接收信息信號和載波信號的調(diào)制器、解調(diào)器、以及連接在調(diào)制器與解調(diào)器之間的電隔離聲耦合器。電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種用于對信息信號進(jìn)行電隔離的方法。該方法的實(shí)施例包括提供電隔離聲耦合器的步驟，所述電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)；提供載波信號的步驟；用信息信號對載波進(jìn)行調(diào)制以形成調(diào)制電信號的步驟；經(jīng)過電隔離聲耦合器對調(diào)制電信號進(jìn)行聲耦合的步驟；以及從經(jīng)過電隔離聲耦合器聲耦合的調(diào)制電信號恢復(fù)信息信號的步驟。
包括串聯(lián)解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)的電隔離聲耦合器體積小巧，制造便宜，還能夠?qū)?shù)據(jù)率超過100Mbit/s的信息信號進(jìn)行聲耦合，并能在其輸入端與其輸出端之間承受很大的DC或AC電壓。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的聲電隔離器的框圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的聲耦合器一種示例的原理圖，所述聲耦合器可以用作圖1所示聲電隔離器的電隔離聲耦合器。
圖3的曲線圖示出圖2所示聲耦合器一種示例性實(shí)施例的頻率響應(yīng)特性(實(shí)線)以及組成它的解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)之一的頻率響應(yīng)特性。
圖4A是圖2所示聲耦合器一種實(shí)際示例的俯視圖。
圖4B和圖4C分別是沿圖4A所示斷面線4B-4B和4C-4C的剖視圖。
圖5A是圖4B中標(biāo)有5A的部分的放大圖，示出了聲解耦器的第一實(shí)施例。
圖5B是圖4B中標(biāo)有5A的部分的放大圖，示出了聲解耦器的第二實(shí)施例。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聲耦合器一種示例的原理圖，所述聲耦合器可以用作圖1所示聲電隔離器的電隔離聲耦合器。
圖7A是圖6所示聲耦合器一種實(shí)際示例的俯視圖。
圖7B和圖7C分別是沿圖7A所示斷面線7B-7B和7C-7C的剖視圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的聲耦合器一種示例的原理圖，所述聲耦合器可以用作圖1所示聲電隔離器的電隔離聲耦合器。
圖9A是圖8所示聲耦合器一種實(shí)際示例的俯視圖。
圖9B和圖9C分別是沿圖9A所示斷面線9B-9B和9C-9C的剖視圖。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的聲耦合器一種示例的原理圖，所述聲耦合器可以用作圖1所示聲電隔離器的電隔離聲耦合器。
圖11A是圖10所示聲耦合器一種實(shí)際示例的俯視圖。
圖11B和圖11C分別是沿圖11A所示斷面線11B-11B和11C-11C的剖視圖。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例用于對信息信號進(jìn)行電隔離的方法一種示例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的聲電隔離器10的框圖。聲電隔離器10在其輸入端子和其輸出端子之間傳輸電信息信號SI，同時在其輸入端子與其輸出端子之間提供電隔離。聲電隔離器10不僅為DC信號提供電隔離，而且提供AC電隔離。電信息信號SI通常是高數(shù)據(jù)率的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號，但也可以是模擬信號。在一種應(yīng)用中，電信息信號SI是100Mbit/s的以太網(wǎng)信號。
在所示的示例中，聲電隔離器10由本地振蕩器12、調(diào)制器14、電隔離聲耦合器16和解調(diào)器18組成。在所示的示例中，本地振蕩器12是電載波信號SC的源。調(diào)制器14具有被連接為從聲電隔離器10的輸入端子22、24接收電信息信號SI的輸入端，以及被連接為從本地振蕩器12接收載波信號SC的輸入端。調(diào)制器14的輸出端連接到電隔離聲耦合器16的輸入端26、28。
電隔離聲耦合器16在輸出端34、36處提供了平衡輸出。電隔離聲耦合器16的輸出端32、34連接到解調(diào)器18的輸入端。解調(diào)器18的輸出端連接到聲電隔離器10的輸出端子36、38。
電隔離聲耦合器16具有帶通頻率響應(yīng)，這將在下面參考圖3進(jìn)行詳細(xì)說明。本地振蕩器12產(chǎn)生載波信號SC，其名義頻率位于電隔離聲耦合器16的通帶中心。在聲電隔離器10的一種示例性實(shí)施例中，電隔離聲耦合器16的通帶中心位于頻率為1.9GHz處，本地振蕩器12產(chǎn)生頻率為1.9GHz的載波信號SC。本地振蕩器12將載波信號SC饋送到解調(diào)器14的載波信號輸入端。
調(diào)制器14從輸入端子22、24接收電信息信號SI并用電信息信號SI對載波信號SC進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生調(diào)制電信號SM。通常，調(diào)制電信號SM是依照電信息信號SI調(diào)制過的載波信號SC。可以使用任何適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方案。在一種示例中，載波信號由電信息信號SI進(jìn)行幅值調(diào)制，電信息信號SI是數(shù)字信號，具有分別代表0和1的低電平和高電平，在這種示例中，調(diào)制電信號SM具有小幅值和大幅值，它們分別代表電信息信號中的0和1。
如下面將要參考圖2和圖4A-4C詳細(xì)說明的，電隔離聲耦合器16將調(diào)制電信號SM從其輸入端26、28聲耦合到其輸出端32、34，從而向解調(diào)器18的輸入端提供電輸出信號SO。電輸出信號SO類似于調(diào)制電信號SM，即，它是具有與載波信號SC相同的頻率、與調(diào)制電信號SM相同的調(diào)制方案以及與電信息信號SI相同的信息內(nèi)容的調(diào)制電信號。解調(diào)器18對電輸出信號SO進(jìn)行解調(diào)以恢復(fù)電信息信號SI作為復(fù)原的電信息信號SR。復(fù)原的電信息信號SR是從解調(diào)器18到輸出端子36、38的輸出。
如本領(lǐng)域所知，解調(diào)器18包括檢測器(未示出)，該檢測器由電輸出信號SO恢復(fù)電信息信號SI。在一種示例中，檢測器對電輸出信號SO進(jìn)行整流和積分以恢復(fù)電信息信號SI。對于電信息信號SI是數(shù)字信號的應(yīng)用，在期望用于這些應(yīng)用的一種實(shí)施例中，解調(diào)器18通常還在檢測器之后另外包括時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路。CDR電路用于對從電輸出信號SO中恢復(fù)的原始電信息信號波形進(jìn)行清理以產(chǎn)生復(fù)原的電信息信號SR。解調(diào)器向聲電隔離器10的輸出端子36、38提供復(fù)原的電信息信號SR。
適于用作聲電隔離器10中本地振蕩器12、調(diào)制器14和解調(diào)器18的電路是本領(lǐng)域公知的。因此，不再對本地振蕩器12、調(diào)制器14和解調(diào)器18進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
在圖1所示的實(shí)施例中將本地振蕩器12示為聲電隔離器10的一部分。在其他實(shí)施例中，聲電隔離器10不帶本地振蕩器，而是具有載波信號輸入端子(未示出)，聲電隔離器經(jīng)過該輸入端子從外部載波信號發(fā)生器接收載波信號SC。在這樣的實(shí)施例中，載波信號輸入端子為聲電隔離器提供載波源。
現(xiàn)在將對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可用作聲電隔離器10中電隔離聲耦合器16的聲耦合器進(jìn)行說明。如下面將參考圖3詳細(xì)說明的一樣，這些實(shí)施例都具有帶通頻率響應(yīng)。聲耦合器的通帶用中心頻率和帶寬表征。通帶的帶寬確定了可以由聲耦合器進(jìn)行聲耦合的信息信號最大數(shù)據(jù)率。為了簡單起見，將把聲耦合器的通帶中心頻率稱為“聲耦合器的中心頻率”。如下面會更詳細(xì)說明的，聲耦合器的實(shí)施例是部分由各種傳聲材料的層組成的，這些層的厚度取決于聲信號在傳聲材料中的波長，所述聲信號的頻率名義上等于聲耦合器的中心頻率。在圖1所示聲電隔離器10中，載波信號SC的頻率名義上等于用作電隔離聲耦合器16的聲耦合器的中心頻率。
在本發(fā)明中，“四分之一波層”將用于表示這樣的傳聲材料層，該層的名義厚度t等于聲信號在材料中波長的四分之一的奇數(shù)倍，其中所述聲信號的頻率名義上等于聲耦合器的中心頻率，即t≈(2m+1)λn/4(1)其中λn為上述傳聲材料中聲信號的波長，m為大于或等于零的整數(shù)。四分之一波層的厚度可以與名義厚度相差λn/4的約±10％。也可以使用這個容限范圍之外的厚度，但性能會有些差，不過四分之一波層的厚度應(yīng)當(dāng)總是與λn/2的整數(shù)倍差別顯著。
此外，本發(fā)明中，在上述術(shù)語“四分之一波層”前加上表示四分之一波長數(shù)目的數(shù)字來表示這樣的四分之一波層，該層的厚度等于上述聲信號在材料層中波長四分之一的具體倍數(shù)。例如，術(shù)語“一倍四分之一波層”將用于表示這樣的傳聲材料層，其名義厚度t等于聲信號在材料中波長的四分之一，即t≈λn/4(式(1)中m＝0)，其中所述聲信號的頻率等于聲耦合器的中心頻率。一倍四分之一波層是具有最小可能厚度的四分之一波層。與之類似，三倍四分之一波層的名義厚度t等于上述聲信號在材料中波長的四分之三，即t≈3λn/4(式(1)中m＝1)。
術(shù)語“半波層”將用于表示這樣的傳聲材料層，該層的名義厚度t等于聲信號在材料中波長一半的整數(shù)倍，其中所述聲信號的頻率名義上等于聲耦合器的中心頻率，即t≈nλn/2(2)其中n為大于零的整數(shù)。半波層的厚度可以與名義厚度相差λn/2的約±10％。也可以使用這個容限范圍之外的厚度，但性能會有些差，不過半波層的厚度應(yīng)當(dāng)總是與λn/4的奇數(shù)倍差別顯著?？梢栽谛g(shù)語“半波層”前加上數(shù)字來表示這樣的半波層，該層的厚度等于上述聲信號在材料層中波長一半的具體倍數(shù)。
聲電隔離器以及作為其組成部分的電隔離聲耦合器用“擊穿電壓”表征。聲電隔離器的擊穿電壓是這樣的電壓，當(dāng)在聲電隔離器的輸入端子與輸出端子之間施加該電壓時，會造成大于閾值泄漏電流的泄漏電流流過。在像本發(fā)明中這樣具有多個輸入端子和多個輸出端子的聲電隔離器中，通過將輸入端子彼此電連接、輸出端子也彼此電連接來測量擊穿電壓。電隔離聲耦合器的擊穿電壓是這樣的電壓，當(dāng)在聲諧振電絕緣體的輸入端與輸出端之間施加該電壓時，會造成大于閾值泄漏電流的泄漏電流流過。在像本發(fā)明中這樣具有多個輸入端和多個輸出端的電隔離聲耦合器中，通過將輸入端彼此電連接、輸出端也彼此電連接來測量擊穿電壓。閾值泄漏電流取決于具體應(yīng)用情況，通常在微安量級。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的聲耦合器100一種示例的示意圖。聲耦合器100包括輸入端26和28、輸出端32和34、第一解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)106、第二DSBAR 108以及電路140，電路140將DSBAR 106、108串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間。DSBAR 106包括聲解耦器130，DSBAR 108包括聲解耦器170。聲解耦器130與聲解耦器170中至少其一是電絕緣性的，并將輸入端26、28與輸出端32、34電隔離開來。通常，聲解耦器130和聲解耦器170都是電絕緣性的。電絕緣聲解耦器130、170串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間。
在用作圖1所示聲電隔離器10中的電隔離聲耦合器16時，聲耦合器100將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，同時在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供電隔離。因此，聲耦合器100有效地將輸出端子36、38與輸入端子22、24電隔離開來，并使輸出端子與輸入端子在電壓方面可以具有高達(dá)其額定擊穿電壓的電壓差異。
DSBAR 106與DSBAR 108各包括第一薄膜體聲波諧振器(FBAR)、第二FBAR以及這些FBAR之間的聲解耦器。每個FBAR由相對的平面電極和電極之間的壓電元件組成。具體地說，第一DSBAR 106由第一FBAR 110、第二FBAR 120以及這些FBAR之間的電絕緣聲解耦器130組成。第二DSBAR 108由第一FBAR 150、第二FBAR 160以及這些FBAR之間的電絕緣聲解耦器170組成。在所示的示例中，第二FBAR120堆疊在第二FBAR 110上，第一FBAR 150堆疊在第二FBAR 160上?；蛘撸谝籉BAR 110可以堆疊在第二FBAR 120上，而第二FBAR 160可以堆疊在第一FBAR 150上。
在第一DSBAR 106中，第一FBAR 110由相對的平面電極112、114與電極112、114之間的壓電元件116組成，第二FBAR 120由相對的平面電極122、124與電極122、124之間的壓電元件126組成。電絕緣聲解耦器130位于FBAR 110的電極114與FBAR 120的電極122之間。在第二DSBAR 108中，第一FBAR 150由相對的平面電極152、154與電極152、154之間的壓電元件156組成，第二FBAR 160由相對的平面電極162、164與電極162、164之間的壓電元件166組成。電絕緣聲解耦器170位于FBAR 150的電極152與FBAR 160的電極164之間。
電路140由導(dǎo)體136、138、176、178、182和184組成。導(dǎo)體136、138分別將輸入端26、28電連接到第一DSBAR 106中第一FBAR 110的電極112、114。導(dǎo)體182、184通過分別將第二FBAR 120的電極122連接到第一FBAR 150的電極152、將第二FBAR 120的電極124連接到第一FBAR 150的電極154而將這些DSBAR 106、108串聯(lián)起來。導(dǎo)體176、178分別將第二DSBAR 108中第二FBAR 160的電極162、164電連接到輸出端32、34。
在第一DSBAR 106中，輸入端26、28接收到的調(diào)制電信號SM分別經(jīng)過導(dǎo)體136和138饋送到第一FBAR 110的電極112和114。在第一FBAR 110中，電極112和114向壓電元件116施加電輸入信號。施加到壓電元件116的電輸入信號使第一FBAR 110發(fā)生機(jī)械振動。聲解耦器130將第一FBAR 110產(chǎn)生的部分聲信號耦合到第二FBAR 120，所述聲信號使FBAR 120振動。第二FBAR 120的壓電元件126將第二FBAR 120的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為由第二FBAR 120的電極122和124接收的中間電信號。電路140將中間電信號從第一DSBAR 106中第二FBAR 120的電極122和124分別耦合到第二DSBAR 108中第一FBAR 150的電極152和154。
在第二DSBAR 108中，第一FBAR 150響應(yīng)于施加到其壓電元件156的中間電信號而機(jī)械振動。聲解耦器170將第一FBAR 150產(chǎn)生的部分聲信號耦合到第二FBAR 160，所述聲信號使第二FBAR 160振動。第二FBAR 160的壓電元件166將第二FBAR 160的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為由FBAR160的電極162和164接收的電輸出信號SO。導(dǎo)體176和178將電輸出信號SO從電極162、164分別連接到輸出端32、34。
出現(xiàn)在輸出端32、34之間的電輸出信號SO具有與施加在輸入端26、28之間的調(diào)制電信號SM相同的頻率并包括其信息內(nèi)容。因此，聲耦合器100有效地將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34。電絕緣聲解耦器130使連接到輸出端28的電極114與連接到電極152的電極122電絕緣，電絕緣聲解耦器170使電極152與連接到輸出端34的電極164電絕緣。因此，聲耦合器100還使輸出端32、34與輸入端26、28電隔離開來。
在聲耦合器100中，聲解耦器130對FBAR 110產(chǎn)生的聲信號到FBAR 120的耦合進(jìn)行控制，聲解耦器170對FBAR 150產(chǎn)生的聲信號到FBAR 160的耦合進(jìn)行控制。聲耦合器130、170共同控制聲耦合器100的帶寬。具體地說，由于聲解耦器130與FBAR 110和120之間的聲阻抗基本上不匹配，所以與通過FBAR 110與FBAR 120之間的直接接觸進(jìn)行耦合相比，聲解耦器130更少將FBAR 110產(chǎn)生的聲信號耦合到FBAR 120。與之類似，由于聲解耦器170與FBAR 150和160之間的聲阻抗基本上不匹配，所以與通過FBAR 150與FBAR 160之間的直接接觸進(jìn)行耦合相比，聲解耦器170更少將FBAR 150產(chǎn)生的聲信號耦合到FBAR 160。
調(diào)制電信號SM經(jīng)由串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間的DSBAR 106、108通過。圖3用虛線示出了DSBAR 106的頻率響應(yīng)特性作為DSBAR 106和108的頻率響應(yīng)特性的示例。DSBAR 106在大于100MHz的通帶寬度中顯示出了平坦的帶內(nèi)響應(yīng)，其寬度足以傳輸調(diào)制電信號SM一種實(shí)施例的整個帶寬，所述調(diào)制電信號SM是用一種數(shù)據(jù)率高于100Mbit/s的電信息信號SI實(shí)施例對載波信號SC進(jìn)行調(diào)制得到的。每個DSBAR都使經(jīng)過其的電信號受到圖3中虛線所示頻率響應(yīng)特性的影響。聲耦合器100得到的頻率響應(yīng)如圖3中實(shí)線所示。聲耦合器100具有平坦的帶內(nèi)響應(yīng)并在通帶與抑制頻帶之間具有陡峭的轉(zhuǎn)變。而且，隨著頻率到中心頻率的偏離量增加，頻率響應(yīng)持續(xù)下降，在抑制頻帶中造成了很大衰減。
圖4A是示出聲耦合器100一種實(shí)際示例的平面圖。圖4B和圖4C是分別沿圖4A中所示斷面線4B-4B和4C-4C的剖視圖。在圖2與圖4A-4C中，采用相同的標(biāo)號來標(biāo)記聲耦合器100的元件。
在圖4A-4C所示聲耦合器100的實(shí)施例中，DSBAR 106和DSBAR108懸置在襯底102中限定的共用腔104上方。將DSBAR 106和108懸置在腔上方使組成DSBAR 106的堆疊FBAR 110、120以及組成DSBAR 108的堆疊FBAR 150、160可以響應(yīng)于調(diào)制電信號SM進(jìn)行機(jī)械諧振。也可以采用使DSBAR106和108可以機(jī)械共振的其他懸置方案。例如，DSBAR106和DSBAR 108可以懸置在襯底102中限定的相應(yīng)的腔上方。在另一種示例中，可以通過聲布拉格反射器(未示出)將DSBAR 106、108與襯底102聲隔離，像John D.Larson III等在題為“Cavity-Less Film Bulk AcousticResonator(FBAR)Devices”的美國專利申請公開No.20050104690中所述那樣，該申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人并通過引用而結(jié)合于此。
在圖4A-4C所示的示例中，襯底102的材料是單晶硅。由于單晶硅是半導(dǎo)體，并因此不是良好的電絕緣體，所以襯底102通常由單晶硅的基底層101與位于基底層主要表面上的電介質(zhì)材料絕緣層103組成。絕緣層的示例性材料包括氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、聚酰亞胺、交聯(lián)聚亞苯基聚合物以及任何其他合適的電絕緣材料。絕緣層103使DSBAR 106、108與基底層101絕緣。或者，襯底102的材料可以是陶瓷材料，例如具有很高電阻率和擊穿電場的氧化鋁(Al2O3)。
在圖4A-4C所示的示例中，壓電材料的壓電層117提供了壓電元件116和166，壓電材料的壓電層127提供了壓電元件126和156。另外，在圖4A-4C所示的示例中，聲解耦材料的單一聲解耦層131提供了聲解耦器130和170，這將在下面參考圖5A進(jìn)行詳細(xì)說明。
在圖4A-4C所示的實(shí)施例中，圖2所示的輸入端26、28分別用端子焊盤26、28來實(shí)現(xiàn)，圖2所示的輸出端32、34分別用端子焊盤32、34來實(shí)現(xiàn)。端子焊盤26、28、32和34位于襯底102的主要表面上。圖2所示電路140由電跡線136、138、182、184、176和178組成，電跡線136從端子焊盤26到FBAR 110的電極112延伸，電跡線138從端子焊盤28到FBAR 110的電極114延伸，電跡線182從FBAR 120的電極122到FBAR150的電極152延伸，電跡線184從FBAR 120的電極124到FBAR 150的電極154延伸，電跡線176從FBAR 160的電極162到端子焊盤32延伸，電跡線178從FBAR 160的電極164到端子焊盤34延伸。電跡線136、138、176和178都在襯底102的部分主要表面上方延伸。另外，電跡線136和176在部分壓電層117下方延伸，電跡線138和178在部分壓電層117上方延伸，電跡線182在部分聲解耦層131上方延伸，電跡線184在部分壓電層127上方延伸。
在聲電隔離器10(見圖1)的某些實(shí)施例中，本地振蕩器12、調(diào)制器14和解調(diào)器18是在同一襯底102中或其上制造的，通常略去端子焊盤26、28、32、34，并使電跡線136、138延伸來連接到組成部分調(diào)制器14的相應(yīng)跡線，電跡線176、178延伸來連接到組成部分解調(diào)器18的相應(yīng)跡線。
圖5A是圖4B中標(biāo)有5A的部分的放大圖，示出電絕緣聲解耦器130第一實(shí)施例。下面對電絕緣聲解耦器130的說明也適用于電絕緣聲解耦器170。因此將不再單獨(dú)對電絕緣聲解耦器170進(jìn)行說明。在圖5A所示實(shí)施例中，電絕緣聲解耦器130由電絕緣聲解耦材料制成的四分之一波聲解耦層131組成。聲解耦層131位于FBAR 110和120(見圖4B)中的電極114與122之間以提供聲解耦器130，還位于FBAR 150和160(見圖4B)中的電極152與164之間以提供聲解耦器170?；蛘?，聲解耦器130和170也可以由單獨(dú)的聲解耦層(未示出)提供。聲解耦層131的聲解耦材料的聲阻抗介于空氣與FBAR 110、120的材料之間，還具有高電阻率和高的擊穿電壓。
材料的聲阻抗是材料中應(yīng)力與質(zhì)點(diǎn)速度之比，并可以以瑞利(縮寫為“rayl”)為單位進(jìn)行測量。FBAR 110、120、150和160的壓電元件116、126、156和166的壓電材料通常是氮化鋁(AlN)，電極112、114、122、124、152、154、162和164的材料通常是鉬(Mo)。AlN的聲阻抗通常約為35Mrayl，鉬的聲阻抗約為63Mrayl?？諝獾穆曌杩辜s為1krayl。
通常，聲解耦層131的電絕緣聲解耦材料與組成FBAR 110、120各自的壓電元件116、126的壓電材料相比，聲阻抗要小大約一個數(shù)量級。聲耦合器100的通帶帶寬取決于聲解耦層131的聲解耦材料與FBAR 110和120的材料之間的聲阻抗差異。在FBAR 110、120的材料如上所述的聲解耦器100實(shí)施例中，聲阻抗處于約2Mrayl到約8Mrayl的聲解耦材料得到的通帶寬度足以使聲電隔離10(見圖1)可以以高于100Mb/s的數(shù)據(jù)率工作。
確定聲電隔離器10(見圖1)的輸入端22、24與輸出端36、38之間擊穿電壓的主要因素是聲解耦層131的聲解耦材料的擊穿電場以及聲耦合器100中聲解耦層131的厚度。聲解耦層131是一倍四分之一波層的那些聲耦合器100實(shí)施例通?？梢砸宰罴训男盘柾暾詫⒄{(diào)制電信號SM從輸入端26、28耦合到輸出端32、34。聲解耦層131厚度大于一倍四分之一波層的聲耦合器100的實(shí)施例通常具有這樣的頻率響應(yīng)，即由于這種較厚的聲解耦層能夠支持多個聲模式而表現(xiàn)出雜散響應(yīng)效果。雜散響應(yīng)效果往往降低了聲耦合器100輸出的電輸出信號SO的“眼”的張開程度。為了確保聲電隔離器10(見圖1)輸出的恢復(fù)電信息信號SR的完整性，對于用厚度大于一倍四分之一波層的層作為聲解耦層131的聲耦合器100實(shí)施例，與用一倍四分之一波層(m＝0)作為聲解耦層131的聲耦合器100的實(shí)施例相比，通常需要在解調(diào)器18中使用更復(fù)雜類型的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。但是，對于一定的聲解耦材料，用厚度大于一倍四分之一波層的層作為聲解耦層131的聲耦合器100實(shí)施例得到的聲解耦器100通常具有比用一倍四分之一波層作為聲解耦層131的實(shí)施例更大的擊穿電壓。
聲解耦層131通過將用于電絕緣聲解耦材料的液體前驅(qū)體旋涂到電極114和164上方來形成。通過旋涂形成的聲解耦層通常會由于涂有聲解耦材料的表面輪廓而具有厚度不同的區(qū)域。在這樣的實(shí)施例中，聲解耦層131的厚度是聲解耦層中位于電極114與122之間以及位于電極152與164之間那部分的厚度。
許多材料是電絕緣性的，具有高的擊穿電場并具有上述范圍內(nèi)的聲阻抗。此外，許多這樣的材料可以用于上述厚度范圍內(nèi)的均勻厚度的層中。因此，這樣的材料都可能適用于作為聲解耦層131的聲解耦材料。但是，聲解耦材料還必須能夠耐受制造操作中的高溫，所述制造操作是在已沉積聲解耦層131以形成聲解耦器130、170之后進(jìn)行的。在聲解耦器100的實(shí)際實(shí)施例中，在沉積聲解耦材料之后，通過濺射來沉積電極122、124、152、154以及壓電層127。在這些沉積處理過程中可以達(dá)到高達(dá)400℃的溫度。因此要用在這樣的溫度下仍保持穩(wěn)定的材料作為聲解耦材料。
與FBAR 110、120、150和160的材料相比，通常的聲解耦材料具有很高的單位長度聲衰減。但是，由于聲解耦層131通常小于1μm厚，所以聲解耦材料制成的聲解耦層131引起的聲衰減通常可以忽略。
在一種實(shí)施例中，用聚酰亞胺作為聲解耦層131的聲解耦材料。聚酰亞胺由E.I.Du Pont de Nemours and Company以Kapton的商標(biāo)出售。在這種實(shí)施例中，由通過旋涂而施加的聚酰亞胺構(gòu)成的聲解耦層131提供聲解耦器130和聲解耦器170。聚酰亞胺具有約4Mrayl的聲阻抗和約165kV/mm的擊穿電場。
在另一種實(shí)施例中，用聚(對二甲苯)作為聲解耦層131的聲解耦材料。在這種實(shí)施例中，由通過真空沉積施加的聚(對二甲苯)構(gòu)成的聲解耦層131提供聲解耦器130和聲解耦器170。聚(對二甲苯)本領(lǐng)域也稱為“聚對二甲苯(Parylene)”。由二聚體前驅(qū)體二對二甲苯可以制成聚(對二甲苯)，所述二聚前驅(qū)體和用于對聚對二甲苯層進(jìn)行真空沉積的設(shè)備從許多供應(yīng)商處都可以獲得。聚對二甲苯具有約2.8Mrayl的聲阻抗和約275kV/mm的擊穿電場。
在另一種實(shí)施例中，用交聯(lián)聚亞苯基聚合物作為聲解耦層131的聲解耦材料。這種實(shí)施例中，由通過旋涂而施加到電極114的交聯(lián)聚亞苯基聚合物構(gòu)成的聲解耦層131提供聲解耦器130和聲解耦器170。交聯(lián)聚亞苯基聚合物是作為集成電路所用的低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料開發(fā)的，因此在FBAR 120和160的后續(xù)制造期間聲解耦材料所經(jīng)受的高溫下仍保持穩(wěn)定。交聯(lián)聚亞苯基聚合物具有約2Mrayl的計(jì)算聲阻抗。這個聲阻抗處于使聲耦合器200的通帶寬度足以用于在超過100Mbit/s的數(shù)據(jù)率下工作的范圍內(nèi)。
前驅(qū)體溶液含有聚合形成相應(yīng)的交聯(lián)聚亞苯基聚合物的各種低聚物，這樣的前驅(qū)體溶液由The Dow Chemical Company，Midland，MI以SiLK的注冊商標(biāo)出售。通過旋涂來施加前驅(qū)體溶液。這些前驅(qū)體溶液中名為SiLKTMJ的一種還含有附著力促進(jìn)劑，由這一種前驅(qū)體溶液獲得的交聯(lián)聚亞苯基聚合物具有2.1Mrayl，即約2Mrayl的計(jì)算聲阻抗。這種交聯(lián)聚亞苯基聚合物具有約400kV/mm的擊穿電場。
用于聚合形成交聯(lián)聚亞苯基聚合物的低聚物由含有雙環(huán)戊二烯酮(biscyclopentadienone)和芳族乙炔的單體來制備。采用這些單體形成可溶低聚物不需要過度取代。前驅(qū)體溶液含有溶解在γ-丁內(nèi)酯和環(huán)己酮溶劑中的指定低聚物。低聚物在前驅(qū)體溶液中的百分比決定了前驅(qū)體溶液旋涂時的層厚。在涂敷之后，加熱蒸發(fā)溶劑，然后使低聚物凝固形成交聯(lián)聚合物。雙環(huán)戊二烯酮與乙炔在4+2環(huán)加成反應(yīng)中發(fā)生反應(yīng)形成新的芳香環(huán)。進(jìn)一步凝固得到交聯(lián)聚亞苯基聚合物。Godschalx等在美國專利No.5,965,679中公開了上述交聯(lián)聚亞苯基聚合物，該專利通過引用而結(jié)合于此。Martin等在Development of Low-Dielectric Constant Polymer for theFabrication of Integrated Circuit Interconnect，12 ADVANCEDMATERIALS，1769(2000)中說明了另外的實(shí)施細(xì)節(jié)，該文章同樣通過引用而結(jié)合。與聚酰亞胺相比，交聯(lián)聚亞苯基聚合物的聲阻抗較小，聲衰減較小，介電常數(shù)較低，擊穿電場較高。此外，前驅(qū)體溶液的旋涂層能夠產(chǎn)生厚度在200nm量級的高質(zhì)量交聯(lián)聚亞苯基聚合物膜，這個厚度是聲解耦層131的典型厚度。
在一種可替換實(shí)施例中，聲解耦層131中提供了聲解耦器130和聲解耦器170的聲解耦材料是具有比FBAR 110、120、150、160大得多的聲阻抗的材料?，F(xiàn)在還沒有公開過具有這種特性的材料，但是今后可能會得到這種材料，或者今后也可能得到更低聲阻抗的FBAR材料。這種高聲阻抗聲解耦材料的四分之一波層厚度如上所述。
圖5B是圖4B中標(biāo)有5A的部分的放大圖，示出了電絕緣聲解耦器130的第二實(shí)施例。電絕緣聲解耦器130可以以簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。下面對聲解耦130的說明也適用于聲解耦器170。因此，將不再對聲解耦器170進(jìn)行單獨(dú)說明。在圖5B所示的實(shí)施例中，聲解耦器130由位于FBAR110的電極114與FBAR 120的電極122之間的電絕緣聲布拉格結(jié)構(gòu)161組成。聲布拉格結(jié)構(gòu)161包括位于高聲阻抗布拉格元件165、167之間的低聲阻抗布拉格元件163。這些布拉格元件中至少其一包括具有高電阻率、低介電系數(shù)和高擊穿電場的性能的材料層。
每個布拉格元件163、165和167都是四分之一波層。低聲阻抗布拉格元件163是低聲阻抗材料構(gòu)成的四分之一波層，而每個高聲阻抗布拉格元件165、167都是高聲阻抗材料構(gòu)成的四分之一波層。這些布拉格元件的材料的聲阻抗用彼此間相對的、以及相對于壓電元件116和126的壓電材料的“低”和“高”的聲阻抗來表征。通常用共同的四分之一波層材料來提供聲解耦器130的布拉格結(jié)構(gòu)161和聲解耦器170的布拉格解耦(未示出)。或者，聲解耦器130與170也可以由獨(dú)立的四分之一波層組成。
在一種實(shí)施例中，低聲阻抗布拉格元件163是二氧化硅(SiO2)的四分之一波層，二氧化硅的聲阻抗約為13Mrayl，每個高聲阻抗布拉格元件165、167分別是與電極114、122相同材料(例如鉬)的四分之一波層，鉬的聲阻抗約為63Mrayl。對高聲阻抗布拉格元件165和FBAR 110的電極114采用相同材料使高聲阻抗布拉格元件165還可以用作電極114。類似地，對高聲阻抗布拉格元件167和FBAR 120的電極122采用相同材料使高聲阻抗布拉格元件167還可以用作電極122。
在一種示例中，高聲阻抗布拉格元件165、167是鉬構(gòu)成的一倍四分之一波層，低聲阻抗布拉格元件163是SiO2構(gòu)成的一倍四分之一波層。在載波SC頻率約為1.9GHz的一種實(shí)施例中，鉬高聲阻抗布拉格元件165、167的厚度約為820nm，SiO2低聲阻抗布拉格元件163的厚度約為260nm。
用于低聲阻抗布拉格元件163的一種可替換材料是交聯(lián)聚亞苯基聚合物，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注冊商標(biāo)出售的前驅(qū)體溶液制成的交聯(lián)聚亞苯基聚合物。用于低聲阻抗布拉格元件163的可替換材料示例還包括氧化鋯(ZrO2)、氧化鉿(HfO)、釔鋁石榴石(YAG)、二氧化鈦(TiO2)以及各種玻璃。用于高聲阻抗布拉格元件165、167的一種可替換材料是鎢(W)。
在剛剛說明的示例中，布拉格元件163、165和167中只有一個是絕緣的，聲耦合器100的擊穿電壓，以及聲電隔離器10的擊穿電壓由低聲阻抗布拉格元件163的厚度或者低聲阻抗布拉格元件163材料的擊穿電場來確定。
通過使組成布拉格結(jié)構(gòu)161的所有布拉格元件163、165和167都由電絕緣材料來制造，可以提高聲耦合器100的擊穿電壓。在一種示例性實(shí)施例中，每個高聲阻抗布拉格元件163和167都是二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的四分之一波層，低聲阻抗布拉格元件165是交聯(lián)聚亞苯基聚合物構(gòu)成的四分之一波層，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注冊商標(biāo)出售的前驅(qū)體溶液制成的交聯(lián)聚亞苯基聚合物。但是，二氧化硅具有約30kV/mm的較低擊穿電場，而由于典型的交聯(lián)聚亞苯基聚合物中聲音速度較低，所以由其構(gòu)成的四分之一波層較薄。另一種布拉格結(jié)構(gòu)161的全絕緣實(shí)施例中擊穿電壓高得多，在該實(shí)施例中，每個高聲阻抗布拉格元件是氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的四分之一波層，低聲阻抗布拉格元件165是二氧化硅構(gòu)成的四分之一波層。氧化鋁具有約44Mrayl的聲阻抗以及幾百千伏/mm的擊穿電場。另外，聲音在氧化鋁中的速度比在典型的交聯(lián)聚亞苯基聚合物中高約7倍。與施加到二氧化硅構(gòu)成的兩個四分之一波層和交聯(lián)聚亞苯基聚合物構(gòu)成的一個四分之一波層兩端相比，將一定電壓施加到氧化鋁構(gòu)成的兩個四分之一波層和二氧化硅構(gòu)成的一個四分之一波層兩端造成的電場低得多。
用于布拉格元件163、165和167的可替換電絕緣材料示例包括氧化鋯(ZrO2)、氧化鉿(HfO)、釔鋁石榴石(YAG)、二氧化鈦(TiO2)以及各種玻璃。上述示例是基本上以聲阻抗的降序列出的。如果用具有較低聲阻抗的材料作為低聲阻抗布拉格層163的材料，則可以用這些示例中的任意示例作為高聲阻抗布拉格層165、167的材料。
對于其中高聲阻抗布拉格元件165、167與低聲阻抗布拉格元件163之間的聲阻抗差較小這樣的聲解耦器130實(shí)施例，布拉格結(jié)構(gòu)161可以由多于一(n)個低聲阻抗布拉格元件與相應(yīng)數(shù)目(n+1)個高聲阻抗布拉格元件交錯組成。例如，布拉格結(jié)構(gòu)161可以由兩個低聲阻抗布拉格元件與3個高聲阻抗布拉格元件交錯組成。雖然任何一個布拉格元件都不必是電絕緣的，但是如果布拉格元件中有一個或多個是電絕緣的，則得到的擊穿電壓更高。
某些電隔離器需要在其輸入端子與輸出端子之間具有高于1千伏的擊穿電壓。在聲耦合器100中，串聯(lián)的電絕緣聲解耦器130、170共同在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供電隔離。由聲解耦器130、170提供的電隔離性能可能不足以使聲電隔離器10(圖1)滿足高擊穿電壓要求。
下面將對根據(jù)本發(fā)明的聲耦合器另外的實(shí)施例進(jìn)行說明。在這些實(shí)施例中，每個DSBAR是絕緣解耦堆疊體聲波諧振器(IDSBAR)，所述IDSBAR具有一個或多個聲諧振電絕緣體位于組成IDSBAR的薄膜體聲波諧振器(FBAR)之間。將IDSBAR的一個或多個聲諧振電絕緣體進(jìn)行串聯(lián)的電連接，在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供的電隔離比通過上述串聯(lián)的電絕緣聲解耦器130、170所提供的更多。因此，這些聲耦合器實(shí)施例具有比上面參考圖2和圖4A-4C所述的聲耦合器100大得多的擊穿電壓。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聲耦合器200一種示例的原理圖。圖7A是示出聲耦合器200實(shí)際示例的俯視圖，圖7B和圖7C分別是沿圖7A中所示斷面線7B-7B和7C-7C的剖視圖。在圖6與圖7A-7C中，采用相同的標(biāo)號來標(biāo)記聲耦合器200的元件。
聲耦合器200包括輸入端26和28、輸出端32和34、第一絕緣解耦堆疊體聲波諧振器(IDSBAR)206、第二IDSBAR 208和電路140，電路140將IDSBAR 206與IDSBAR 208串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間。在聲耦合器200中，IDSBAR 206與IDSBAR 208各自是根據(jù)第一IDSBAR實(shí)施例的IDSBAR。根據(jù)第一IDSBAR實(shí)施例的IDSBAR的最簡形式具有依次位于組成它的FBAR之間的第一聲解耦器、四分之一波聲諧振電絕緣體和第二聲解耦器。聲諧振電絕緣體提供了額外的電絕緣性能而并未削弱從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34的調(diào)制電信號SM的信號完整性。IDSBAR 206和IDSBAR 208使聲耦合器200具有比上面參考圖2所述的聲耦合器100的其他類似實(shí)施例更高的擊穿電壓。
在用作圖1所示聲電隔離器10中的電隔離聲耦合器16時，聲耦合器200將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，同時在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供電隔離。因此，聲耦合器200有效地將輸出端子36、38與輸入端子22、24電隔離開來，并使輸出端子與輸入端子在電壓方面可以具有高達(dá)其額定擊穿電壓的電壓差異。
在圖6和圖7A-7C所示聲耦合器200的示例中，IDSBAR 206包括下部薄膜體聲波諧振器(FBAR)110、堆疊在FBAR 110上的上部FBAR120、依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之間的第一聲解耦器130、四分之一波聲諧振電絕緣體216和第二聲解耦器230。IDSBAR 208包括下部FBAR 160、堆疊在FBAR 160上的上部FBAR 150、依次位于下部FBAR 160和上部FBAR 150之間的第一聲解耦器170、四分之一波聲諧振電絕緣體256和第二聲解耦器270。IDSBAR 206和IDSBAR 208的其他實(shí)施例各自在各個FBAR之間交錯包括兩個或更多(n)個四分之一波聲諧振電絕緣體和相應(yīng)數(shù)目的(n+1)個聲解耦器。
聲諧振電絕緣體216、256串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間，使輸出端32、34與輸入端26、28電隔離開來，反之亦然。因此，在本實(shí)施例中，聲解耦器130、170、230和270不一定是電絕緣性的。不過，聲解耦器130、170、230和270與聲諧振電絕緣體216、256串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間，所以電絕緣性的聲解耦器130、170、230和270可以在輸出端32、34與輸入端26、28之間提供額外的隔離性能，反之亦然。因此，對于聲解耦器130、170、230和270是絕緣性的一種聲電隔離器10(見圖1)實(shí)施例，與其中聲耦合器130、170、230和270是導(dǎo)電性的那些實(shí)施例相比，通常具有更高的擊穿電壓。
這里將不再對上面參考圖2和圖4A-4C說明的FBAR 110、120、150和160、第一聲解耦器130和170、電路140以及襯底102進(jìn)行說明。上面對聲解耦器130、170進(jìn)行的說明也適用于聲解耦器230、270。因此，將不對聲解耦器230、270進(jìn)行單獨(dú)說明?？梢杂蒙厦鎱⒖紙D5A和圖5B說明的聲解耦器130的示例性實(shí)施例來提供各個聲解耦器130、170、230和270?？梢杂靡粋€或多個共同的四分之一波層材料提供聲解耦器1 30和聲解耦器170，也可以用一個或多個共同的四分之一波層材料提供聲解耦器230和聲解耦器270。在圖7A-7C所示的示例中，聲解耦材料構(gòu)成的聲解耦層131提供了第一聲解耦器130、170。另外，可以用聲解耦材料構(gòu)成的一個或多個共同的四分之一波層來提供第二聲解耦器230和第二聲解耦器270。在圖7A-7C所示的示例中，聲解耦材料構(gòu)成的聲解耦層231提供了第二聲解耦器230、270?；蛘撸部梢詥为?dú)提供各個聲解耦器130、170、230和270。
現(xiàn)在將對四分之一波聲諧振電絕緣體216進(jìn)行說明。下面的說明也適用于四分之一波聲諧振電絕緣體256，所以將不再對四分之一波聲諧振電絕緣體256進(jìn)行單獨(dú)說明。聲諧振電絕緣體216是由電絕緣材料構(gòu)成的四分之一波層。用一倍四分之一波層作為聲諧振電絕緣體216的那些實(shí)施例通常會以最佳的信號完整性將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28耦合到輸出端32、34。
聲諧振電絕緣體216將FBAR 110產(chǎn)生的聲信號傳輸?shù)紽BAR 120，但是使FBAR 120與FBAR 110電絕緣。此外，聲解耦器130、230通常是電絕緣性的，在FBAR 110與FBAR 120之間提供另外的電絕緣性能。因此，聲耦合器200有效地將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，而將輸出端32、34與輸入端26、28電隔離開來。
聲諧振電絕緣體216的電絕緣材料通常是電介質(zhì)或壓電材料，并與FBAR 110、120在聲阻抗方面匹配。例如，聲諧振電絕緣體216的材料與FBAR 110、120各自的壓電元件116、126的材料相同。在聲諧振電絕緣體216與壓電元件116、126材料不同的實(shí)施例中，聲阻抗的差異基本上小于一個數(shù)量級。在一種示例中，這些聲阻抗之比小于2。在一種實(shí)施例中聲諧振電絕緣體216的材料與壓電元件116、126的材料不同，該實(shí)施例中聲諧振電絕緣體216的材料例如是電介質(zhì)。適用于聲諧振電絕緣體216的電介質(zhì)材料包括氧化鋁(Al2O3)和非壓電(例如陶瓷)氮化鋁(AlN)。
盡管聲諧振電絕緣體216最好是一倍四分之一波層，但是在聲諧振電絕緣體216的典型壓電材料和電介質(zhì)材料中，聲音的速度比在下述聲解耦器130、230的典型材料中高得多。因此，以例如一倍四分之一波層的氮化鋁作為聲諧振電絕緣體216，其厚度約為典型聲解耦材料的一倍四分之一波層的七倍。結(jié)果，輸入端26、28與輸出端32、34之間一定的電壓施加在聲諧振電絕緣體216的這種實(shí)施例兩端時，與施加在圖2所示聲耦合器100的聲解耦器130兩端時相比，產(chǎn)生的電場小得多。另外，適用于聲諧振電絕緣體216的壓電材料和電介質(zhì)材料具有可與典型聲解耦材料相比的擊穿電場。例如，濺射沉積的氮化鋁樣品測得的擊穿電場約為875kV/mm。因此，聲耦合器200通常具有比圖2所示聲耦合器100大得多的擊穿電壓。
可以用電絕緣材料構(gòu)成的共同的四分之一波層來提供聲諧振電絕緣體216和聲諧振電絕緣體256。在圖7A-7C所示的示例中，電絕緣材料的四分之一波層217提供了聲諧振電絕緣體216和256?；蛘撸部梢詥为?dú)提供聲諧振電絕緣體216和256。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的聲耦合器300一種示例的原理圖。圖9A是示出聲耦合器300實(shí)際示例的俯視圖，圖9B和圖9C分別是沿圖9A中所示斷面線9B-9B和9C-9C的剖視圖。在圖8與圖9A-9C中，采用相同的標(biāo)號來標(biāo)記聲耦合器300的元件。
聲耦合器300包括輸入端26和28、輸出端32和34、絕緣解耦堆疊體聲波諧振器(IDSBAR)306、IDSBAR 308和電路140，電路140將IDSBAR 306與IDSBAR 308串聯(lián)在輸入端與輸出端之間。在聲耦合器300中，IDSBAR 306與IDSBAR 308各自是根據(jù)第二IDSBAR實(shí)施例的IDSBAR。根據(jù)第二IDSBAR實(shí)施例的IDSBAR的最簡形式具有依次位于組成它的FBAR之間的第一半波聲諧振電絕緣體、聲解耦器和第二半波聲諧振電絕緣體。半波聲諧振電絕緣體提供了額外的電絕緣性能而并未削弱從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34的調(diào)制電信號SM的傳輸完整性。根據(jù)第二IDSBAR實(shí)施例的IDSBAR 306和IDSBAR 308使聲耦合器300具有比上面參考圖2所述的聲耦合器100和參考圖6所述的聲耦合器200高得多的擊穿電壓。
在用作圖1所示聲電隔離器10中的電隔離聲耦合器16時，聲耦合器300將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，同時在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供電隔離。因此，聲耦合器300有效地將輸出端子36、38與輸入端子22、24電隔離開來，并使輸出端子與輸入端子在電壓方面可以具有高達(dá)其額定擊穿電壓的電壓差異。
IDSBAR 306和IDSBAR 308各自具有依次位于其FBAR之間的第一半波聲諧振電絕緣體、聲解耦器和第二半波聲諧振電絕緣體。在圖8所示聲耦合器300的示例中，IDSBAR 306包括下部薄膜體聲波諧振器(FBAR)110、堆疊在FBAR 110上的上部薄膜體聲波諧振器120、以及依次位于FBAR 110和FBAR 120之間的第一半波聲諧振電絕緣體316、聲解耦器130和第二半波聲諧振電絕緣體326。IDSBAR 308包括下部薄膜體聲波諧振器(FBAR)160、堆疊在FBAR 160上的上部FBAR 150、以及依次位于上部FBAR 150和下部FBAR 160之間的第一半波聲諧振電絕緣體356、聲解耦器170和第二半波聲諧振電絕緣體366。對于聲耦合器300，在各個IDSBAR 306和IDSBAR 308中，半波聲諧振電絕緣體的數(shù)目有兩個，并且厚度是上面參考圖6所述的聲諧振電絕緣體216、256的兩倍。因此，半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366總共提供的電隔離性能是聲諧振電絕緣體216、256總共提供的電隔離性能的大約四倍。結(jié)果，與上面參考圖2和圖6所述的、在其他方面類似的聲耦合器100和200實(shí)施例相比，聲耦合器300的實(shí)施例在輸入端26、28與輸出端32、34之間具有更高的擊穿電壓。IDSBAR 306和IDSBAR 308的其他實(shí)施例在各個FBAR之間交錯包括偶數(shù)(2n)個半波聲諧振電絕緣體和相應(yīng)數(shù)目的(2n-1)個聲解耦器。
半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間，使輸出端32、34與輸入端26、28電隔離開來，反之亦然。因此，在本實(shí)施例中，聲解耦器130、170、230和270不一定是電絕緣性的。不過，聲解耦器130、170與半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間，所以電絕緣性的聲解耦器130、170可以在輸出端32、34與輸入端26、28之間提供額外的隔離性能，反之亦然。因此，對于聲解耦器130、170是絕緣性的一種聲電隔離器10(見圖1)實(shí)施例，與其中聲耦合器130、230是導(dǎo)電性的那些實(shí)施例相比，通常具有更高的擊穿電壓。
這里將不再對上面參考圖2和圖4A-4C說明的FBAR 110、120、150和160、聲解耦器130和170、電路140以及襯底102進(jìn)行說明?？梢杂蒙厦鎱⒖紙D5A和圖5B說明的聲解耦器130的示例性實(shí)施例來提供各個聲解耦器130、170?？梢杂靡粋€或多個共同的四分之一波層材料提供聲解耦器130和聲解耦器170。在圖9A-9C所示的示例中，聲解耦材料構(gòu)成的聲解耦層131提供了聲解耦器130、170?；蛘?，也可以單獨(dú)提供各個聲解耦器130、170。
現(xiàn)在將對半波聲諧振電絕緣體316進(jìn)行說明。下面的說明也適用于半波聲諧振電絕緣體326、356和366，所以將不再對聲諧振電絕緣體326、356和366進(jìn)行單獨(dú)說明。聲諧振電絕緣體316是由電絕緣材料構(gòu)成的半波層，該材料與FBAR 110、120的名義聲阻抗匹配。用一倍半波層作為半波聲諧振電絕緣體316的那些實(shí)施例通常會以最佳的信號完整性將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28耦合到輸出端32、34。
在聲耦合器300的中心頻率處，半波聲諧振電絕緣體316和半波聲諧振電絕緣體326是聲透明的。半波聲諧振電絕緣體316將FBAR 110產(chǎn)生的聲信號耦合到聲解耦器130，半波聲諧振電絕緣體326將聲解耦器130傳輸?shù)哪遣糠致曅盘栺詈系紽BAR 120。因此，IDSBAR 306具有與上面參考圖2、圖3(虛線)和圖4A-4C說明的DSBAR 106類似的傳輸特性。另外，半波聲諧振電絕緣體316、326使FBAR 120與FBAR 110電隔離開來。聲解耦器130通常也如上所述在FBAR 110與FBAR 120之間提供另外的電隔離性能。IDSBAR 308也具有類似的特性。因此，聲耦合器300有效地將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，而將輸出端32、34與輸入端26、28電隔離開來。
上面參考圖6和圖7A-7C所述的、適用于四分之一波聲諧振電絕緣體216的材料，也適合用作半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366。因此將不再對半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366的材料進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366各自的厚度是聲諧振電絕緣體216的兩倍，并且有兩個半波聲諧振電絕緣體316、326將FBAR 120與FBAR 110隔開，兩個半波聲諧振電絕緣體356、366將FBAR 160與電連接到FBAR 120的FBAR 150隔開。此外，在半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366的典型壓電材料和電介質(zhì)材料中，聲音的速度比在典型的聲解耦材料中高得多。因此，以例如一倍半波層的氮化鋁作為半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366的實(shí)施例，其厚度約為典型聲解耦材料的一倍四分之一波層的14倍。結(jié)果，輸入端26、28與輸出端32、34之間一定的電壓施加在聲諧振電絕緣體316、326、356、366以及聲解耦器130、170的兩端時，與施加在圖2和圖4A-4C所示聲耦合器100的實(shí)施例中聲解耦器130、170兩端時相比，產(chǎn)生的電場小得多。因此，聲耦合器300通常具有比圖2和圖4A-4C所示聲耦合器100大得多的擊穿電壓。
可以用電絕緣材料構(gòu)成的共同的半波層來提供半波聲諧振電絕緣體316和半波聲諧振電絕緣體366，并用電絕緣材料構(gòu)成的共同的半波層來提供半波聲諧振電絕緣體326和半波聲諧振電絕緣體356。在圖9A-9C所示的示例中，電絕緣材料的半波層317提供了半波聲諧振電絕緣體316和366，電絕緣材料的半波層327提供了半波聲諧振電絕緣體326和356。或者，也可以單獨(dú)提供聲諧振電絕緣體316、326、356和366。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的聲耦合器400一種示例的原理圖。圖11A是示出聲耦合器400實(shí)際示例的俯視圖，圖11B和圖11C分別是沿圖11A中所示斷面線11B-11B和11C-11C的剖視圖。在圖10與圖11A-11C中，采用相同的標(biāo)號來標(biāo)記聲耦合器400的元件。聲耦合器400包括輸入端26和28、輸出端32和34、解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)106、DSBAR 108和電路440，電路440將DSBAR 106、108串聯(lián)在輸入端與輸出端之間。聲耦合器400提供了比上面參考圖2和圖4A-4C所述的、不帶另外絕緣層的聲耦合器100更高的擊穿電壓。
在用作圖1所示聲電隔離器10中的電隔離聲耦合器16時，聲耦合器400將調(diào)制電信號SM從輸入端26、28聲耦合到輸出端32、34，同時在輸入端26、28與輸出端32、34之間提供電隔離。因此，聲耦合器400有效地將輸出端子36、38與輸入端子22、24電隔離開來，并使輸出端子與輸入端子在電壓方面可以具有高達(dá)其額定擊穿電壓的電壓差異。
聲解耦器400的DSBAR 106、108(包括聲解耦器130、170)和襯底102與上面參考圖2和圖4A-4C所述的聲解耦器100中的DSBAR 106、108和襯底102在結(jié)構(gòu)和工作方面一樣，因此此處不再進(jìn)行說明。
電路440與上面參考圖2所述的聲耦合器100的電路140有如下區(qū)別。在聲耦合器100中，電路140通過將DSBAR 106的FBAR 120與DSBAR 108的FBAR 150并聯(lián)，而將DSBAR 106、108串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間。在聲耦合器400中，電路440通過將DSBAR106的FBAR 120與DSBAR 108的FBAR 150反并聯(lián)(anti-parallel)，而將DSBAR 106、108串聯(lián)在輸入端26、28與輸出端32、34之間。通過將FBAR 120、150反并聯(lián)而不是并聯(lián)來對DSBAR 106、108進(jìn)行串聯(lián)使FBAR 120、150的壓電元件126、156分別位于輸入端26、28與輸出端32、34之間的電路徑中，其中壓電元件126、156提供了額外的電隔離。因此，對于一定的壓電材料和壓電元件厚度，以及一定的聲解耦器結(jié)構(gòu)和材料，聲解耦器400具有與上面參考圖6所述的聲解耦器200相似的擊穿電壓，但是由于構(gòu)成其的結(jié)構(gòu)層較少而更便于制造。聲耦合器400具有與上面參考圖2所述的聲耦合器100相同數(shù)目的結(jié)構(gòu)層，但是聲耦合器100的擊穿電壓較低。
在電路440中，導(dǎo)體482將DSBAR 106中FBAR 120的電極122連接到DSBAR 108中FBAR 150的電極154，導(dǎo)體484將DSBAR 106中FBAR 120的電極124連接到DSBAR 108中FBAR 150的電極152。在輸入端26、28與輸出端32、34之間的8個可能的電路徑中，輸入端28與輸出端34之間的兩條電路徑，即通過導(dǎo)體484的一條和通過導(dǎo)體482的一條，它們長度最短并因此最易于發(fā)生電擊穿。電路440使與聲解耦器130、170串聯(lián)的壓電元件126位于輸入端28與輸出端34之間通過導(dǎo)體484的電路徑中，還使與聲解耦器130、170串聯(lián)的壓電元件156位于輸入端28與輸出端34之間通過導(dǎo)體482的電路徑中。壓電元件126、156的壓電材料通常具有高電阻率和高擊穿電場，壓電元件126、156各自通常比上述聲耦合器100中的聲耦合器130、170(僅有它們提供電隔離性能)厚得多。因此，對于尺寸、材料和層厚相似的情況，聲耦合器400通常具有比上面參考圖2和圖4A-4C所述聲耦合器100更高的擊穿電壓。通常，對于尺寸、材料和層厚相似的情況，聲耦合器400的擊穿電壓與上面參考圖6和圖7A-7C所述的聲耦合器200相似，但是由于具有較少的層而更便于制造。
在聲耦合器400中，壓電元件126、156提供的電隔離意味著聲耦合器130、170不一定要電絕緣性。不過，對于一種聲耦合器400的實(shí)施例，其中聲解耦器130、170是電絕緣性的，與其中聲耦合器130、170不具有電絕緣性的那些實(shí)施例相比，通常具有更高的擊穿電壓。
在圖11A-11C所示的聲耦合器400實(shí)際示例中，圖10所示的輸入端26、28是分別用端子焊盤26、28來實(shí)現(xiàn)的，圖10所示的輸出端32、34是分別用端子焊盤32、34來實(shí)現(xiàn)的。端子焊盤26、28、32和34位于襯底102的主要表面上。圖10所示電路440包括電跡線136、138、176和178，電跡線136從端子焊盤26到FBAR 110的電極112延伸，電跡線138從端子焊盤28到FBAR 110的電極114延伸，電跡線176從FBAR160的電極162到端子焊盤32延伸，電跡線138從FBAR 160的電極164到端子焊盤34延伸。
另外，電路440包括分別位于襯底102主要表面上的連接焊盤433、435以及位置與連接焊盤433、435電接觸的連接焊盤473、475。電跡線432從FBAR 120的電極122到連接焊盤433延伸，電跡線472從FBAR 150的電極154到與連接焊盤433電接觸的連接焊盤473延伸。連接焊盤433、473和電跡線432、472共同構(gòu)成了導(dǎo)體482，將FBAR 120的電極122連接到FBAR150的電極120。電跡線434從FBAR 150的電極152到連接焊盤435延伸，電跡線474從FBAR 120的電極124到與連接焊盤435電接觸的連接焊盤475延伸。連接焊盤435、475和電跡線434、474共同構(gòu)成了導(dǎo)體484，將FBAR 150的電極152連接到FBAR 120的電極124。
電跡線136、138、176和178在襯底102的部分主要表面上方延伸，電跡線136、176在部分壓電層117下方延伸，電跡線138、378在部分壓電層117上方延伸。另外，電跡線432、434在聲解耦層131、部分壓電層117和襯底102的部分主要表面上方延伸，電跡線472、474在壓電層126、部分聲解耦層131、部分壓電層117和襯底102的部分主要表面上方延伸。
在聲電隔離器10的某些實(shí)施例中，調(diào)制器14與電隔離聲耦合器16是在同一襯底102中或其上制造的。在這些實(shí)施例中，通常略去端子焊盤26、28，并使電跡線133、173延伸來連接到組成部分調(diào)制器14的相應(yīng)跡線。另外或者可替換地，解調(diào)器18與電隔離聲耦合器16在同一襯底102中或其上制造。在這些實(shí)施例中，通常略去端子焊盤32、34，并使電跡線135、175延伸來連接到組成部分解調(diào)器18的相應(yīng)跡線。
通過晶片級制造，一次制造幾千個與聲電隔離器10相似的聲電隔離器。這種晶片級制造使聲電隔離器制造便宜。對晶片進(jìn)行選擇性的刻蝕，在晶片上將要制造各個電隔離器聲耦合器16的位置處限定腔。用犧牲材料填充腔并將晶片表面平面化。用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造處理，在晶片表面中和表面上制造要在晶片上制造的各個聲電隔離器的本地振蕩器12、調(diào)制器14和解調(diào)器16。然后用保護(hù)層覆蓋制造出的電路元件。用于保護(hù)層的示例性材料是氮化鋁和氮化硅。
此后通過對下列層依次進(jìn)行沉積和圖案化來制造上面參考圖4A-4C所述的聲耦合器100、上面參考圖11A-11C所述的聲耦合器400的實(shí)施例電極材料的第一層、壓電材料的第一層、電極材料的第二層、聲解耦材料層或聲布拉格結(jié)構(gòu)層、電極材料的第三層、壓電材料的第二層和電極材料的第四層。這些層形成了各個聲耦合器的DSBAR以及電路。電路還將這些DSBAR串聯(lián)并連接到調(diào)制器14和解調(diào)器18上的暴露連接點(diǎn)。
上面參考圖7A-7C所述的聲耦合器200的實(shí)施例也如上所述進(jìn)行制造，但是在對組成聲解耦器130、170的一個或多個層進(jìn)行沉積和圖案化之后，對電絕緣材料構(gòu)成的四分之一波層217和組成聲解耦器230、270的一個或多個層進(jìn)行沉積和圖案化。上面參考圖9A-9C所述的聲耦合器300的實(shí)施例也如上所述進(jìn)行制造，但是在對組成聲解耦器130、170的一個或多個層進(jìn)行沉積和圖案化之前和之后，分別對電絕緣材料構(gòu)成的第一半波層317進(jìn)行沉積和圖案化，以及對電絕緣材料構(gòu)成的第二半波層327進(jìn)行沉積和圖案化。
在制造聲耦合器之后，除去犧牲材料，使各個成對串聯(lián)的IDSBAR懸置在其相應(yīng)的腔上方。位置119處所示的操作孔119使得可以對犧牲材料進(jìn)行操作以便將其除去。然后從制造出的電路元件除去保護(hù)材料。之后將襯底劃分為一個個與聲電隔離器10相似的聲電隔離器。美國專利申請公開No.20050093654中更詳細(xì)地說明了可用于制造DSBAR的示例性工藝，該申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人并通過引用而結(jié)合，可以采用該工藝來制造上述聲電隔離器的DSBAR。
或者，聲耦合器100、200、300或400可以在不同于其上制造了本地振蕩器12、調(diào)制器14和解調(diào)器18的晶片的晶片上制造。在此情況下，可以用晶片鍵合工藝連接各個晶片以形成與下述結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)從而制造聲電隔離器，所述結(jié)構(gòu)是John D.Larson III等參考美國專利申請公開No.20050093659的圖8A-8E說明的，該申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人并通過引用而結(jié)合。
在再一種可替換形式中，本地振蕩器12、調(diào)制器14和聲耦合器100、200、300或400在一個晶片上制造，相應(yīng)的解調(diào)器18在另外的晶片上制造。然后像剛說明的那樣將這些晶片鍵合在一起以形成聲電隔離器?；蛘撸谝粋€晶片上制造本地振蕩器12和調(diào)制器14，并在另外的晶片上制造聲耦合器100、200、300或400以及解調(diào)器18。然后像剛說明的那樣將這些晶片鍵合在一起以形成聲電隔離器。
在適用于本申請的另一種可替換形式中，規(guī)定聲電隔離器在輸入端22、24與輸出端36、38之間具有大的擊穿電壓，則在半導(dǎo)體晶片中以及晶片上制造多個輸入電路和多個輸出電路，每個輸入電路都包括本地振蕩器12的實(shí)例和調(diào)制器14的實(shí)例，每個輸出電路都包括解調(diào)器18的實(shí)例。然后將晶片單個化稱為一個個半導(dǎo)體芯片，每個芯片都實(shí)現(xiàn)了單一的輸入電路或單一的輸出電路。將每個聲電隔離器的電隔離聲耦合器16制造成懸置在限定于陶瓷晶片中的腔的上方，所述晶片具有位于其主要表面上的導(dǎo)電跡線。對于在晶片上制造的每個聲電隔離器，將實(shí)現(xiàn)了輸入電路的一個半導(dǎo)體芯片和實(shí)現(xiàn)了輸出電路的一個半導(dǎo)體芯片安裝在與導(dǎo)電跡線電接觸的陶瓷晶片上。例如，可以通過球焊(ball bonding)或倒裝芯片焊接將半導(dǎo)體芯片安裝在陶瓷晶片上。帶有所安裝的半導(dǎo)體芯片的陶瓷晶片也可以用作上述雙晶片結(jié)構(gòu)中。
在以約1.9GHz的載波頻率工作的聲電隔離器10一種示例性實(shí)施例中，電極112、114、122、124、152、154、162和164的材料是鉬。每個電極具有約300nm的厚度，形狀為五邊形，面積約為12,000μm2。不同的面積得到的特征阻抗也不同。如Larson III等在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并通過引用而結(jié)合的美國專利No.6,215,375中所說明那樣，電極的邊不平行使FBAR 110、120、150和160中的橫模最小。對限定了電極112、114、122、124、152、154、162和164的金屬層進(jìn)行圖案化，使得在平行于晶片主要表面的各個平面中，F(xiàn)BAR 110的電極112和114具有同樣的形狀、尺寸、方向和位置，F(xiàn)BAR 120的電極122和124具有同樣的形狀、尺寸、方向和位置，F(xiàn)BAR 150的電極152和154具有同樣的形狀、尺寸、方向和位置，F(xiàn)BAR 160的電極162和164具有同樣的形狀、尺寸、方向和位置。通常，電極114和122也具有相同的形狀、尺寸、方向和位置，電極152和164具有相同的形狀、尺寸、方向和位置。可替換的電極材料包括例如鎢、鈮和鈦的金屬。電極可以具有多層結(jié)構(gòu)。
壓電元件116、126、156和166的材料是氮化鋁。每個壓電元件的厚度約為1.4μm。可替換的壓電材料包括氧化鋅、硫化鎘和極化鐵電材料，所述極化鐵電材料例如鈣鈦礦鐵電材料，包括鋯鈦酸鉛(PZT)、偏鈮酸鉛以及鈦酸鋇。
上面參考圖5A和圖5B說明了可以用于聲解耦器130、170的結(jié)構(gòu)和材料。
在上面參考圖7A-7C說明的聲耦合器200的實(shí)施例中，四分之一波聲諧振電絕緣體216、256的材料是氮化鋁。每個聲諧振電絕緣體具有約1.4μm的厚度?？商鎿Q的材料包括氧化鋁(Al2O3)和非壓電氮化鋁。上面參考圖5A和圖5B說明了可以用于聲解耦器230、270的結(jié)構(gòu)和材料。
在上面參考圖9A-9C說明的聲耦合器300的實(shí)施例中，半波聲諧振電絕緣體316、326、356和366的材料是氮化鋁。每個半波聲諧振電絕緣體具有約2.8μm的厚度?？商鎿Q的材料包括氧化鋁(Al2O3)和非壓電氮化鋁。
在聲電隔離器10的上述示例中，輸入端26、28連接到DSBAR 106的FBAR 110，輸出端32、34連接到DSBAR 108的FBAR 120。在其他實(shí)施例中，輸入端26、28連接到DSBAR 106和108之一的任意FBAR，輸出端32、34連接到DSBAR 106和108之一的任意FBAR。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例用于對信息信號進(jìn)行電隔離的方法190一種示例的流程圖。在方框192，提供電隔離聲耦合器。電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器。在方框193，提供載波信號。在方框194，用信息信號調(diào)制載波信號以形成調(diào)制電信號。在方框195，經(jīng)過電隔離聲耦合器對調(diào)制電信號進(jìn)行聲耦合。在方框196，根據(jù)由聲耦合器進(jìn)行了聲耦合的調(diào)制電信號恢復(fù)信息信號。
本公開采用示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。但是，由權(quán)利要求限定的本發(fā)明并不限于所述的精確實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電隔離器，包括載波信號源；調(diào)制器，所述調(diào)制器被連接成接收信息信號和所述載波信號；解調(diào)器；和連接在所述調(diào)制器與所述解調(diào)器之間的電隔離聲耦合器，所述電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中，所述聲耦合器包括第一解耦堆疊體聲波諧振器和第二解耦堆疊體聲波諧振器，所述這些解耦堆疊體聲波諧振器各包括第一薄膜體聲波諧振器、第二薄膜體聲波諧振器以及位于所述第一薄膜體聲波諧振器與第二薄膜體聲波諧振器之間的聲解耦器；以及將所述這些解耦堆疊體聲波諧振器串聯(lián)連接的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電隔離器，其中，所述電路還將所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第一薄膜體聲波諧振器連接到所述調(diào)制器，將所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第一薄膜體聲波諧振器連接到所述解調(diào)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電隔離器，其中，所述電路將所述這些解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器并聯(lián)連接，從而使所述這些解耦堆疊體聲波諧振器串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電隔離器，其中每個所述薄膜體聲波諧振器包括成對的相對電極和位于所述電極之間的壓電元件；并且所述電路包括第一電連接，位于所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第一電極與所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第一電極之間，和第二電連接，位于所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第二電極與所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第二電極之間，所述這些第二電極比所述這些第一電極更靠近所述這些解耦堆疊體聲波諧振器的聲解耦器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電隔離器，其中，所述電路將所述這些解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器反并聯(lián)連接，從而使所述這些解耦堆疊體聲波諧振器串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電隔離器，其中每個所述薄膜體聲波諧振器包括成對的相對電極和位于所述電極之間的壓電元件；并且所述電路包括第一電連接，位于所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第一電極與所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第二電極之間，和第二電連接，位于所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第二電極與所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器的第一電極之間，所述這些第二電極比所述這些第一電極更靠近所述這些解耦堆疊體聲波諧振器的聲解耦器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電隔離器，其中，每個所述解耦堆疊體聲波諧振器還包括聲諧振電絕緣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電隔離器，其中，所述聲諧振電絕緣體包括電絕緣材料層，所述層與所述薄膜體聲波諧振器的聲阻抗相差小于一個數(shù)量級。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電隔離器，其中，所述聲諧振電絕緣體包括電絕緣材料層，所述層與所述薄膜體聲波諧振器的聲阻抗匹配。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電隔離器，其中每個所述解耦堆疊體聲波諧振器還在所述那些薄膜體聲波諧振器之間包括另外的聲解耦器；并且所述聲諧振電絕緣體包括電絕緣材料構(gòu)成的四分之一波層，所述四分之一層位于所述聲解耦器與所述另外的聲解耦器之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電隔離器，其中，每個所述解耦堆疊體聲波諧振器還包括半波聲諧振電絕緣體，所述半波聲諧振電絕緣體插在所述聲解耦器與各個所述薄膜體聲波諧振器之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電隔離器，其中所述聲諧振電絕緣體是第一半波聲諧振電絕緣體；每個所述解耦堆疊體聲波諧振器還包括第二半波聲諧振電絕緣體；所述聲解耦器位于所述第一半波聲諧振電絕緣體與所述第二半波聲諧振電絕緣體之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電隔離器，其中，所述半波聲諧振電絕緣體包括電絕緣材料構(gòu)成的半波層。
15.一種對信息信號進(jìn)行電隔離的方法，所述方法包括下列步驟提供電隔離聲耦合器，所述電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器；提供載波信號；用所述信息信號對所述載波進(jìn)行調(diào)制以形成調(diào)制電信號；經(jīng)過所述電隔離聲耦合器對所述調(diào)制電信號進(jìn)行聲耦合；以及從經(jīng)過所述電隔離聲耦合器聲耦合的所述調(diào)制電信號恢復(fù)所述信息信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述電隔離聲耦合器包括第一解耦堆疊體聲波諧振器和第二解耦堆疊體聲波諧振器，所述這些解耦堆疊體聲波諧振器各包括第一薄膜體聲波諧振器、第二薄膜體聲波諧振器和位于所述這些薄膜體聲波諧振器之間的聲解耦器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述耦合的步驟包括向所述第一解耦堆疊體聲波諧振器的第一薄膜體聲波諧振器施加所述調(diào)制電信號，和從所述第二解耦堆疊體聲波諧振器的第一薄膜體聲波諧振器接收所述調(diào)制電信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述耦合的步驟包括將所述調(diào)制電信號轉(zhuǎn)換為聲信號；經(jīng)過電絕緣體傳送所述聲信號；和將所述聲信號轉(zhuǎn)換回調(diào)制電信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，每個所述解耦堆疊體聲波諧振器還在所述那些薄膜體聲波諧振器之間包括聲諧振電絕緣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述那些解耦堆疊體聲波諧振器的第二薄膜體聲波諧振器以反并聯(lián)方式電連接，從而使所述那些解耦堆疊體聲波諧振器串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲電隔離器及對信息信號進(jìn)行電隔離的方法。聲電隔離器的實(shí)施例包括載波信號源、被連接以接收信息信號和載波信號的調(diào)制器、解調(diào)器、以及連接在調(diào)制器與解調(diào)器之間的電隔離聲耦合器。電隔離聲耦合器包括串聯(lián)的解耦堆疊體聲波諧振器(DSBAR)。
文檔編號H04L5/14GK1953433SQ200610140070
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者約翰·D·拉森三世, 伊安·哈蒂卡斯特勒 申請人:安華高科技無線Ip(新加坡)私人有限公司