DE4333341C1

DE4333341C1 - Electronic component working with surface acoustic waves

Info

Publication number: DE4333341C1
Application number: DE19934333341
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl Phys Reindl; Valentin Dipl Phys Magori; Clemens Dr Techn Ruppel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: WO1995009482A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nach Patent 43 33 340.The present invention relates to an electronic component operating according to surface acoustic waves the preamble of claim 1 according to patent 43 33 340.

In elektronischen Bauelementen der gattungsgemäßen Art, die auf einem piezoelektrischen Substrat beispielsweise Interdigitalwandler und Reflektoren aufweisen, geht ein Teil der elektrisch eingekoppelten und in eine akustische Oberflächenwelle umgesetzte Energie dadurch verloren, daß die Energie nicht vollständig von den Interdigitalwandlern ausgekoppelt bzw. von den Reflektoren reflektiert wird, sondern aus dem akustisch aktiven Teil des Bauelementes herausläuft und damit zu Stör-Oberflächenwellen wird. Diese Stör-Oberflächenwellen können beispielsweise an den Kanten des Bauelementesubstrats reflektiert werden und verzögert wiederum in die Interdigitalwandler bzw. Reflektoren hineinlaufen, wo sie sich als Störung bemerkbar machen. Dieser Sachverhalt ist beispielsweise in "IEEE 1986 Ultrasonics Symposium", Seiten 37 bis 42 beschrieben.In electronic components of the generic type, that on a piezoelectric substrate for example Have interdigital converters and reflectors Part of the electrically coupled and in an acoustic Surface wave energy lost in that the energy is not completely from the interdigital transducers is coupled out or reflected by the reflectors, but from the acoustically active part of the component runs out and thus becomes interference surface waves. These interfering surface waves can, for example, on the Edges of the component substrate are reflected and again delays into the interdigital converters or Reflectors run in where they are a disturbance to make noticable. This is for example in "IEEE 1986 Ultrasonics Symposium", pages 37 to 42 described.

Der vorgenannten Druckschrift ist weiterhin entnehmbar, daß derartige Stör-Oberflächenwellen dadurch wenigstens reduziert oder sogar eliminiert werden können, daß auf Stellen des Bauelementesubstrates, an denen akustische Oberflächenwellen als Störwellen auftreten, ein akustischer Absorber aufgebracht wird. In den meisten Fällen wird dazu ein viskoser Absorber manuell oder durch Siebdruck auf das Substrat aufgebracht. Derartige viskose Absorber dämpfen generell die akustischen Stör- Oberflächenwellen bzw. die akustische Störenergie. Sie werden üblicherweise auch als "akustischer Sumpf" bezeichnet.The above-mentioned publication can also be found that such interference surface waves at least that can be reduced or even eliminated Places of the component substrate at which acoustic Surface waves occur as spurious waves acoustic absorber is applied. In most For this purpose, a viscous absorber is used manually or through Screen printing applied to the substrate. Such viscous Absorbers generally dampen acoustic interference Surface waves or acoustic interference energy. she are usually also called "acoustic swamp" designated.

Nachteilig bei einer derartigen Dämpfung bzw. Eliminierung von akustischen Stör-Oberflächenwellen ist einmal, daß auf dem Bauelementesubstrat zusätzlicher Platz, d. h. zusätzliche Substratfläche erforderlich ist. Weiterhin bedeutet das Aufbringen eines akustischen Absorbers einen zusätzlichen und damit kostenträchtigen mechanischen Arbeitsschritt. Schließlich muß das Absorbermuster auch sowohl hinsichtlich der Form als auch der Dicke kontrolliert aufgebracht werden, damit annehmbare Dämpfungsergebnisse erzielt werden.A disadvantage of such damping or elimination of surface acoustic disturbance waves is once that on additional space for the device substrate, d. H. additional substrate area is required. Farther the application of an acoustic absorber means one additional and therefore expensive mechanical Work step. Finally, the absorber pattern must also both in terms of shape and thickness applied in a controlled manner so that it is acceptable Damping results can be achieved.

Aus der DE-PS 41 15 702 ist es bekannt, in der Spur einer Oberflächenwelle Interdigitalwandler anzuordnen, die mit Impedanzen belastet sind, wobei von der Wahl der Abschluß impedanz die Reflexion der Wandler abhängt. Die Interdigi talwandler dienen dabei jedoch nicht der Beseitigung von Stör-Oberflächenwellen.From DE-PS 41 15 702 it is known to track one Arrange surface wave interdigital transducers with Impedances are burdened with the choice of termination impedance the reflection of the transducers depends. The Interdigi Valley walkers are not used to remove Surface sturgeon waves.

Gemäß dem Hauptpatent sind zuverlässigere und herstellungstechnisch günstigere Maßnahmen zur Bedämpfung bzw. Eliminierung von akustischen Stör-Oberflächenwellen bei Bauelement der in Rede stehenden Art vorgesehen. Dabei handelt es sich um Mittel zur Eliminierung von akustischen Stör-Oberflächenwellen in Form mindestens eines in Spuren von Stör-Oberflächenwellen angeordneten Interdigitalwandlers. Der Kern der Erfindung nach dem Hauptpatent ist also darin zu sehen, daß die akustische Energie der Stör-Oberflächenwellen mindestens teilweise wieder in elektrische Energie umgesetzt wird. Nach dem Hauptpatent ist weiterhin vorgesehen, daß ein solcher Interdigitalwandler mit einer elektrischen Last abgeschlossen ist. Dadurch wird die aus den Stör- Oberflächenwellen zurückgewonnene elektrische Energie in der elektrischen Last verbraucht, wodurch die akustische Energie der Stör-Oberflächenwellen mindestens teilweise eliminiert wird.According to the main patent are more reliable and Production-related measures for damping or elimination of surface acoustic interference waves provided for component of the type in question. Here is a means of eliminating acoustic Surface interference waves in the form of at least one in traces arranged by spurious surface waves Interdigital converter. The essence of the invention according to the The main patent can be seen in the fact that the acoustic Surface wave energy at least partially is converted back into electrical energy. After this The main patent also provides for such a patent Interdigital converter with an electrical load is completed. This eliminates the Electrical energy recovered in surface waves the electrical load consumed, causing the acoustic Surface wave energy at least partially is eliminated.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauelemente der in Rede stehenden Art so weiterzubilden, daß die aus Stör-Oberflächenwellen zurückgewonnene elektrische Energie nutzbar gemacht werden kann.The present invention is based on the object To further develop components of the type in question, that the recovered from spurious surface waves electrical energy can be harnessed.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is done with an electronic one surface acoustic wave working component of the initially mentioned type according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Developments of the invention are the subject of Subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on Embodiments according to the figures of the drawing explained in more detail. It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit auf nur einer Seite eines Ein-/Aus koppel-Interdigitalwandlers angeordnete Oberflächenwellenreflektoren; Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention with only one side of an on / off coupling interdigital transducer disposed surface wave reflectors;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit auf zwei Seiten eines Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandlers angeordneten Oberflächenwellenreflektoren; und FIG. 2 shows a schematic representation corresponding to FIG. 1 of a further embodiment of a component according to the invention with surface wave reflectors arranged on two sides of an input / output coupling interdigital transducer; and

Fig. 3 eine Ausführungsform eines dispersiven unidirektionalen Interdigitalwandlers. Fig. 3 shows an embodiment of a dispersive unidirectional interdigital converter.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem piezoelektrischen Substrat 1 ein Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandler 2 angeordnet, der in einer einzigen akustischen Spur 7 eine akustische Oberflächenwelle abstrahlt. Die Einspeisung eines elektrischen Eingangssignals in den Interdigitalwandler 2 sowie spezielle Ausgestaltungen dieses Interdigitalwandlers sind nicht eigens dargestellt, da es sich dabei um an sich bekannte Sachverhalte handelt.Referring to FIG. 1, an input / output coupling interdigital transducer 2 is disposed on a piezoelectric substrate 1, which emits a surface acoustic wave in a single acoustic lane 7. The feeding of an electrical input signal into the interdigital transducer 2 as well as special configurations of this interdigital transducer are not specifically shown, since these are known facts.

In der akustischen Spur 7 sind mehrere Oberflächenwellenreflektoren 3 bis 6 angeordnet, von denen die akustische Oberflächenwelle in der akustischen Spur 7 auf den Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandler 2 rückreflektiert wird. Spezielle Ausgestaltungen der Oberflächenwellenreflektoren 3 bis 6 sind hier ebenfalls nicht dargestellt und brauchen nicht näher erläutert zu werden, da an sich bekannte Reflektorstrukturen verwendet werden können.In the acoustic track 7 a plurality of surface wave reflectors are arranged in 3 to 6, one of which is reflected back the surface acoustic wave in the acoustic track 7 to the input / output coupling interdigital transducers. 2 Special configurations of the surface wave reflectors 3 to 6 are also not shown here and do not need to be explained in detail since known reflector structures can be used.

Erfindungsgemäß ist nun auf der den Oberflächenwellenreflektoren 3 bis 6 abgewandten Seite des Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandlers 2 ein weiterer Interdigitalwandler 10 vorgesehen, der zur Eliminierung von akustischen Stör-Oberflächenwellen dient, wie dies bereits im Hauptpatent beschrieben ist. Dieser Interdigitalwandler 10 ist mit einer elektrischen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers 11, 12 abgeschlossen.According to the invention, a further interdigital transducer 10 is now provided on the side of the coupling / decoupling interdigital transducer 2 facing away from the surface wave reflectors 3 to 6 , which serves to eliminate acoustic interference surface waves, as already described in the main patent. This interdigital converter 10 is terminated with an electrical load in the form of an electrical energy store 11 , 12 .

In Weiterbildung der Erfindung kann dieser elektrische Energiespeicher durch einen elektrischen Kondensator 12 mit vorgeschaltetem Gleichrichter 11 gebildet sein. Die durch den Interdigitalwandler 10 gelieferte Hochfrequenzleistung wird durch den Gleichrichter 11 gleichgerichtet und im Kondensator 12 gespeichert und kann zum Betrieb einer - wenig elektrische Leistung verbrauchenden - elektronischen Schaltung ausgenutzt werden. Es können unter Ausnutzung dieser Leistung beispielsweise Daten aus einem elektrisch umprogrammierbaren Festwertspeicher (EEPROM) ausgelesen werden, welche ihrerseits beispielsweise zur Änderung einer (nicht dargestellten) Beschaltung der Oberflächenwellenreflektoren 2 bis 6 ausgenutzt werden können.In a further development of the invention, this electrical energy store can be formed by an electrical capacitor 12 with an upstream rectifier 11 . The high-frequency power supplied by the interdigital transducer 10 is rectified by the rectifier 11 and stored in the capacitor 12 and can be used to operate an electronic circuit that consumes little electrical power. Using this power, for example, data can be read out of an electrically reprogrammable read-only memory (EEPROM), which in turn can be used, for example, to change a circuit (not shown) of the surface wave reflectors 2 to 6 .

Wie bereits ausgeführt, ist der zur Eliminierung von Stör- Oberflächenwellen verwendete Interdigitalwandler 10 auf der den Oberflächenwellenreflektoren 3 bis 6 abgewandten Seite des Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandlers 2 angeordnet. Es wird dabei davon ausgegangen, daß der Ein- /Auskoppel-Interdigitalwandler 2 ein bidirektionaler Wandler ist. Damit steht die Hälfte der Leistung sofort zur Verfügung und kann beispielsweise zum Schalten von Bits in einer (nicht dargestellten) an den Ein-/Auskoppel- Interdigitalwandler 2 angekoppelten elektronischen Schaltung verwendet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, in der gleiche Elemente wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, handelt es sich um ein insgesamt bidirektionales Bauelement, bei dem auf beiden Seiten des Ein-/Auskoppel-Interdigitalwandlers 2 in der akustischen Spur 7 mehrere Oberflächenwellen 3, 4, . . . bzw. 5, 6, . . . angeordnet sind. Dabei ist gemaß Fig. 2 auf mindestens einer Seite hinter dem letzten Oberflächenwellenreflektor - bei dieser Ausführungsform hinter dem Oberflächenwellenreflektor 3 - der Interdigitalwandler 10 zur Eliminierung von akustischen Stör-Oberflächenwellen mit der elektrischen Last in Form des elektrischen Energiespeichers 11, 12 angeordnet.As already stated, the interdigital transducer 10 used for eliminating interference surface waves is arranged on the side of the input / output coupling interdigital transducer 2 facing away from the surface wave reflectors 3 to 6 . It is assumed that the coupling / decoupling interdigital converter 2 is a bidirectional converter. Half of the power is thus immediately available and can be used, for example, for switching bits in an electronic circuit (not shown) coupled to the input / output coupling interdigital converter 2 . The embodiment according to FIG. 2, in which the same elements as in the embodiment according to FIG. 1 are provided with the same reference numerals, is an overall bidirectional component in which the on / off coupling interdigital transducer 2 in the acoustic track 7 several surface waves 3 , 4,. . . or 5 , 6,. . . are arranged. Here, 2 is according to FIG on at least one side behind the last surface wave reflector -. In this embodiment, after the surface wave reflector 3 - of the interdigital transducers 10 for eliminating acoustic interfering surface waves with the electric load in the form of the electric energy storage device 11, 12.

Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 um ID-Tags handelt, wie sie beispielsweise in der DE-OS 41 30 776 oder der US-PS 4 625 208 beschrieben sind.It should be pointed out that the embodiments according to FIGS. 1 and 2 are ID tags, as are described, for example, in DE-OS 41 30 776 or US Pat. No. 4,625,208.

In Weiterbildung der Erfindung wird als Interdigitalwandler zur Eliminierung von akustischen Stör- Oberflächenwellen ein unidirektionaler Interdigitalwandler (SPUDT - Single Phase Unidirectional Transducer) verwendet. Die günstigste Ausgestaltung des unidirektionalen Interdigitalwandlers richtet sich vorzugsweise nach dem Gesamtsystem, in dem er eingesetzt wird. Wird das System mit pulsförmigen Abfragesignalen betrieben, so ist der Wandler ein an sich bekannter nicht dispersiver Typ. Wird dagegen das System mit dem aus der Radartechnik an sich bekannten Impulskompressionsverfahren abgefragt, so ist es vorteilhaft, den Abfrageimpuls im Wandler zu komprimieren, wozu ein dispersiver Wandler gemäß Fig. 3 verwendet wird. Bei einem derartigen Wandler gemäß Fig. 3 handelt es sich um eine Interdigitalwandler Reflektorkombination 20, welche aus Zellen mit jeweils einem Elektrodenfinger 21 großer Breite und zwei Elektrodenfingern 22, 23 mit gegenüber dem Elektrodenfinger 21 kleinerer Breite gebildet ist. Wie Fig. 3 zeigt, nimmt die Zellenbreite in der Zeichenebene gesehen von links nach rechts ab, wodurch die dispersiven Eigenschaften des Wandlers zustande kommen.In a further development of the invention, a unidirectional interdigital transducer (SPUDT - Single Phase Unidirectional Transducer) is used as an interdigital transducer for eliminating acoustic interference surface waves. The cheapest configuration of the unidirectional interdigital transducer is preferably based on the overall system in which it is used. If the system is operated with pulse-shaped interrogation signals, the converter is a non-dispersive type known per se. If, on the other hand, the system is polled using the pulse compression method known per se from radar technology, it is advantageous to compress the polling pulse in the converter, for which purpose a dispersive converter according to FIG. 3 is used. Such a transducer according to FIG. 3 is an interdigital transducer / reflector combination 20 , which is formed from cells each with an electrode finger 21 of a large width and two electrode fingers 22 , 23 with a smaller width than the electrode finger 21 . As shown in FIG. 3, the cell width decreases from left to right in the plane of the drawing, which results in the dispersive properties of the converter.

Ein derartiger dispersiver unidirektionaler Wandler 20 ist, wie oben bereits ausgeführt, insbesondere dann vor teilhaft, wenn ein ID-Tag ein mit Impulskompression arbei tendes Abfragesystem ist, so daß die expandierten Abfrage signale durch den Wandler komprimiert werden und damit ein zwar kurzer, jedoch hoher Spannungsstoß erzeugt wird. Ein derartiger Spannungsstoß läßt sich effizienter gleichrich ten.Such a dispersive unidirectional converter 20 , as already explained above, is particularly advantageous when an ID tag is a query system working with pulse compression, so that the expanded query signals are compressed by the converter and thus a short but high one Voltage surge is generated. Such a surge can be rectified more efficiently.

Bei eine elektronischen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Bauelement in Form eines ID-Tags ist es erfin dungsgemäß möglich, ein derartiges passives Element mit Energie zu versorgen, so daß es wie ein aktives Element wirkt, mit dem eine Vielzahl von Bits übertragen werden kann. Dabei kann auch ein zwischen dem ID-Tag und einer Sendeantenne befindlicher Verstärker mit der aus Stör- Oberflächenwellen gewonnenen elektrischen Leistung betrie ben werden, so daß mindestens ein Teil der Dämpfung des ID-Tags ausgeglichen werden kann. Der zur Eliminierung von Stör-Oberflächenwellen verwendete Interdigitalwandler kann darüber hinaus so ausgebildet werden, daß die Energie im Zeitpunkt erzeugt wird, in dem die Antwortimpulse ausge koppelt werden, wodurch die Antwort des ID-Tags und damit die Reichweite bei gegebener Abfrageleistung erhöht wird.With an electronic with acoustic surface waves working component in the form of an ID tag, it is invented According to the invention possible with such a passive element To supply energy, making it like an active element with which a large number of bits are transmitted can. There can also be one between the ID tag and one Transmitting antenna with the amplifier from interference Electric power obtained from surface waves ben, so that at least part of the damping of the ID tags can be balanced. The one to eliminate Interdigital transducers used can interfere with surface waves be trained so that the energy in the Time is generated at which the response pulses out be coupled, thereby the response of the ID tag and thus the range is increased for a given query performance.

Claims

1. Electronic working with acoustic surface waves component with at least one interdigital transducer ( 10 ; 20 ) arranged in traces of interference surface waves to eliminate the interference surface waves, which is completed with an electrical load ( 11 , 12 ), according to patent 43 33 340 , characterized in that the electrical load ( 10 , 11 ) is an electrical energy store.

2. Component according to claim 1, characterized in that the electrical energy store ( 10 , 11 ) is an electrical capacitor ( 12 ) with an upstream rectifier ( 11 ).

3. Component according to claim 1 and / or 2, characterized in that the interdigital transducer ( 20 ) is a unidirectional interdigital transducer.

4. The component according to claim 3, characterized in that the unidirectional interdigital transducer ( 20 ) is a dispersi ver interdigital transducer.

5. Component according to one of claims 1 to 4 in the form of an ID tag with a coupling / decoupling interdigital transducer ( 2 ) and in at least one acoustic track ( 7 ) of the coupling / decoupling interdigital transducer ( 2 ) arranged surface wave reflectors ( 3 to 6 ), characterized in that the interdigital transducer ( 10 ) for eliminating interference surface waves is arranged behind the last surface wave lenreflektor ( 3 ) of the ID tag.

6. Component according to one of claims 1 to 4 in the form of an ID tag according to claim 5, characterized in that when the surface wave reflectors ( 3 to 6 ) are arranged on only one side of the coupling / decoupling interdigital transducer ( 2 ) of the interdigital transducer ( 10 ) for eliminating interference surface waves on the surface waves reflectors ( 3 to 6 ) facing away from the on / off coupling interdigital transducer ( 2 ) is arranged.