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Jürgen Tischhauser Business Development Manager Inductivity & Timing Devices RUTRONIK Elektronische Bauelemente GmbH Tel.: +351 252 312 336 · Fax: +351 252 312 338 rutronik_pt@rutronik.com · www.rutronik.com

LQIRUPDÁ¿R WÂFQLFR FRPHUFLDO

Módulos Surface Acoustic Wave (SAW) Os fabricantes mais importantes de componentes SAW vêm do Japão, dos EUA, da China e do Taiwan e os números de produção anuais de componentes SAW em todo o mundo comportam várias centenas de milhões. A Epson e a AVX comercializam os ressonadores SAW, enquanto os ﬁltros SAW são disponibilizados, por exemplo, pela Murata e AVX.

Os componentes baseados na Surface Acoustic Wave (SAW) são utilizados em muitas áreas da eletrónica: 1. Ressonadores para osciladores; 2. Filtros e transformadores; 3. Linhas de atraso; 4. Transdutores e analisadores de espetro em tempo real para radares, sistemas de monitorização e sistemas de identiﬁcação de amigo ou inimigo (IFF); 5. Pequenas etiquetas RFID passivas para acompanhamento da posição e aplicações de segurança.

Modo de Nome de Ondulação Material

Onda rayleigh

Onda de fuga

Os ﬁltros SAW estão amplamente divulgados nos telemóveis e nas aplicações por radiodifusão para a ﬁltração, apresentando vantagens em termos de custos e espaço requerido. Em aplicações por radiodifusão, estes dois aspetos são de grande relevância, daí que os componentes SAW estejam muito difundidos nesta área. A sua importância para a indústria dos telemóveis teve como resultado um investimento notável no desenvolvimento da tecnologia SAW nos últimos 20 anos, com vista a otimizar continuamente as suas caraterísticas.

Ângulo Ângulo de Velocidade de Ligação Coeﬁciente de Temperatura de Corte Propagação Propagação Kv/% Primário Secundário m/s 10*/K* 10*/K*

ST-quartzo

42.75*Y

3157

0.16

uTaO3

112*Y

3295

0.64

-18

-34 -

LiNbO3

3488

4.82

-94

LiNbO3

128*Y

4000

5.56

-74

LiNbO3

64*Y

4742

11.3

-79

uTaO3

36*Y

4178

4.8

-33

Os componentes SAW baseiam-se em vários materiais de base e apresentam normalmente uma variação de temperatura parabólica. Os componentes SAW dividem-se em duas áreas principais. 1. Os ressonadores SAW, em que o componente SAW é utilizado como elemento oscilante. Estes componentes são normalmente deﬁnidos por frequências; 2. Componentes SAW transversais, deﬁnidos geralmente através da base de tempo. Todos os componentes SAW são compostos por transdutores, concebidos de forma a que as ondas de superfície produzam e recebam um substrato piezoelétrico. Estes distinguem-se dos cristais convencionais de quartzo de ondas de corpo, nos quais o volume do substrato é deformado através de um campo elétrico. Nos componentes SAW, todas as atividades e deformações têm lugar muito perto da superfície. Podemos imaginar estas deformações como uma série de ondas em líquidos.

A forma mais simples dos componentes SAW é composta por um par de transdutores interligados (Interdigital Transducer – IDT). Um deles representa o emissor e o outro o recetor.

-20 -40 -60 -80 -100 -25

Temperatura (ºC) Caraterísticas da frequência de temperatura do dispositivo SAW (substrato piezoelétrico: cristal)

Este tipo de componentes SAW apresenta perdas verdadeiramente elevadas uma vez que apenas a energia emitida

ótica (ATM/SONET/SDH) para a comunicação de dados. Dependendo da rede de ﬁbra ótica, trata-se de ﬁltros SAW de recuperação da temporização com uma frequência central para taxa de bits de 155,52 Mbps (STM-1), 622,08 Mbps (STM-4) ou 2488,32 Mbps (STM-16).

Vantagem

Desvantagem

Ondulação muito reduzida do atraso do grupo

Perda de inserção mais elevada

Impedância de adaptação estável Filtro transversal Balanceado/Não balanceado (3/4 pinos)

LQIRUPDÁ¿R WÂFQLFR FRPHUFLDO UREËWLFD

A Epson desenvolveu um novo oscilador SAW com um ruído de fase e instabilidade reduzidos para frequências de saída na banda GHz (800 MHz ~ 2,5 GHz) no modo de onda fundamental. O EV-9100JG é um oscilador comandado por tensão com um ruído de fase e instabilidade muito reduzidos e uma variação de temperatura-frequência extraordinária através da utilização do elemento oscilante especial da Epson da série NS. A série NS tem uma elevada qualidade (Q), uma perda de inserção reduzida é indicada para desempenhos elevados e tem coeﬁcientes de frequência-temperatura extraordinários. Na área de frequências deslocadas baixas (100 H a 1 MHz), o ruído de fase é otimizado através de uma elevada qualidade Q do ressonador. Com frequências deslocadas elevadas (acima de 1 MHz), o ruído de fase é otimizado através da utilização de um ressonador de elevado desempenho e um Drive Level mais elevado. O EV-9100JG da Epson ajuda a melhorar as caraterísticas em aplicações que necessitam de frequências elevadas, temporizações muito estáveis com um ruído de fase e instabilidade reduzidos e com uma caraterística de frequênciatemperatura excelente. É, por isso, especialmente indicado para aplicações na comunicação e em sistemas de medida.

FILTROS SAW Os ﬁltros SAW são normalmente utilizados como ﬁltros de alta frequência em

Dimensões grandes

Boa supressão da banda de rejeição Perda de inserção muito reduzida

Estes ﬁltros SAW transversais têm normalmente uma frequência entre 700~1500~MHz. A perda de inserção para estes ﬁltros SAW de recuperação da temporização lineares de fase situam-se frequentemente na área dos 15 a 20 dB e apresentam na banda de passagem uma ondulação de fase muito reduzida.

Largura de banda mínima limitada (>0,3%)

Filtro de Largura de banda muito estreita ressonador (<0,4%) Boa seletividade da banda adjacente

aplicações por radiodifusão, navegação e telemóveis. A tecnologia dos filtros SAW limita os elevados custos de máscara e desenvolvimento e é, por isso, particularmente indicada para aplicações com grandes volumes. Graças à utilização das tecnologias de semicondutores e à necessidade crescente nas aplicações de comunicação com frequências até à área dos GHz, os filtros SAW tornaram-se cada vez mais pequenos e, com as vendas em constante crescimento, também os custos ficaram mais reduzidos. Limitados pelos grandes coeficientes de temperatura, os filtros SAW não são muito adequados para aplicações em que são necessários elevados declives próximos do portador como, por exemplo, em filtros de canal. A largura de banda permitida tem de ser significativamente maior do que a largura de banda do filtro necessária, por forma a compensar o deslocamento da frequência central condicionado pela temperatura. Filtros SAW transversais (linha de atraso) apresentam uma linearidade de fase extremamente elevada e variações reduzidas do atraso do grupo na banda de passagem, possuindo, contudo, uma elevada perda de inserção (na área dos 15 aos 30 dB).

LINHAS DE ATRASO, TRANSDUTORES, ANALISADORES DE ESPETRO E APLICAÇÕES IFF O atraso entre a criação de um sinal no emissor e a chegada do mesmo ao recetor é uma das caraterísticas mais úteis de um módulo SAW. Este atraso depende da frequência. Na sua forma mais simples, o SAW pode ser utilizado para gerar um atraso ﬁxo num pequeno componente. Este atraso pode ser utilizado, por exemplo, para calibrar um sistema de radar. Quando a dependência da frequência do

Ondulação muito elevada do atraso do grupo Apenas não balanceado (3 pinos) Supressão média da banda de rejeição

SAW é aumentada através de um design específico, é possível utilizar o componente para a análise do espetro, na medida em que este distribui as diferentes frequências sucessivamente, decompondo-as tal como um prisma decompõe a luz branca. Assim, cada frequência chega ao recetor num momento diferente, podendo o espetro respetivo ser analisado em tempo real. De forma semelhante, um módulo SAW pode ser utilizado para converter sinais de entrada em tempo real. A tecnologia de conversor SAW pode ser utilizada como descodificador baseado em hardware que consegue detetar imediatamente um sinal recebido. A tecnologia SAW pode, desta forma, ser aplicada nos sistemas IFF (Identification Friend or Foe; sistema de identificação de amigo ou inimigo) ou em sistemas de radar muito complexos como, por exemplo, o controlo de mísseis.

TECNOLOGIA SAW PARA RFID As etiquetas RFID SAW têm a vantagem de serem completamente passivas e de não necessitarem de qualquer alimentação de energia. Podem ser lidas com apenas alguns mW de potência, transferidos via RF, e são insensíveis aos raios gama, o que permite a sua utilização em esterilização na área da medicina e na indústria alimentar. Dependendo do sistema são possíveis alcances de 3 a 20 metros, têm resistência CEM e podem ser concebidas para uma amplitude de temperatura de até -100 ~+200° C. É ainda possível conﬁgurar etiquetas deste tipo, compatíveis com EPC-64 e EPC-96 RFID. (ver também C. S. Hartmann, A global SAW ID tag with large data capacity, Proceedings of 2002 IEEE Ultrasonics Symposium, vol. 1, pp. 65-69, 2002)