Использование преобразователей ПАВ в устройствах фильтрации и задержки сигналов, основные характеристики данных устройств.

Акустоэлектронные приборы используют в качестве фильтров, линий задержки, генераторов, усилителей и запоминающих устройств.

Линии задержки на ПАВ характеризуются диапазоном рабочих частот от десятка до тысяч мегагерц, временем задержки от наносекунд до десятков микросекунд и относительно небольшими потерями. Генераторы на ПАВ отличаются высокой стабильностью и работают до частот в несколько мегагерц без использования умножителей.

Принцип действия фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). На принципах функциональной электроники, а именно на использовании динамических неоднородностей, можно построить фильтры не только на основе ПЗС, но и акустоэлектронные, основанные на применении поверхностных акустических волн. При многих замечательных качествах фильтров на ПЗС их максимальная рабочая частота ограничена примерно 20 МГц. Акустоэлектронные фильтры, основанные на создании и движении динамических неоднородностей в виде дискретных упругих деформаций, удачно дополняют фильтры на ПЗС, так как рабочий диапазон частот фильтров на ПАВ находится в пределах от 1 до 10³ МГц.

Напомним, что фильтры, использующие акустические объемные колебания, имеют следующие недостатки: существенно ограничены высшие частоты (для магнитострикционных фильтров — несколько мегагерц, для пьезоэлектрических 10 … 30 МГц); конструкция и технология этих фильтров основаны на механической обработке с очень высокой точностью, т. е. они отличаются по конструкции и технологическим процессам изготовления от современных элементов РЭА, базирующихся на микроэлектронике; по конфигурации и размерам, несмотря на их компактность (по сравнению с электрическими фильтрами), они плохо согласуются с конструкциями ИС.

Фильтры на поверхностных акустических волнах имеют принципиальные преимущества перед другими фильтрами, основанными на эффекте преобразования электрических колебаний в акустические. В устройствах на ПАВ объемные волны не применяются. В связи с этим изменяется принцип их действия и технические возможности.

Для того чтобы использовать поверхностные волны для создания фильтров, необходимо с помощью электрических сигналов во входном преобразователе возбудить их, а затем в выходном преобразователе вновь превратить в электрические сигналы.

Из принципа действия фильтров на ПАВ очевидно, что если штыри и промежутки выполнить точно и согласованно с частотой, то полоса частот пропускания определяется числом пар штырей. Действительно, при малом числе пар штырей отклонение частоты от средней (расстройка) приводит к уменьшению эффективности преобразования и, следовательно, к частотно-избирательному эффекту, но уменьшение коэффициента передачи с расстройкой происходит медленно. Если же использовать много пар штырей, то каждая пара будет вносить свою долю в уменьшение относительного коэффициента передачи, т. е. в этом случае полоса частот будет более узкая. Это полностью согласуется с соображениями, изложенными ранее, когда подчеркивалось, что фильтрация есть процесс накопления, так как при большом количестве штырей накапливается много воздействий, формирующих поверхностную акустическую волну.

Область частот фильтров на ПАВ. Минимальная частота фильтра на ПАВ определяется возможными размерами звукопровода, которые зависят от технологии изготовления и составляют обычно не больше 50 … 300 мм, а также от требований к относительной полосе частот, т. е. от количества пар штырей и числа преобразователей.

Минимальное число преобразователей в фильтре два: входной, куда поступает фильтруемый сигнал, и выходной, который воспринимает отфильтрованный сигнал. Функции фильтрации могут быть распределены между ними по-разному. Наиболее часто основные функции по формированию частотной характеристики выполняет входной преобразователь, а выходной является широкополосным. Как показывает опыт, при этом меньше проявляются искажения частотной характеристики.

 

 

Экономические предпосылки

Закон Мура: Гордон Мур – основатель компаний Intel и Fairchild (1965 г.)

Число транзисторов на полупроводниковый кристалл (чип) удваивается через каждые 18-24 месяцев!

Стоимость ИС при ее продаже потребителю примерно равна удвоенной стоимости прямых расходов на ее создание:

 

Сп – стоимость ИС при продаже;

Ср – прямые затраты на проектирование ИС;

Си – прямые затраты на изготовление;

Нп – доля прибыли, включение которой в цену изделий является

необходимым элементом расширенного воспроизводства.

 

Технические характеристики

Основные характеристики интегральных микросхем и тенденции развития

Год	Минимальный характерный размер технологии, мкм	Число входов/выходов на чип	Частота,MГц	Плотность, число транзис-торов/см^2	Число транзисторов на чип
	0.35			4·10^6	1.0·10^7
	0.25			7·10^6	2.0·10^7
	0.18			1·10^7	4.7·10^7
	0.13			2·10^7	1.1·10^8
	0.10			5·10^7	2.9·10^8
	0.07			9·10^7	5.6·10^8
	0.05			2·10^8	6.4·10^8

Усложнение структуры ИМС

Изменение характеристических размеров элементов кремниевых ИМС.

Ограничения на ширину канала МОП транзисторов в настоящее время ≈250 Å (0.025 мкм)

 

Сдерживающие факторы

Бурный прогресс развития микроэлектроники сопровождается постоянным усложнением технологии, что влечет за собой неуклонное удорожание оборудования.

В связи с этим в начале 90-х годов встал вопрос о справедливости выполнении закона Мура на современном этапе развития микроэлектроники с экономической точки зрения. Основной аргумент в пользу такого вывода состоит в экспоненциально возрастающей стоимости проектирования и оборудования, надежности и стоимости, а также затрат на тестирование изделий.