DE102006048193A1

DE102006048193A1 - Akustischer, galvanischer Isolator, der in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte, akustische Volumenresonatoren einlagert

Info

Publication number: DE102006048193A1
Application number: DE102006048193A
Authority: DE
Inventors: John D. Palo Alto Larson III; Ian Sunnyvale Hardcastle
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2007-04-26
Also published as: GB2431533B; CN1953433B; GB0620655D0; CN1953433A; JP5188694B2; US7737807B2; US20070086080A1; JP2007116699A; GB2431533A

Abstract

Ausführungsbeispiele des akustischen, galvanischen Isolators weisen eine Trägersignalquelle, einen Modulator, der verbunden ist, um ein Informationssignal und das Trägersignal zu empfangen, einen Demodulator und einen elektrisch isolierenden, akustischen Koppler auf, der zwischen dem Modulator und dem Demodulator verbunden ist. Der elektrisch isolierende, akustische Koppler weist in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte akustische Volumenresonatoren (DSBARs) auf.

Description

Verwandte Anmeldungen

Diese Offenbarung ist mit den folgenden, gleichzeitig eingereichten Offenbarungen verwandt: Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Single Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator von John D. Larson III (Agilent Aktenzeichen 10051180-1); Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Single Insulated Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator With Acoustically-Resonant Electrical Insulator von John D. Larson III (Agilent Aktenzeichen 10051205-1); Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Film Acoustically-Coupled Transformer von John D. Larson III u. a. (Agilent Aktenzeichen 10051206-1) und Acoustic Galvanic Isolator von John D. Larson III u. a. (Agilent Aktenzeichen 10051583), wobei alle derselben der Anmelderin dieser Offenbarung zugewiesen sind und durch Bezugnahme aufgenommen sind.

Ein galvanischer Isolator bzw. ein Trennglied ermöglicht, dass ein Informationssignal von dem Eingang desselben zu dem Ausgang desselben durchläuft, aber weist keinen elektrischen Leitungsweg zwischen dem Eingang desselben und dem Ausgang desselben auf. Das Fehlen eines elektrischen Leitungswegs ermöglicht, dass der galvanische Isolator verhindern kann, dass ungewollte Spannungen zwischen dem Eingang desselben und dem Ausgang desselben durchlaufen. Genauer gesagt blockiert ein galvanischer Isolator lediglich eine Gleichsignalspannung, aber ein typischer galvanischer Isolator blockiert zusätzlich eine Wechselsignalspannung, wie beispielsweise Spannungen bei Leistungsleitungs- und Audiofrequenzen. Ein Beispiel eines galvanischen Isolators ist ein Datenkoppler, der ein digitales Informationssignal mit hoher Datenrate durchlässt, aber Gleichsignalspannungen blockiert und zusätzlich niederfrequente Wechselsignalspannungen blockiert.

Ein Beispiel eines Datenkopplers ist ein Optoisolator, wie beispielsweise die Optoisolatoren, die durch Agilent Technologies, Inc. verkauft werden. Bei einem Optoisolator wird ein elektrisches Informationssignal durch eine Licht emittierende Diode (LED = Light-Emitting Diode) in ein Lichtsignal umgewandelt. Das Lichtsignal durchläuft ein elektrisch nicht leitendes, Licht transmittierendes Medium, typischerweise einen Luftzwischenraum oder einen optischen Wellenleiter, und wird durch einen Photodetektor empfangen. Der Photodetektor wandelt das Lichtsignal zurück in ein elektrisches Signal um. Eine galvanische Isolation ist vorgesehen, weil das Lichtsignal das elektrisch nicht leitende, Licht transmittierende Medium ohne den Bedarf nach metallischen Leitern durchlaufen kann.

Andere Datenkoppler umfassen einen Transformator, der aus einer ersten Spule gebildet ist, die magnetisch mit einer zweiten Spule gekoppelt ist. Ein Leiten des elektrischen Informationssignals durch die erste Spule hindurch wandelt das elektrische Informationssignal in einem magnetischen Fluss um. Der magnetische Fluss durchläuft Luft oder ein elektrisch nicht leitendes, permeables, magnetisches Material zu der zweiten Spule. Die zweite Spule wandelt den magnetischen Fluss zurück in ein optisches Signal um. Der Transformator ermöglicht, dass das Informationssignal mit hoher Datenrate durchläuft, aber blockiert eine Transmission von Gleichsignalspannungen und niederfrequenten Wechselsignalspannungen. Der Widerstandswert des Förderers des magnetischen Flusses ist ausreichend, um zu verhindern, dass Gleichsignalspannungen und niederfrequente Wechselsignalspannungen von Eingang zu Ausgang durchlaufen. Blockierkondensatoren werden manchmal verwendet, um eine ähnliche Isolation bzw. Trennung zu liefern.

Kostengünstige Optoisolatoren sind durch eine Vorrichtungskapazität und aus Leistungsbegrenzungen der optischen Vorrichtungen heraus typischerweise auf Datenraten von etwa 10 Mb/s begrenzt. Der Transformatoransatz erfordert, dass die Spulen eine große Induktivität aufweisen, jedoch zum Transmittieren bzw. Übertragen des Informationssignals mit hoher Datenrate in der Lage sein sollen. Derartige widerstreitende Anforderungen sind häufig schwierig in Einklang zu bringen. Ein Verwenden von Kondensatoren liefert keine absolute Unterbrechung in dem Leitungsweg, weil das Informationssignal überall elektrisch transmittiert wird. Erfolgreichere Lösungen wandeln das elektrische Informationssignal in eine andere Signalform um, z. B. Licht oder einen magnetischen Fluss, und wandeln dann die andere Signalform zurück in ein elektrisches Signal um. Dies ermöglicht, dass der elektrische Weg zwischen Eingang und Ausgang beseitigt werden kann.

Viele Datentransmissionssysteme sind mit Geschwindigkeiten von 100 Mb/s wirksam. Was benötigt wird, ist ein kompakter, kostengünstiger, galvanisches Isolator, der zum Wirksamsein mit Geschwindigkeiten von 100 Mb/s und mehr in der Lage ist. Ferner wird ein kompakter, kostengünstiger, galvanischer Isolator benötigt, der in der Lage ist, Wechselspannungssignale bei Frequenzen in der Nähe derer des Informationssignals zu blockieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen galvanischen Isolator und ein Verfahren zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen galvanischen Isolator gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals gemäß Anspruch 15 gelöst.

Bei einem ersten Aspekt schafft die Erfindung einen akustischen, galvanischen Isolator. Ausführungsbeispiele des akustischen, galvanischen Isolators weisen Folgendes auf: eine Trägersignalquelle, einen Modulator, der verbunden ist, um ein Informationssignal und das Trägersignal zu empfangen, einen Demodulator und einen elektrisch isolierenden akustischen Koppler, der zwischen den Modulator und den Demodulator geschaltet ist. Der elektrisch isolierende, akustische Koppler weist in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte, akustische Volumenresonatoren (DSBARs; decoupled stacked bulk acoustic resonators) auf.

Bei einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals. Ausführungsbeispiele des Verfahrens weisen das Bereitstellen eines elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers auf, der Folgendes aufweist: in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte, akustische Volumenresonatoren (DSBARs); das Liefern eines Trägersignals; Modulieren des Trägersignals mit dem Informationssignal, um ein moduliertes, elektrisches Signal zu bilden; akustisches Koppeln des modulierten, elektrischen Signals durch den elektrisch isolierenden, akustischen Koppler; und Wiedergewinnen des Informationssignals aus dem modulierten, elektrischen Signal, das akustisch durch den elektrisch isolierenden, akustischen Koppler gekoppelt ist.

Ein elektrisch isolierender, akustischer Koppler, der in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte, akustische Volumenresonatoren (DSBARs) aufweist, ist physisch klein und kostengünstig herzustellen und ist trotzdem in der Lage, Informationssignale mit Datenraten über 100 Mbit/s akustisch zu koppeln und einer wesentlichen DC- oder AC-Spannung zwischen seinen Eingängen und seinen Ausgängen zu widerstehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das einen akustischen, galvanischen Isolator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der als elektrisch isolierender, akustischer Koppler des akustischen, galvanischen Isolators verwendet werden kann, der in 1 gezeigt ist;
3 einen Graphen, der die Frequenzantwortcharakteristik eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des akustischen Kopplers zeigt, der in 2 gezeigt ist (durchgezogene Linie) und von einem seiner zugehörigen, entkoppelten, gestapelten akustischen Volumenresonatoren (DSBARs);
4A eine Draufsicht, die ein praktisches Beispiel des akustischen Kopplers zeigt, der in 2 gezeigt ist;
4B Und 4C Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 4B-4B bzw. 4C-4C, die in 4A gezeigt sind;
5A eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der in 4B mit 5A markiert ist, der ein erstes Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers zeigt;
5B eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der in 4B mit 5A markiert ist, der ein zweites Ausführungsbeispiel des akustischen Entkopplers zeigt;
6 ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der als der elektrisch isolierende, akustische Koppler des akustischen, galvanischen Isolators verwendet werden kann, der in 1 gezeigt ist;
7A eine Draufsicht, die ein praktisches Beispiel des akustischen Kopplers zeigt, der in 6 gezeigt ist;
7B und 7C Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 7B-7B bzw. 7C-7C, die in 7A gezeigt sind;
8 ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der als der elektrisch isolierende, akustische Koppler des akustischen galvanischen Isolators verwendet werden kann, der in 1 gezeigt ist;
9A eine Draufsicht, die ein praktisches Beispiel des akustischen Kopplers zeigt, der in 8 gezeigt ist;
9B und 9C Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 9B-9B und 9C-9C, die in 9A gezeigt sind;
10 ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der als der elektrisch isolierende, akustische Koppler des akustischen, galvanischen Isolators verwendet werden kann, der in 1 gezeigt ist;
11A eine Draufsicht, die ein praktisches Beispiel des akustischen Kopplers zeigt, der in 10 gezeigt ist;
11B und 11C Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 11B-11B bzw. 11C-11C, die in 11 gezeigt sind; und
12 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals zeigt.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen akustischen, galvanischen Isolator 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Ein akustischer, galvanischer Isolator 10 überträgt ein elektrisches Informationssignal S_I zwischen seinen Eingangsanschlüssen und seinen Ausgangsanschlüssen und schafft trotzdem eine elektrische Isolation zwischen seinen Eingangsanschlüssen und seinen Ausgangsanschlüssen. Der akustische, galvanische Isolator 10 schafft nicht nur einen elektrische Isolation bei Gleichstrom (DC), sondern liefert ferner eine elektrische Isolation bei Wechselstrom. Das elektrische Informationssignal S_I ist üblicherweise ein digitales Datensignal mit hoher Datenrate, kann aber alternativ ein analoges Signal sein. Bei einer Anwendung ist das elektrische Informationssignal S_I ein Ethernetsignal mit 100 Mbit/sek.
Bei dem gezeigten Beispiel besteht der akustische, galvanische Isolator 10 aus einem lokalen Oszillator 12, einem Modulator 14, einen elektrisch isolierenden, akustischen Koppler 16 und einem Demodulator 18. Bei dem gezeigten Beispiel ist der lokale Oszillator 12 die Quelle eines elektrischen Trägersignals S_C. Der Modulator 14 weist einen Eingang auf, der verbunden ist, um das elektrische Informationssignal S_I von den Eingangsanschlüssen 22, 24 des akustischen, galvanischen Isolators 10 zu empfangen, und einen Eingang, der verbunden ist, um das Trägersignal S_C von dem lokalen Oszillator 12 zu empfangen. Der Modulator 14 weist Ausgänge auf, die mit den Eingängen 26, 28 des elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers 16 verbunden sind.
Der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16 liefert eine symmetrische Ausgabe an Ausgängen 34 und 36. Die Ausgänge 32, 34 des elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers 16 sind mit den Eingängen des Demodulators 18 verbunden. Die Ausgänge des Demodulators 18 sind mit den Ausgangsanschlüssen 36, 38 des akustischen, galvanischen Isolators 10 verbunden.
Der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16 weist eine Durchlassbandfrequenzantwort auf, die nachfolgend detaillierter Bezug nehmend auf 3 beschrieben wird. Der lokale Oszillator 12 erzeugt das Trägersignal S_C bei einer Frequenz, die nominal in der Mitte des Durchlassbandes des elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers 16 ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des akustischen, galvanischen Isolators 10 ist das Durchlassband des elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers 16 bei einer Frequenz von 1,9 GHz zentriert, und der lokale Oszillator 12 erzeugte das Trägersignal S_C bei einer Frequenz von 1,9 GHz. Der lokale Oszillator 12 führt das Trägersignal S_C zu dem Trägersignaleingang des Modulators 14.
Der Modulator 14 empfängt das elektrische Informationssignal S_I von den Eingangsanschlüssen 22, 24 und moduliert das Trägersignal S_C mit dem elektrischen Informationssignal S_I, um ein moduliertes, elektrisches Signal S_M zu erzeugen. Üblicherweise ist das modulierte, elektrische Signal S_M das Trägersignal S_C, moduliert gemäß dem elektrischen Informationssignal S_I. Jegliches geeignete Modulationsschema kann verwendet werden. Bei einem Beispiel, bei dem das Trägersignal durch das elektrische Informationssignal S_I amplitudenmoduliert ist und das elektrische Informationssignal S_I ein digitales Signal mit einem niedrigen bzw. hohen Signalpegel ist, die jeweils 0s und 1s darstellen, weist das modulierte, elektrische Signal S_M eine kleine und große Amplitude auf, die jeweils die 0s und 1s des elektrischen Informationssignal darstellen.
Wie nachfolgend detaillierter Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben wird, koppelt der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16 das modulierte elektrische Signal S_M akustisch von seinen Eingängen 26, 28 zu seinen Ausgängen 32, 34, um ein elektrisches Ausgangssignal So zu den Eingängen des Demodulators 18 zu liefern. Das elektrische Ausgangssignal So ist ähnlich zu dem modulierten elektrischen Signal S_M, d. h. es ist ein moduliertes elektrisches Signal mit derselben Frequenz wie das Trägersignal S_C, demselben Modulationsschema wie das modulierte elektrische Signal S_M und demselben Informationsgehalt wie das elektrische Informationssignal S_I. Der Demodulator 18 demoduliert das elektrische Ausgangssignal So, um das elektrische Informationssignal S_I als das wiedergewonnene elektrische Informationssignal S_R wiederzugewinnen. Das wiedergewonnene, elektrische Informationssignal S_R wird von dem Demodulator 18 zu den Ausgangsanschlüssen 36, 38 ausgegeben.
Der Demodulator 18 weist einen Detektor auf (nicht gezeigt), der das elektrische Informationssignal S_I aus dem elektrischen Ausgangssignal So wiedergewinnt, wie in der Technik bekannt ist. Bei einem Beispiel rektifiziert und integriert der Detektor das elektrische Ausgangssignal So, um das elektrische Informationssignal S_I wiederzugewinnen. Üblicherweise, bei einem Ausführungsbeispiel, das für Anwendungen gedacht ist, bei denen das elektrische Informationssignal S_I ein digitales Signal ist, umfasst der Demodulator 18 zusätzlich eine Takt- und Daten-Wiedergewinnungsschaltung (CDR-Schaltung; CDR = clock and data recovery), nach dem Detektor. Die CDR-Schaltung ist wirksam, um den Signalverlauf des rohen, elektrischen Informationssignals zu bereinigen, das aus dem elektrischen Ausgangssignal S_O wiedergewonnen wird, um ein wiedergewonnenes, elektrisches Informationssignal S_R zu erzeugen. Der Demodulator 18 liefert das wiedergewonnene, elektrische Informationssignal S_R zu den Ausgangsanschlüssen 36, 38 des akustischen, galvanischen Isolators 10.
Schaltungen, die geeignet zur Verwendung als lokaler Oszillator 12, Modulator 14 und Demodulator 18 des akustischen, galvanischen Isolators 10 sind, sind in der Technik bekannt. Folglich werden der lokale Oszillator 12, der Modulator 14 und der Demodulator 18 nicht detaillierter beschrieben.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, ist der lokale Oszillator 12 als Teil des akustischen, galvanischen Isolators 10 gezeigt. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist der akustische, galvanische Isolator 10 anstelle eines lokalen Oszillators Trägersignaleingangsanschlüsse auf (nicht gezeigt), über die der akustische, galvanische Isolator das Trägersignal S_C von einem externen Trägersignalgenerator empfängt. Bei solchen Ausführungsbeispielen liefern die Trägersignaleingangsanschlüsse die Trägersignalquelle für den akustischen, galvanischen Isolator.
Akustische Koppler gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, die als akustisch isolierender, akustischer Koppler 16 bei dem akustischen galvanischen Isolator 10 verwendet werden können, werden nun beschrieben. Solche Ausführungsbeispiele weisen alle eine Durchlassbandfrequenzantwort auf, wie nachfolgend detaillierter Bezug nehmend auf 3 beschrieben wird. Das Durchlassband des akustischen Kopplers ist durch eine Mittenfrequenz und eine Bandbreite gekennzeichnet. Die Bandbreite des Durchlassbandes bestimmt die maximale Datenrate des Informationssignals, die akustisch durch den akustischen Koppler gekoppelt werden kann. Der Einfachheit halber wird die Mittenfrequenz des Durchlassbandes des akustischen Kopplers als die Mittenfrequenz des akustischen Kopplers bezeichnet. Wie nachfolgend weiter beschrieben wird, bestehen die Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers teilweise aus Schichten von verschiedenen akustisch durchlässigen Materialien, deren Dicke von der Wellenlänge in dem akustisch durchlässigen Material eines akustischen Signals abhängt, das nominell bezüglich der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers ist. Bei dem akustischen, galvanischen Isolator 10, der in 1 gezeigt ist, ist die Frequenz des Trägersignals S_C nominell gleich der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers, der als der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16 verwendet wird.
Bei dieser Offenbarung wird der Ausdruck Viertelwellenschicht verwendet, um eine Schicht eines akustisch durchlässigen Materials mit einer Nenndicke t gleich einem ungeraden, ganzzahligen Mehrfachen von einem Viertel der Wellenlänge in dem Material eines akustischen Signals zu bezeichnen, das bezüglich der Frequenz nominal gleich der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers ist, d. h.: t ≈ (2m + 1)λn/4 (1)wobei λ_n die Wellenlänge des oben erwähnten, akustischen Signals in dem akustisch durchlässigen Material ist, und m eine ganze Zahl gleich oder größer Null ist. Die Dicke einer Viertelwellenschicht kann sich von der Nenndecke um ungefähr ±10% von λ_n/4 unterscheiden. Eine Dicke außerhalb dieses Toleranzbereichs kann mit einer gewissen Verhaltensverschlechterung verwendet werden, aber die Dicke einer Viertelwellenschicht unterscheidet sich immer wesentlich von einem ganzzahligen Mehrfachen von λ_n/2.
Ferner wird in dieser Offenbarung eine Viertelwellenschicht mit einer Dicke gleich einer spezifischen Anzahl von Viertelwellenlängen des oben erwähnten akustischen Signals in dem Material der Schicht so bezeichnet, dass dem Ausdruck Viertelwellenschicht eine Zahl vorausgeht, die die Anzahl von Viertelwellenlängen bezeichnet. Zum Beispiel wird der Ausdruck Ein-Viertelwellen-Dicke-Schicht verwendet, um eine Schicht eines akustisch durchlässigen Materials zu bezeichnen, die eine Nenndicke t gleiche einem Viertel der Wellen länge in dem Material eines akustischen Signals ist, das in der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers ist, d. h. t ≈ λ_n/4 (m = 0 in Gleichung (1)). Eine Ein-Viertelwellen-Dicke-Schicht ist eine Viertelwellenschicht einer geringstmöglichen Dicke. Auf ähnliche Weise weist eine Drei-Viertelwellen-Schicht einen Nenndicke t gleich drei Vierteln der Wellenlänge in dem Material des oben erwähnten, akustischen Signals auf, d. h. t ≈ 3λ_n/4 (m = 1 in Gleichung (1)).
Der Ausdruck Halbwellensicht wird verwendet, um eine Schicht eines akustisch durchlässigen Material mit einer Nenndicke t gleich einem ganzzahligen Mehrfachen von einer Hälfte der Wellenlänge in dem Material eines akustischen Signals zu bezeichnen, das in der Frequenz gleich der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers ist, d. h.: t ≈ nλn/2 (2)wobei n eine ganze Zahl größer als Null ist. Die Dicke einer Halbwellenschicht kann sich von der Nenndicke ungefähr ±10% von λ_n/2 unterscheiden. Eine Dicke außerhalb dieses Toleranzbereichs kann mit einer gewissen Verhaltensverschlechterung verwendet werden, aber die Dicke einer Halbwellenschicht unterscheidet sich immer wesentlich von einem ungeradzahligen, ganzzahligen Mehrfachen von λ_n/4. Dem Ausdruck Halbwellenschicht kann eine Zahl vorausgehen, um eine Schicht mit einer Dicke gleich einer spezifischen Anzahl von Halbwellenlängen des oben erwähnten akustischen Signals in dem Material der Schicht zu bezeichnen.
Akustische, galvanische Isolatoren und ihre zugehörigen elektrisch isolierenden, akustischen Koppler sind durch eine Durchbruchsspannung gekennzeichnet. Die Durchbruchsspannung eines akustischen, galvanischen Isolators ist die Spannung, die, wenn sie zwischen den Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen des akustischen, galvanischen Isolators angelegt ist, einen Leckstrom verursacht, der größer ist, als ein Schwellenleckstrom, der fließen soll. Bei akustischen, galvanischen Isolatoren mit mehreren Eingangsanschlüssen und mehreren Ausgangsanschlüssen, wie bei dieser Offenbarung, sind die Eingangsanschlüsse elektrisch miteinander verbunden und die Ausgangsanschlüsse sind elektrisch miteinander verbunden, um die Durchbruchspannungsmessung auszuführen. Die Durchbruchspannung eines elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers ist die Spannung, die, wenn sie zwischen den Eingängen und Ausgängen des akustisch resonanten elektrischen Isolierers angelegt sind, einen Leckstrom verursachen, der größer ist als ein Schwellenleckstrom, der fließen soll. Bei elektrisch isolierenden, akustischen Kopplern mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, wie bei dieser Offenbarung, sind die Eingänge elektrisch miteinander gebunden und die Ausgänge sind elektrisch miteinander verbunden, um die Durchbruchspannungsmessung auszuführen. Der Schwellenleckstrom ist anwendungsabhängig und ist üblicherweise im Bereich von Mikroampere.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Der akustische Koppler 100 weist Eingänge 26, 28, Ausgänge 32, 34, einen ersten entkoppelten, gestapelten, akustischen Volumenresonator (DSBAR) 106, einen zweiten DSBAR 108 und eine elektrische Schaltung 140 auf, die die DSBARs 106 und 108 in Reihe zwischen die Eingänge 26, 28 und die Ausgänge 32, 34 schaltet. Der DSBAR 106 weist einen akustischen Entkoppler 130 auf, und der DSBAR 108 weist einen akustischen Entkoppler 170 auf. Zumindest einer des akustischen Entkopplers 130 und des akustischen Kopplers 170 ist elektrisch isolierend und isoliert die Eingänge 26, 28 elektrisch von den Ausgängen 32, 34. Üblicherweise sind sowohl der akustische Entkoppler 130 als auch der akustische Koppler 170 elektrisch isolierend. Die elektrisch isolierenden, akustischen Koppler 130 und 170 sind in Reihe zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34.
Wenn er als ein elektrisch isolierender, akustischer Koppler 16 in dem akustischen, galvanischen Isolator 10 verwendet wird, der in 1 gezeigt ist, koppelt der akustische Koppler 100 das modulierte, elektrische Signal S_M akustisch aus den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, während eine elektrische Isolation zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 geliefert wird. Somit isoliert der akustische Koppler 100 effektiv die Ausgangsanschlüsse 36, 38 galvanisch von den Eingangsanschlüssen 22, 24 und ermöglicht, dass sich die Ausgangsanschlüsse in der Spannung von den Eingangsanschlüssen um eine Spannung bis zu der spezifizierten Durchbruchsspannung unterscheiden.
Jeder des DSBAR 106 und des DSBAR 108 weist einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR; film bulk acoustic resonator), einen zweiten FBAR und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs auf. Jeder FBAR weist gegenüber liegende, planare Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden auf. Genauer gesagt besteht der erste DSBAR 106 aus einem ersten FBAR 110, einem zweiten FBAR 120 und einem elektrisch isolierenden, akustischen Entkoppler 130 zwischen den FBARs. Der zweite DSBAR 108 besteht aus einem ersten FBAR 150, einem zweiten FBAR 160 und einem elektrisch isolierenden, akustischen Entkoppler 170 zwischen den FBARs. Bei dem gezeigten Beispiel ist der zweite FBAR 120 auf den ersten FBAR 110 gestapelt und der erste FBAR 150 ist auf den zweite FBAR 160 gestapelt. Alternativ kann der erste FBAR 110 auf den zweiten FBAR 120 gestapelt sein und der zweite FBAR 160 kann auf den ersten FBAR 150 gestapelt sein.
Bei dem ersten DSBAR 106 besteht der erste FBAR 110 aus gegenüberliegenden, planaren Elektroden 112 und 114 und einem piezoelektrischen Element 116 zwischen den Elektroden 112 und 114, und der zweite FBAR 120 besteht aus gegenüberliegenden, planaren Elektroden 122 und 124 und einem piezoelektrischen Element 126 zwischen den Elektroden 122 und 124. Der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 130 ist zwischen der Elektrode 114 des FBAR 110 und der Elektrode 122 des FBAR 120 angeordnet. Bei dem zweiten DSBAR 108 besteht der erste FBAR 150 aus gegenüberliegenden, planaren Elektroden 152 und 154 und einem piezoelektrischen Element 156 zwischen den Elektroden 152 und 154, und der zweite FBAR 160 besteht aus gegenüberliegenden, planaren Elektroden 162 und 164 und einem piezoelektrischen Element 166 zwischen den Elektroden 162 und 164. Der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 170 ist zwischen der Elektrode 152 des FBAR 150 und der Elektrode 164 des FBAR 160 angeordnet.
Die elektrische Schaltung 140 besteht aus den Leitern 136, 138, 176, 178, 182 und 184. Die Leiter 136 bzw. 138 verbinden elektrisch die Eingänge 26, 28 mit den Elektroden 112 bzw. 114 des ersten FBAR 110 des ersten DSBAR 106. Die Leiter 182 und 184 verbinden DSBARs 106 und 108 in Reihe durch jeweiliges Verbinden der Elektrode 122 des zweiten FBAR 120 mit der Elektrode 152 des ersten FBAR 150 und Verbinden der Elektrode 124 des zweiten FBAR 120 mit der Elektrode 154 des ersten FBAR 150. Leiter 176 und 178 verbinden die Elektroden 162 bzw. 164 des zweiten FBAR 160 des zweiten DSBAR 108 jeweils elektrisch mit den Ausgängen 32, 34.
Bei dem ersten DSBAR 106 wird das modulierte, elektrische Signal S_M, das an den Eingängen 26, 28 empfangen wird, über Leiter 136 bzw. 138 zu den Elektroden 112 und 114 des ersten FBAR 110 geleitet. Bei dem ersten FBAR 110 legen Elektroden 112 und 114 das elektrische Eingangssignal an das piezoelektrische Element 116 an. Das elektrische Eingangssignal, das an das piezoelektrische Element 116 angelegt ist, verursacht, dass der erste FBAR 110 mechanisch schwingt. Der akustische Entkoppler 130 koppelt einen Teil des akustischen Signals, das durch den ersten FBAR 110 erzeugt wird, mit dem zweiten FBAR 120 und das akustische Signal verursacht, dass der FBAR 120 schwingt. Das piezo elektrisch Element 126 des zweiten FBRR 120 wandelt die mechanische Schwingung des zweiten FBAR 120 in ein elektrisches Zwischensignal um, das durch die Elektroden 122 und 124 des zweiten FBAR 120 empfangen wird. Die elektrische Schaltung 140 koppelt das elektrische Zwischensignal von den Elektroden 122 und 124 des zweiten FBAR 120 des ersten DSBAR 106 mit den Elektroden 152 bzw. 154 des ersten FBAR 150 des zweiten DSBAR 108.
Bei dem zweiten DSBAR 108 schwingt der erste FBAR 150 mechanisch ansprechend auf das elektrische Zwischensignal, das an sein piezoelektrisches Element 156 angelegt ist. Der akustische Entkoppler 170 koppelt einen Teil des akustischen Signals, das durch den ersten FBAR 150 erzeugt wird, mit dem zweiten FBAR 160, und das akustische Signal verursacht, dass der zweite FBAR 160 schwingt. Das piezoelektrische Element 166 des zweiten FBAR 160 wandelt die mechanische Schwingung des zweiten FBAR 160 in ein elektrisches Ausgangssignal So um, das durch die Elektroden 162 und 164 des FBAR 160 empfangen wird. Leiter 176 und 178 verbinden das elektrische Ausgangssignal So von den Elektroden 162 und 164 mit den Ausgängen 32 bzw. 34.
Das elektrische Ausgangssignal So, das zwischen den Ausgängen 32, 34 erscheint, weist dieselbe Frequenz auf und umfasst den Informationsgehalt des modulierten, elektrischen Signals S_M, das zwischen den Eingängen 26, 28 angelegt ist. Somit koppelt der akustische Koppler 100 effektiv das modulierte, elektrische Signal S_M akustisch von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34. Der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 130 isoliert die Elektrode 114, die mit dem Eingang 28 verbunden ist, elektrisch von der Elektrode 122, die mit der Elektrode 152 verbunden ist, und der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 170 isoliert die Elektrode 152 elektrisch von der Elektrode 164, die mit dem Ausgang 34 verbunden ist. Somit isoliert der akustische Koppler 100 zusätzlich die Ausgänge 32, 34 elektrisch von den Eingängen 26, 28.
Bei dem akustischen Koppler 100 steuert der akustische Entkoppler 130 das Koppeln des akustischen Signals, das durch den FBAR 110 erzeugt wird zu dem FBAR 120, und der akustische Entkoppler 170 steuert das Koppeln des akustischen Signals, das durch den FBAR 150 erzeugt wird zu dem FBAR 160. Akustische Koppler 130 und 170 steuern kollektiv die Bandbreite des akustischen Kopplers 100. Genauer gesagt, aufgrund einer wesentlichen Fehlübereinstimmung bei der akustischen Impedanz zwischen dem akustischen Entkoppler 130 und den FBARs 110 und 120, koppelt der akustische Entkoppler 130 weniger von dem akustischen Signal von dem FBAR 110 zu dem FBAR 120, als durch einen direkten Kontakt zwischen den FBARs 110 und 120 gekoppelt werden würde. Auf ähnliche Weise koppelt aufgrund einer wesentlichen Fehlübereinstimmung bei der akustischen Impedanz zwischen dem akustischen Entkoppler 170 und den FBARs 150 und 160 der akustische Entkoppler 170 weniger von dem akustischen Signal von dem FBAR 150 zu dem FBAR 160, als durch einen direkten Kontakt zwischen den FBARs 150 und 160 gekoppelt werden würde.
Das modulierte, elektrische Signal S_M verläuft durch. die DSBARs 106 und 108, die in Reihe zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 verbunden sind. 3 zeigt mit einer unterbrochenen Linie die Frequenzantwortcharakteristik des DSBAR 106 als ein Beispiel der Frequenzantwortcharakteristika des DSBAR 106 und des DBAR 108. Der DSBAR 106 zeigt eine flache Inband-Antwort mit einer Durchlassbandbreite von mehr als 100 MHz, was ausreichend breit ist, um die gesamte Bandbreite eines Ausführungsbeispiels des modulierten, elektrischen Signals S_M zu übertragen, das aus dem Modulieren des Trägersignals S_C resultiert, mit einem Ausführungsbeispiel des elektrischen Informationssignals S_I, das eine Datenrate von größer als 100 Mbit/s aufweist. Jeder der DSBARs unterzieht das elektrische Signal, das durch denselben verläuft, der Frequenzantwortcharakteristik, die durch die unterbrochene Linie in 3 gezeigt ist. Die resultierende Frequenzantwort des akustischen Kopplers 100 ist durch eine durchgezogene Linie in 3 gezeigt. Der akustische Koppler 100 weist eine flache Inband-Antwort und einen steilen Übergang zwischen dem Durchlassband und dem Stoppband auf. Ferner fällt die Frequenzantwort weiter, wenn sich die Frequenzabweichung von der Mittenfrequenz erhöht, was zu einer großen Dämpfung in dem Stoppband führt.
4A ist eine schematische Draufsicht, die ein praktisches Beispiel des akustischen Kopplers 100 zeigt. 4B und 4C sind Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 4B-4B bzw. 4C-4C, die in 4A gezeigt sind. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um die Elemente des akustischen Kopplers 100 in 2 und in den 4A–4C zu bezeichnen.
Bei dem Ausführungsbeispiel des akustischen Kopplers 100, der in den 4A–4C gezeigt ist, sind der DSBAR 106 und der DSBAR 108 über einem gemeinsamen Hohlraum 104 aufgehängt bzw. schwebend, der in einem Substrat 102 definiert ist. Das Aufhängen der DSBARs 106 und 108 über einem Hohlraum ermöglicht, dass die gestapelten FBARs 110 und 120, die den DSBAR 106 bilden, und die gestapelten FBARs 150 und 160, die den DSBAR 108 bilden, mechanisch ansprechend auf das modulierte elektrische Signal S_M schwingen. Andere Aufhängungsschemata, die ermöglichen, dass die DSBARs 106 und 108 mechanisch schwingen, sind möglich. Zum Beispiel können der DSBAR 106 und der DSBAR 108 über jeweiligen Hohlräumen aufgehängt sein, die in dem Substrat 102 definiert sind. Bei einem anderen Beispiel sind der DSBAR 106 und der DSBAR 108 akustisch von dem Substrat 102 durch einen akustischen Bragg-Reflektor isoliert (nicht gezeigt), wie beschrieben wird durch John D. Larson III u. a. in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005 0 104 690 mit dem Titel Cavity-Less Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) Devices, die der Bevollmächtigten dieser Offenbarung zugewiesen und durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Bei dem Beispiel, das in 4A–4C gezeigt ist, ist das Material des Substrats 102 einkristallines Silizium. Da einkristallines Silizium ein Halbleiter ist und daher kein guter elektrischer Isolierer ist, besteht das Substrat 102 üblicherweise aus einer Basisschicht 101 aus einkristallinem Silizium und einer isolierenden Schicht 103 eines dielektrischen Materials, das auf der Hauptoberfläche der Basisschicht angeordnet ist. Beispielhafte Materialien der Isolierschicht umfassen Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumdioxid (SiO₂), ein Polyimid, quervernetztes Polyphenylenpolymer und jegliches andere, geeignete elektrisch isolierende Material. Die isolierende Schicht 103 isoliert die DSBARs 106 und 108 von der Basisschicht 101. Alternativ kann das Material des Substrats 102 ein Keramikmaterial sein, wie z. B. Alumina (Al₂O₃), das eine sehr hohe elektrische Resistivität und Durchbruchfeld aufweist.
Bei dem Beispiel, das in 4A–4C gezeigt ist, liefert eine piezoelektrische Schicht 117 aus piezoelektrischem Material piezoelektrische Elemente 116 und 166 und eine piezoelektrische Schicht 127 aus piezoelektrischem Material liefert piezoelektrische Elemente 126 und 156. Zusätzlich dazu liefert bei dem Beispiel, das in 4A–4C gezeigt ist, einen einzelne akustische Entkopplungsschicht 131 aus akustischem Entkopplungsmaterial akustische Entkoppler 130 und 170, wie nachfolgend detaillierter Bezug nehmend auf 5A beschrieben wird.
Bei dem Beispiel, das in 4A–4C gezeigt ist, sind Eingänge 26, 28, gezeigt in 2, als Kontaktanschlussflächen 26 bzw. 28 verkörpert und Ausgänge 32, 34, gezeigt in 2, sind als Kontaktanschlussflächen 32 bzw. 34 verkörpert. Kontaktanschlussflächen 26, 28, 32 und 34 sind auf der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet. Die elektrische Schaltung 140, die in 2 gezeigt ist, besteht aus einer elektrischen Spur 136, die sich von der Kontaktanschlussfläche 26 zu der Elektrode 112 des FBAR 110 erstreckt, und einer elektrischen Spur 138, die sich von der Kontaktanschlussfläche 28 zu der Elektrode 114 des FBAR 110 erstreckt, einer elektrischen Spur 182, die sich von der Elektrode 122 des FBAR 120 zu der Elektrode 152 des FBAR 150 erstreckt, einer elektrischen Spur 184, die sich von der Elektrode 124 des FBAR 120 zu der Elektrode 154 des FBAR 150 erstreckt, einer elektrischen Spur 176, die sich von der Elektrode 162 des FBAR 160 zu der Kontaktanschlussfläche 32 erstreckt und einer elektrischen Spur 178, die sich von der Elektrode 164 des FBAR 160 zu der Kontaktanschlussfläche 34 erstreckt. Elektrische Spuren 136, 138, 176 und 178 erstrecken sich alle über einen Teil der Hauptoberfläche des Substrats 102. Zusätzlich dazu erstrecken sich elektrische Spuren 136 und 176 unter einem Teil der piezoelektrischen Schicht 117, elektrische Spuren 138 und 178 erstrecken sich über einen Teil der piezoelektrischen Schicht 117, die elektrische Spur 182 erstreckt sich über einen Teil der akustischen Entkopplungsschicht 131 und die elektrisches Spur 184 erstreckt sich über einen Teil der piezoelektrischen Schicht 127.
Bei Ausführungsbeispielen des akustischen, galvanischen Isolators 10 (1), bei denen der lokale Oszillator 12, der Modulator 14 und der Demodulator 18 in und auf dem Substrat 102 hergestellt sind, sind Kontaktanschlussflächen 26, 28, 32 und 34 üblicherweise weggelassen und elektrische Spuren 136 und 138 erstrecken sich, um eine Verbindung mit entsprechenden Spuren herzustellen, die einen Teil des Modulators 114 bilden, und elektrische Spuren 176 und 178 erstrecken sich, um eine Verbindung mit entsprechenden Spuren herzustellen, die einen Teil des Demodulators 18 bilden.
5A ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der mit 5A in 4B markiert ist, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrisch isolierenden, akustischen Entkopplers 130 zeigt. Die nachfolgende Beschreibung des elektrisch isolierenden, akustischen Entkopplers 130 gilt auch für den elektrisch isolierenden, akustischen Entkoppler 170. Folglich wird der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 170 nicht separat beschrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel, das in 5A gezeigt ist, besteht der elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 130 aus einer Viertelwellen-Akustik-Entkopplungsschicht 131 des elektrisch isolierenden, akustischen Entkopplungsmaterials. Die akustische Entkopplungsschicht 131 ist zwischen den Elektroden 114 und 122 der FBARs 110 bzw. 120 (4B) angeordnet, um den akustischen Entkoppler 130 zu liefern, und ist zusätzlich zwischen den Elektroden 152 und 164 der FBARs 150 bzw. 160 (4B) angeordnet, um den akustischen Entkoppler 170 bereitzustellen. Alternativ können separate akustische Entkopplungsschichten (nicht gezeigt) verwendet werden, um akustische Entkoppler 130 und 170 bereitzustellen. Das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 weist eine akustische Impedanz in der Mitte zwischen der von Luft und der der Materialien der FBARs 110 und 120 auf und weist zusätzlich eine hohe elektrische Resistivität und eine hohe Durchbruchsspannung auf.
Die akustische Impedanz eines Materials ist das Verhältnis von Belastung zu Partikelgeschwindigkeit in dem Material und wird in Rayleighs gemessen, abgekürzt als rayl. Das piezoelektrische Material der piezoelektrischen Elemente 116, 126, 156 und 166 der FBARs 110, 120, 150 bzw. 160 ist üblicherweise Aluminiumnitrid (AlN), und das Material der Elektroden 112, 114, 122, 124, 152, 154, 162 und 164 ist üblicherweise Molybdän (Mo). Die akustische Impedanz von AlN ist üblicherweise ungefähr 35 Mrayl und die von Molybdän ist ungefähr 63 Mrayl. Die akustische Impedanz von Luft ist ungefähr 1 krayl.
Üblicherweise ist die akustische Impedanz des elektrisch isolierenden, akustischen Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 ungefähr um eine Größenordnung geringer als die des piezoelektrischen Materials, das die piezoelektrischen Elemente 116 und 126 der FBARs 110 bzw. 120 bildet. Die Bandbreite des Durchlassbandes des akustischen Kopplers 100 hängt von der Differenz bei der akustischen Impedanz zwischen dem akustischen Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 und den Materialien der FBARs 110 und 120 ab. Bei Ausführungsbeispielen des akustischen Entkopplers 100, bei denen die Materialien der FBARs 110 und 120 wie oben angegeben sind, führen akustische Entkopplungsmaterialien mit einer akustischen Impedanz im Bereich von ungefähr 2 Mrayl bis ungefähr 8 Mrayl zu einem akustischen Entkoppler mit einer Durchlassbandbreite, die ausreichend ist, um zu ermögliche, dass der akustische, galvanische Isolator 10 (1) bei Datenraten von mehr als 100 Mb/s arbeitet.
Die Hauptfaktoren, die die Durchbruchsspannung zwischen den Eingangsanschlüssen 22, 24 und den Ausgangsanschlüssen 36, 38 des akustischen, galvanischen Isolators 10 bestimmen (1), sind das elektrische Durchbruchsfeld des akustischen Entkopplungsmaterials der akustischen Entkopplungsschicht 131 und die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 in dem akustischen Koppler 100. Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 100, bei denen die akustische Entkopplungsschicht 131 eine Ein-Viertelwellen-Schicht ist, koppeln üblicherweise das modulierte, elektrische Signal S_M von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34 mit einer optimalen Signalintegrität. Ein Ausführungsbeispiel des akustischen Kopplers 100, bei dem die akustische Entkopplungsschicht 131 dicker ist als eine Ein-Viertelwellenschicht weist üblicherweise eine Frequenzantwort auf, die unerwünschte Antwortartefakte aufweist, aufgrund der Fähigkeit einer solchen dickeren akustischen Entkopplungsschicht, mehrere akustische Moden zu unterstützen. Die unerwünschten Antwortartefakte neigen dazu, die Öffnung des „Auges" des elektrischen Ausgangssignals So zu reduzieren, das durch den akustischen Koppler 100 ausgegeben wird. Um die Integrität des wiedergewonnenen, elektrischen Informationssignals S_R sicherzustellen, das durch den akustischen, galvanischen Isolator 10 ausgegeben wird (1), benötigen Ausführungsbeispiele, bei denen der akustische Koppler 100 eine Schicht, die dicker ist als eine Ein-Viertelwellen-Schicht, als eine akustische Entkopplungsschicht 131 aufweist, üblicherweise einen weiter entwickelten Typ einer Takt- und Daten-Wiedergewinnungsschaltung bei dem Demodulator 18 als Ausführungsbeispiele, bei denen der akustische Koppler 100 eine Ein-Viertelwellen-Schicht (m = 0) als akustische Entkopplungsschicht 131 aufweist. Für ein gegebenes, akustisches Entkopplungsmaterial jedoch liefert ein Ausführungsbeispiel des akustischen Kopplers 100 mit einer Schicht, dicker als eine Ein-Viertelwellen-Schicht, als akustische Entkopplungsschicht 131, üblicherweise einen akustischen Koppler 100 mit einer größeren Durchbruchsspannung als ein Ausführungsbeispiel mit einer Ein-Viertelwellen-Schicht als eine akustische Entkopplungsschicht 131.
Die akustische Entkopplungsschicht 131 wird gebildet durch Schleuderbeschichten einer Präkursor-Flüssigkeit für das elektrisch isolierende, akustische Entkopplungsmaterial über die Elektroden 114 und 164. Eine akustische Entkopplungsschicht, die durch Schleuderbeschichtet gebildet wird, weist üblicherweise Regionen unterschiedlicher Dicke auf, aufgrund der Konturierung bzw. Formung der Oberfläche, die durch das akustische Entkopplungsmaterial beschichtet ist. Bei solchen Ausführungsbeispielen ist die Dicke der akustischen Entkopplungsschicht 131 die Dicke des Abschnitts der akustischen Entkopplungsschicht, der zwischen den Elektroden 114 und 122 und zwischen den Elektroden 152 und 164 angeordnet ist.
Viele Materialien sind elektrisch isolierend, weisen Hoch-Durchbruch-Felder auf und weisen akustische Impedanzen in dem Bereich auf, der oben angegeben ist. Zusätzlich dazu können viele solche Materialien in Schichten einheitlicher Dicke in dem oben angegebenen Dickebereich aufgebracht werden. Solche Materialien sind daher potentiell geeignet zur Verwendung als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131. Das akustische Entkopplungsmaterial muss jedoch ferner in der Lage sein, den hohen Temperaturen der Herstellungsoperationen zu widerstehen, die ausgeführt werden, nachdem die akustische Entkopplungsschicht 131 aufgebracht wurde, um akustische Entkoppler 130 und 170 zu bilden. Bei praktizierbaren Ausführungsbeispielen des akustischen Kopplers 100 werden Elektroden 122, 124, 152 und 154 und die piezoelektrische Schicht 127 durch Sputtern aufgebracht, nachdem das akustische Entkopplungsmaterial aufgebracht wurde. Temperaturen von bis zu 400°C werden während dieser Aufbringungsprozesse erreicht. Somit wird ein Material, das bei solchen Temperaturen stabil bleibt, als das akustische Entkopplungsmaterial verwendet.
Typische, akustische Entkopplungsmaterialien weisen eine sehr hohe akustische Dämpfung pro Einheitslänge auf, im Vergleich zu den anderen Materialen von FBARs 110, 120, 150 und 160. Da jedoch die akustische Entkopplungsschicht 131 üblicherweise weniger als einen Mikrometer dick ist, ist die akustische Dämpfung, die durch die akustische Entkopplungsschicht 131 des akustischen Entkopplungsmaterials eingebracht wird, üblicherweise vernachlässigbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Polyimid als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 verwendet. Polyimid wird unter dem Markennamen Kapton^® von E. I. du Pont de Nemours and Company verkauft. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel werden der akustische Entkoppler 130 und der akustische Entkoppler 170 durch die akustische Entkopplungsschicht 131 aus Polyimid bereitgestellt, das durch Schleuderbeschichten aufgebracht wird. Polyimid weist eine akustische Impedanz von ungefähr 4 Mrayl und ein Durchbruchsfeld von ungefähr 165 kV/mm auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Poly(Para-Xylylen) als das akustische Entkopplungsmaterial der akus tischen Entkopplungsschicht 131 verwendet. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel werden der akustische Entkoppler 130 und der akustische Entkoppler 170 durch die akustische Entkopplungsschicht 131 aus Poly(Para-Xylylen) bereitgestellt, das durch Vakuumaufbringung aufgebracht wird. Poly(Para-Xylylen) ist in der Technik als Parylen bekannt. Der Dimer-Präkursor Di-Para-Xylylen, aus dem Parylen hergestellt wird, und eine Ausrüstung zum Ausführen einer Vakuumaufbringung von Schichten aus Parylen, sind von vielen Herstellern verfügbar. Parylen weist eine akustische Impedanz von ungefähr 2,8 Mrayl und ein Durchbruchsfeld von ungefähr 275 kV/mm auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein quervernetztes Polyphenylenpolymer als das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131 verwendet. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel werden der akustische Entkoppler 130 und der akustische Entkoppler 170 durch die akustische Entkopplungsschicht 131 des quervernetzten Polyphenylenpolymers zu der Elektrode 114 bereitgestellt, aufgebracht durch Schleuderbeschichten. Quervernetzte Polyphenylenpolymere wurden entwickelt als dielektrische Materialen mit niedriger dielektrischer Konstante zur Verwendung bei integrierten Schaltungen und bleiben folglich bei den hohen Temperaturen stabil, denen das akustische Entkopplungsmaterial während der nachfolgenden Herstellung der FBARs 120 und 160 ausgesetzt ist. Quervernetzte Polyphenylenpolymere haben eine berechnete, akustische Impedanz von ungefähr 2 Mrayl. Diese akustische Impedanz ist im Bereich der akustischen Impedanzen, der dem akustischen Koppler 100 eine Durchlassbandbreite liefert, die für eine Operation bei Datenraten von über 100 Mbit/s ausreichend ist.
Präkursor-Lösungen, die verschiedene Oligomere enthalten, die polymerisieren, um entsprechende quervernetzte Polyphenylenpolymere zu bilden, werden von der The Dow Chemical Company, Midland, MI, unter dem eingetragenen Markennamen SiLK verkauft. Die Präkursor-Lösungen werden durch Schleuderbeschichten aufgebracht. Das quervernetzte Polyphenylenpolymer, das aus einer dieser Präkursor-Lösungen erhalten wird, bezeichnet als SiLKT^TM J, das zusätzlich einen Haftförderer enthält, weist eine berechnete akustische Impedanz von 2,1 Mrayl auf, d. h. ungefähr 2 Mrayl. Dieses quervernetzte Polyphenylenpolymer weist ein Durchbruchsfeld von ungefähr 400 kV/mm auf.
Die Oligomere, die polymerisieren, um quervernetzte Polyphenylenpolymere zu bilden, werden aus Biscyclopentadienon- und aromatischen acetylen-enthaltenden Monomeren vorbereitet. Das Verwenden solcher Monomere bildet lösbare Oligomere ohne den Bedarf nach einer übermäßigen Substitution. Die Präkursor-Lösung enthält ein spezifisches Oligomer, das in Gamma-Butyrolacton und Cyclohexanon-Lösungsmitteln aufgelöst ist. Der Prozentsatz des Oligomers in der Präkursor-Lösung bestimmt die Schichtdicke, wenn die Präkursor-Lösung aufgeschleudert wird. Nach der Aufbringung verdampft das Ausüben von Wärme die Lösungsmittel, und härtet dann das Oligomer aus, um ein quervernetztes Polymer zu bilden. Biscyclopentadienone reagieren mit den Acetylenen in einer 4+2-Cycloadditionsreaktion, die einen neuen aromatischen Ring bildet. Ein weiters Aushärten führt zu dem quervernetzten Polyphenylenpolymer. Die oben beschriebenen, quervernetzten Polyphenylenpolymere werden offenbart durch Gottschalx u. a. in dem U.S.-Patent Nr. 5,965,679, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Zusätzliche praktische Details werden beschrieben von Martin u. a., Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect, 12 ADVANCED MATERIALS, 1769 (2000), das ebenfalls durch die Bezugnahme aufgenommen ist. Im Vergleich mit Polyimid weisen quervernetzte Polyphenylenpolymere einen niedrigere akustische Impedanz, eine niedrigere akustische Dämpfung, eine niedrigere dielektrische Konstante und ein höheres Durchbruchsfeld auf. Ferner ist eine aufgeschleuderte Schicht der Präkursor-Lösung in der Lage, einen hochqualitativen Film des quervernetzten Polyphenylenpolymers mit einer Dicke im Bereich von 200 nm zu bilden, was eine typische Dichte einer akustischen Entkopplungsschicht 131 ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das akustische Entkopplungsmaterial der akustischen Entkopplungsschicht 131, das den akustischen Entkoppler 130 und den akustischen Entkoppler 170 bereitstellt, ein Material, dessen akustische Impedanz wesentlich größer ist als die der Materialen der FBARs 110, 120, 150 und 160. Keine Materialien mit dieser Eigenschaft sind derzeit bekannt, aber solche Materialen werden möglicherweise in Zukunft erhältlich, oder möglicherweise werden FBAR-Materialien mit niedrigerer akustischer Impedanz in Zukunft erhältlich. Die Dicke einer Viertelwellenschicht eines akustischen Entkopplungsmaterials mit einer derart hohen akustischen Impedanz ist wie oben beschrieben.
5B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts, der in 4B mit 5A markiert ist, die ein zweites Ausführungsbeispiel des elektrisch isolierenden, akustischen Entkopplers 130 zeigt. Der elektrisch isolierende, akustische Koppler 170 kann ähnlich strukturiert sein. Die nachfolgende Beschreibung des akustischen Entkopplers 130 gilt ferner für den akustischen Entkoppler 170. Folglich wird der akustische Entkoppler 170 nicht separat beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 5B gezeigt ist, besteht der akustische Entkoppler 130 aus einer elektrisch isolierenden, akustischen Bragg-Struktur 161, die zwischen der Elektrode 114 des FBAR 110 und der Elektrode 122 des FBAR 120 angeordnet ist. Die akustische Bragg-Struktur 161 weist ein Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz auf, das zwischen den Bragg-Elementen 165 und 167 mit hoher akustischer Impedanz angeordnet ist. Zumindest eines der Bragg-Elemente weist eine Materialschicht mit einer hohen elektrischen Resistivität, einer niedrigen dielektrischen Permittivität und einem hohen Durchbruchsfeld auf.
Jedes der Bragg-Elemente 163, 165 und 167 ist eine Viertelwellenschicht. Das Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz ist eine Viertelwellenschicht eines Materials mit niedriger akustischer Impedanz, wohingegen Bragg-Elemente 165 und 167 mit hoher akustischer Impedanz jeweils eine Viertelwellenschicht eines Materials mit hoher akustischer Impedanz sind. Die akustischen Impedanzen der Materialen der Bragg-Elemente sind gekennzeichnet als „niedrig" und „hoch" im Hinblick aufeinander und im Hinblick auf die akustische Impedanz des piezoelektrischen Materials der piezoelektrischen Elemente 116 und 126. Gemeinsame Viertelwellenschichten aus Materialen werden üblicherweise verwendet, um die Bragg-Struktur 161 des akustischen Entkopplers 130 und die Bragg-Struktur (nicht gezeigt) des akustischen Entkopplers 170 bereitzustellen. Alternativ können die akustischen Entkoppler 130 und 170 aus unabhängigen Viertelwellenschichten bestehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz eine Viertelwellenschicht aus Siliziumdioxid (SiO₂), die eine akustische Impedanz von ungefähr 13 Mrayl aufweist, und jedes der Bragg-Elemente 165 und 167 mit hoher akustischer Impedanz ist eine Viertelwellenschicht desselben Materials wie die Elektroden 114 bzw. 122, z. B. Molybdän, das eine akustische Impedanz von ungefähr 63 Mrayl aufweist. Das Verwenden desselben Materials für das Bragg-Element 165 mit hoher akustischer Impedanz und die Elektrode 114 des FBAR 110 ermöglicht, dass das Bragg-Element 165 mit hoher akustischer Impedanz zusätzlich als Elektrode 114 dient. Auf ähnliche Weise ermöglicht das Verwenden desselben Materials für das Bragg-Element 167 mit hoher akustischer Impedanz und die Elektrode 122 des FBAR 120, dass das Bragg-Element 167 mit hoher akustischer Impedanz zusätzlich als Elektrode 122 dient.
Bei einem Beispiel sind die Bragg-Elemente 165 und 167 mit hoher akustischer Impedanz Ein-Viertelwellen-Schichten aus Molybdän, und das Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz ist eine Ein-Viertelwellen-Schicht aus SiO₂. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Frequenz des Trägersignals S_C ungefähr 1,9 MHz ist, weisen Molybdän-Bragg-Elemente mit hoher akustischer Impedanz 165 und 167 eine Dicke von ungefähr 820 nm auf und das SiO₂-Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz weist eine Dicke von ungefähr 260 nm auf.
Ein alternatives Material für ein Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz ist ein quervernetztes Polyphenylenpolymer, wie z. B. das oben erwähnte, quervernetzte Polyphenylenpolymer, das aus einer Präkursor-Lösung hergestellt ist, die unter dem eingetragenen Markennamen SiLK von Dow Chemical Co verkauft wird. Beispiele von alternativen Materialen für das Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz umfassen Zirconiumoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Titandioxid (TiO₂) und verschiedene Glassorten. Ein alternatives Material für Bragg-Elemente 165 und 167 mit hoher Impedanz ist Wolfram (W).
Bei dem soeben beschriebenen Beispiel ist nur eines der Bragg-Elemente 163, 165 und 167 isolierend, und die Durchbruchsspannung des akustischen Kopplers 100 und somit des akustischen, galvanischen Isolators 10 wird bestimmt durch die Dicke des Bragg-Elements 163 mit niedriger akustischer Impedanz und das Durchbruchsfeld des Materials des Bragg-Elements 163 mit niedriger akustischer Impedanz.
Die Durchbruchsspannung des akustischen Kopplers 100 kann dadurch erhöht werden, dass alle Bragg-Elemente 163, 165 und 167, die die Bragg-Struktur 161 bilden, aus elektrisch isolierendem Material hergestellt werden. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Bragg-Elemente 163 und 167 mit hoher akustischer Impedanz jeweils eine Viertelwellenschicht aus Siliziumdioxid (SiO₂) und das Bragg-Element 165 mit niedriger Impedanz ist eine Viertelwellen schicht eines quervernetzten Polyphenylenpolymers, wie z. B. dem oben erwähnten, quervernetzten Polyphenylenpolymer, das aus einer Präkursor-Lösung hergestellt ist, die unter dem eingetragenen Markennamen SiLK von Dow Chemical Co. verkauft wird. Siliziumdioxid weist jedoch ein relativ niedriges Durchbruchsfeld von ungefähr 30 kV/mm auf, und eine Viertelwellenschicht eines typischen, quervernetzten Polyphenylenpolymers ist relativ dünn, aufgrund der relativ niedrigen Schallgeschwindigkeit dieses Materials. Bei einem anderen, vollständig isolierenden Ausführungsbeispiel der Bragg-Struktur 161 mit einer wesentlich größeren Durchbruchsspannung sind die Bragg-Elemente 163 und 167 mit hoher akustischer Impedanz jeweils eine Viertelwellenschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und das Bragg-Element 165 mit niedriger Impedanz ist eine Viertelwellenschicht aus Siliziumdioxid. Aluminiumoxid weist eine akustische Impedanz von ungefähr 44 Mrayl und ein Durchbruchsfeld von mehreren 100 kV/mm auf. Zusätzlich dazu ist die Schallgeschwindigkeit in Aluminiumoxid ungefähr sieben Mal höher als in einem typischen, quervernetzten Polyphenylenpolymer. Ein gegebene Spannung, die über zwei Viertelwellenschichten aus Aluminiumoxid und eine Viertelwellenschicht aus Siliziumdioxid angelegt wird führt zu einem viel geringeren elektrischen Feld, als wenn sie über zwei Viertelwellenschichten aus Siliziumdioxid und eine Viertelwellenschicht eines quervernetzten Polyphenylenpolymers angelegt wäre.
Beispiele von alternativen, elektrisch isolierenden Materialien für Bragg-Elemente 163, 165 und 167 umfassen Zirconiumoxid (ZrO₂), Hafniumoxid (HfO), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Titandioxid (TiO₂) und verschiedene Glassorten. Die obigen Beispiele sind in ungefährer Reihenfolge absteigender akustischer Impedanz aufgelistet. Jedes der Beispiele kann als das Material der Bragg-Schichten 165, 167 mit hoher akustischer Impedanz verwendet werden, vorausgesetzt ein Material mit einer niedrigeren akustischen Impedanz wird als das Material der Bragg-Schicht 163 mit niedriger akustischer Impedanz verwendet.
Bei Ausführungsbeispielen des akustischen Entkopplers 130, bei denen die Differenz der akustischen Impedanz zwischen den Bragg-Elementen 165 und 167 mit hoher akustischer Impedanz und dem Bragg-Element 163 mit niedriger akustischer Impedanz relativ niedrig ist, kann die Bragg-Struktur 161 aus mehr als einem (n) Bragg-Element mit niedriger akustischer Impedanz verschachtelt mit einer entsprechenden Anzahl (n + 1) aus Bragg-Elementen hoher akustischer Impedanz bestehen. Zum Beispiel kann die Bragg-Struktur 161 aus zwei Bragg-Elementen niedriger akustischer Impedanz verschachtelt mit drei Bragg-Elementen mit hoher akustischer Impedanz bestehen. Während nur eines der Bragg-Elemente elektrisch isolierend sein muss, wird eine höhere Durchbruchsspannung erhalten, wenn mehr als eines der Bragg-Elemente elektrisch isolierend ist.
Einige galvanische Isolatoren müssen eine Durchbruchsspannung, die größer ist als ein Kilovolt, zwischen den Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen aufweisen. Bei dem akustischen Koppler 100 stellen elektrisch isolierende, akustische Entkoppler 130 und 170 in Reihe kollektiv eine elektrische Isolierung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 bereit. Die elektrische Isolierung, die durch die akustischen Entkoppler 130 und 170 geliefert wird, kann unzureichend sein, um zu ermöglichen, dass der akustische, galvanische Isolator 10 (1) die Anforderungen der hohen Durchbruchsspannung erfüllt.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele eines akustischen Kopplers gemäß der Erfindung werden als nächstes beschrieben. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist jeder DSBAR ein isolierender, entkoppelter, gestapelter akustischer Volumenresonator (IDSBAR; insulating decoupled stacked bulk acoustic resonator) mit einem oder mehreren akustisch resonanten, elektrischen Isolierern, die zwischen seinen zugehörigen akustischen Filmvolumenresonatoren (FBARs) angeordnet sind. Der eine oder die mehreren akustisch resonanten, elektrischen Isolierern der IDSDARs sind elektrisch in Reihe geschaltet, um mehr elektrische Isolierung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 bereitzustellen, als durch die oben beschriebenen, in Reihe geschalteten, elektrisch isolierenden akustischen Entkoppler 130 und 170 bereitgestellt wird. Dementsprechend weisen diese Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers eine wesentlich größere Durchbruchspannung auf als der akustische Koppler 100, der oben Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben ist.
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 7A ist eine Draufsicht, die ein praktizierbares Beispiel eines akustischen Kopplers 200 zeigt. Die 7B und 7C sind Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 7B-7B bzw. 7C-7C, die in 7A gezeigt sind. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um die Elemente des akustischen Kopplers 200 in 6 und in den 7A–7C zu bezeichnen.
Der akustische Koppler 200 weist Eingänge 26, 28, Ausgänge 32, 34, einen ersten isolierenden, entkoppelten, gestapelten, akustischen Volumenresonator (IDSBAR) 206, einen zweiten IDSBAR 208 und eine elektrische Schaltung 140 auf, die den IDSBAR 206 und den IDSBAR 208 in Reihe zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 verbindet. Bei dem akustischen Koppler 200 ist jeder des IDSBAR 206 und des IDSBAR 208 ein IDSBAR gemäß einem ersten IDSBAR-Ausführungsbeispiel. In seiner einfachsten Form weist ein IDSBAR gemäß dem ersten IDSBAR-Ausführungsbeispiel einen ersten akustischen Entkoppler, einen akustisch resonanten, elektrischen Viertelwellenisolierer und eine zweiten akustischen Entkoppler in dieser Reihenfolge zwischen seinen zugehörigen FBARs auf. Die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer liefern eine zusätzliche elektrische Isolierung, ohne die Übertragungsintegrität des modulierten, elektrischen Signals S_M von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34 zu beeinträchtigen. Der IDSBAR 206 und IDSBAR 208 verleihen dem akustischen Koppler 200 eine größere Durchbruchsspannung als ein anderweitig ähnliches Ausführungsbeispiel des akustischen Kopplers 100, das oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben ist.
Wenn er als elektrisch isolierender, akustischer Koppler 16 bei dem akustischen, galvanischen Isolator 10 verwendet wird, der in 1 gezeigt ist, koppelt der akustische Koppler 200 das modulierte, elektrische Signal S_M akustisch von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, während eine elektrische Isolierung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 bereitgestellt wird. Somit isoliert der akustische Koppler 200 die Ausgangsanschlüsse 36, 38 effektiv galvanisch von den Eingangsanschlüssen 22, 24 und ermöglicht, dass sich die Ausgangsanschlüsse in der Spannung von den Eingangsanschlüssen um eine Spannung bis zu der spezifizierten Durchbruchspannung unterscheiden.
Bei dem Beispiel des akustischen Kopplers 200, der in 6 und 7A–7C gezeigt ist, weist der IDSBAR 206 einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 110, einen oberen FBAR 120, der auf den FBAR 110 gestapelt ist, und in Reihenfolge zwischen dem unteren FBAR 110 und dem oberen FBAR 120 angeordnet, einen ersten akustischen Entkoppler 130, einen akustisch resonanten, elektrischen Viertelwellen-Isolierer 216 und einen zweiten akustischen Entkoppler 230 auf. Der IDSBAR 208 weist einen unteren FBAR 160, einen oberen FBAR 150, der auf den FBAR 160 gestapelt ist, und in dieser Reihenfolgen zwischen dem unteren FBAR 160 und dem oberen FBAR 150 angeordnet, einen ersten akustischen Entkoppler 170, einen akustisch resonanten, elektrischen Viertelwellen-Isolierer 256 und einen zweiten akustischen Entkoppler 270 auf. Andere Ausführungsbeispiele des IDSBAR 206 und des IDSBAR 208 weisen jeweils zwei oder mehr (n) akustisch resonante, elektrische Viertelwellen-Isolierer auf, verschachtelt mit einer entsprechenden Anzahl (n + 1) von akustischen Entkopplern, die zwischen den entsprechenden FBARs angeordnet sind.
Akustisch resonante, elektrische Isolierer 216 und 256 sind in Reihe zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 und isolieren die Ausgänge 32, 34 elektrisch von den Eingängen 26, 28 und umgekehrt. Folglich müssen die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht elektrisch isolierend sein. Die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 sind jedoch in Reihe mit den akustisch resonanten, elektrischen Isolierern 216 und 256 zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34, so dass die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270, die elektrisch isolierend sind, eine zusätzliche Isolierung zwischen den Ausgängen 32, 34 und den Eingängen 26, 28 und umgekehrt liefern. Dementsprechend weist ein Ausführungsbeispiel des akustischen, galvanischen Isolators 10 (1), bei dem akustische Entkoppler 130, 170, 230 und 270 elektrisch isolierend sind, üblicherweise eine höhere Durchbruchspannung auf als ein solcher, bei dem die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 elektrisch leitend sind.
Die FBARs 110, 120, 150 und 160, die ersten akustischen Entkoppler 130 und 170, die elektrische Schaltung 140 und das Substrat 102 sind oben Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben und werden hierin nicht nochmals beschrieben. Die Beschreibung des akustischen Entkopplers 130 und 170, die oben ausgeführt ist, gilt zusätzlich für die akustischen Entkoppler 230 und 270. Dementsprechend werden die akustischen Entkoppler 230 und 270 nicht individuell beschrieben. Die exemplarischen Ausführungsbeispiele des akustischen Entkopplers 130, die oben Bezug nehmend auf 5A und 5B beschrieben wurden, können verwendet werden, um jeden akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 bereitzustellen. Eine oder mehrere gemeinsame Viertelwellenmaterialschichten können verwendet werden, um sowohl den akustischen Entkoppler 130 als auch den akustischen Entkoppler 170 bereitzustellen, und eine oder mehrer allgemeine Viertelwellenmaterialschichten können verwendet werden, um sowohl den akustischen Entkoppler 230 als auch den akustischen Entkoppler 270 bereitzustellen. Bei dem Beispiel, das in 7A–7C gezeigt ist, stellt eine akustische Entkopplungsschicht 131 aus akustischem Entkopplungsmaterial die ersten akustischen Entkoppler 130 und 170 bereit. Zusätzlich dazu können eine oder mehrere gemeinsame Viertelwellenschichten aus akustischem Entkopplungsmaterial verwendet werden, um sowohl den zweiten akustischen Entkoppler 230 als auch den zweiten akustischen Entkoppler 270 bereitzustellen. Bei dem Beispiel, das in 7A–7C gezeigt ist, liefert eine akustische Entkopplungsschicht 231 aus akustischem Entkopplungsmaterial zweite akustische Entkoppler 230 und 270. Alternativ können die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 jeweils unabhängig bereitgestellt werden.
Der akustisch resonante, elektrische Viertelwellenisolierer 216 wird nun beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung gilt auch für den akustisch resonanten elektrischen Viertelwellenisolierer 256. Daher wird der akustisch resonante, elektrische Isolierer 256 nicht individuell beschrieben. Der akustisch resonante, elektrische Isolierer 216 ist eine Viertelwellenschicht eines elektrisch isolierenden Materials. Ausführungsbeispiele, bei denen der akustisch resonante, elektrische Isolierer 216 eine Ein-Viertelwellen-Schicht ist, koppeln üblicherweise das modulierte, elektrische Signal S_M von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, mit optimaler Signalintegrität.
Der akustisch resonante, elektrische Isolierer 216 überträgt das akustische Signal, das durch den FBAR 110 erzeugt wird, zu dem FBAR 120, aber isoliert den FBAR 120 elektrisch von dem FBAR 110. Ferner sind die akustischen Entkoppler 130 und 230 üblicherweise elektrisch isolierend und liefern eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen dem FBAR 110 und dem FBAR 120. Somit koppelt der akustische Koppler 200 das modulierte, elektrische Signal S_M effektiv von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34 aber isoliert die Ausgänge 32, 34 elektrisch von den Eingängen 26, 28.
Das elektrisch isolierende Material des akustisch resonanten elektrischen Isolierers 216 ist üblicherweise ein dielektrisches oder piezoelektrisches Material, das im Hinblick auf akustische Impedanz an die FBARs 110 und 120 angepasst ist. Zum Beispiel ist das Material des akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 dasselbe wie das der piezoelektrischen Elemente 116 und 126 der FBARs 110 bzw. 120. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen sich das Material des akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 von dem der piezoelektrischen Elemente 116 und 126 unterscheidet, ist die Differenz bei der akustischen Impedanz wesentlich geringer als eine Größenordnung. Bei einem Beispiel weisen die akustischen Impedanzen ein Verhältnis von weniger als 2 auf. Unterschiedliche Materialen werden für den akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 und die piezoelektrischen Elemente 116 und 126 bei einem Ausführungsbeispiel verwendet, bei dem das Material des akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 z. B. ein Dielektrikum ist. Geeignete dielektrische Materialien für den akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 umfassen Aluminiumoxid (Al₂O₃) und nicht piezoelektrisches (d. h. keramisches) Aluminiumnitrid (AlN).
Obwohl der akustisch resonante, elektrische Isolierer 216 optimal eine Ein-Viertelwellen-Schicht ist, ist die Schallgeschwindigkeit bei den typischen piezoelektrischen und dielektrischen Materialien des akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 wesentlich höher als bei den Materialien der akustischen Entkoppler 130 und 230. Folglich weist ein akustisch resonanter, elektrischer Isolierer 216, der eine Ein-Viertelwellen-Schicht aus Aluminiumnitrid ist, z. B. eine Dicke ungefähr siebenmal von der einer Ein-Viertelwellen-Schicht eines typischen akustischen Entkopplungsmaterials auf. Folglich erzeugt eine gegebene Spannung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 ein viel niedrigeres elektrisches Feld, wenn sie über ein solches Ausführungsbeispiel eines akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 angelegt ist, als wenn sie über den akustischen Entkoppler 130 in dem akustischen Koppler 100 angelegt ist, der oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben wurde. Ferner weisen geeignete piezoelektrische und dielektrische Materialien eines akustisch resonanten, elektrischen Isolierers 216 ein Durchbruchsfeld auf, das mit dem typsicher akustischer Entkopplungsmaterialien vergleichbar ist. Zum Beispiel weisen Proben von durch Sputtern aufgebrachtem Aluminiumnitrid ein gemessenes Durchbruchsfeld von ungefähr 875 kV/mm auf. Folglich weist der akustische Koppler 200 üblicherweise eine größere Durchbruchspannung auf als der akustische Koppler 100, der in 2 gezeigt ist.
Eine gemeinsame Viertelwellenschicht eines elektrisch isolierenden Materials kann verwendet werden, um sowohl einen akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 als auch einen akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 256 bereitzustellen. Bei dem Beispiel, das in 7A–7C gezeigt ist, liefert eine Viertelwellenschicht 217 aus elektrisch isolierendem Material die akustisch resonanten elektrischen Isolierer 216 und 256. Alternativ können die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 und 256 unabhängig bereitgestellt werden.
8 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 9A ist eine Draufsicht, die ein praktisches Beispiel eines akustischen Kopplers 300 zeigt. 9B und 9C sind Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 9B-9B bzw. 9C-9C, gezeigt in 9A. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um die Elemente des akustischen Kopplers 300 in 8 und 9A–9C zu bezeichnen.
Ein akustischer Koppler 300 weist Eingänge 26, 28 Eingänge 26, 28, Ausgänge 32, 34, einen isolierten, entkoppelten, gestapelten akustischen Volumenresonator (IDSBAR) 306, einen IDSBAR 308 und eine elektrisch Schaltung 140 auf, die die IDSBARs 306 und 308 in Reihe zwischen die Eingänge und die Ausgänge schaltet. Bei dem akustischen Entkoppler 300 ist jeder der IDSBARs 306 und 308 ein IDSBAR gemäß einem zweiten IDSBAR-Ausführungsbeispiel. In seiner einfachsten Form weist ein IDSBAR gemäß dem zweiten IDSBAR-Ausführungsbeispiel einen ersten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer, einen akustischen Entkoppler und einen zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer in dieser Reihenfolge zwischen seinen zugehörigen FBARs auf. Die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer liefern eine zusätzliche elektrische Isolierung, ohne die Übertragungsintegrität des modulierten, elektrischen Signals S_M von den Eingängen 206, 208 zu den Ausgängen 32, 34 zu beeinträchtigen. Der IDSBAR 306 und der IDSBAR 308 gemäß dem zweiten IDSBAR-Ausführungsbeispiel verleiht dem akustischen Koppler 300 eine wesentlich größere Durchbruchspannung als dem akustischen Koppler 100, der oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben ist, und dem akustischen Koppler 200, der oben Bezug nehmend auf 6 beschrieben ist.
Wenn er als ein elektrisch isolierender, akustischer Koppler 16 in dem akustischen, galvanischen Isolierer 10 verwendet wird, der in 1 gezeigt ist, koppelt der akustische Koppler 300 das modulierte, elektrische Signal S_M akustisch von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, während eine elektrische Isolierung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 bereitgestellt wird. Somit isoliert der akustische Koppler 300 die Ausgangsanschlüsse 36, 38 effektiv galvanisch von den Eingangsanschlüssen 22, 24 und ermöglicht, dass sich die Ausgangsanschlüsse in der Spannung von den Eingangsanschlüssen um eine Spannung bis zu der spezifizierten Durchbruchsspannung unterscheiden.
Jeder des IDSBAR 306 und des IDSBAR 308 weist einen ersten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer, einen akustischen Entkoppler und einen zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer auf, die in dieser Reihenfolge zwischen seinen FBARs angeordnet sind. Bei dem Beispiel des akustischen Kopplers 300, der in 8 gezeigt ist, weist der IDSBAR 306 einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 110, einen oberen akustischen Filmvolumenresonator 120, der auf den FBAR 110 gestapelt ist, und in Reihe angeordnet zwischen dem FBAR 110 und dem FBAR 120 einen ersten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316, einen akustischen Entkoppler 130 und einen zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 326 auf. Der IDSBAR 308 weist einen unteren akustischen Filmvolumenresonator (FBAR) 160, einen oberen FBAR 150, der auf den FBAR 160 gestapelt ist, und in Reihenfolge angeordnet zwischen dem oberen FBAR 150 und dem unteren FBAR 160 einen ersten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 356, einen akustischen Entkoppler 170 und einen zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 366 auf. Bei dem akustischen Koppler 300 sind bei jedem des IDSBAR 306 und des IDSBAR 308 die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer zwei an der Zahl und sind zweimal so dick wie die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 und 256, die oben Bezug nehmend auf 6 beschrieben sind. Die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366 liefern daher kollektiv ungefähr viermal die elektrische Isolierung, die kollektiv durch die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 216 und 256 geliefert wird. Als Ergebnis weisen Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 300 eine größere Durchbruchspannung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 auf als ansonsten ähnliche Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 100, der oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben ist, und des akustischen Kopplers 200, der oben Bezug nehmend auf 6 beschrieben ist. Andere Ausführungsbeispiele des IDSBAR 306 und des IDSBAR 308 weisen jeweils eine gerade Anzahl (2n) von akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer auf, die mit einer entsprechenden Anzahl (2n-1) von akustischen Entkopplern verschachtelt sind, die zwischen den entsprechenden FBARs angeordnet sind.
Akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366 sind in Reihe zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 und isolieren die Ausgänge 32, 34 elektrisch von den Eingängen 26, 28 und umgekehrt. Folglich müssen die akustischen Entkoppler 130, 170, 230 und 270 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht elektrisch isolierend sein. Die akustischen Entkoppler 130 und 170 sind jedoch in Reihe mit den akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierern 316, 326, 356 und 366 zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34, so dass die akustischen Entkoppler 130 und 170, die elektrisch isolierend sind, eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen den Ausgängen 32, 34 und den Eingängen 26, 28 und umgekehrt liefern. Dementsprechend weist ein Ausführungsbeispiel eines akustischen, galvanischen Isolators 10 (1), bei dem die akustischen Entkoppler 130 und 170 elektrisch isolierend sind, üblicherweise eine höhere Durchbruchspannung auf als eines, bei dem die akustischen Entkoppler 170 und 230 elektrisch leitend sind.
Die FBARs 110, 120, 150 und 160, die akustischen Entkoppler 130 und 170, die elektrische Schaltung 140 und das Substrat 102 sind oben Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben und werden hierin nicht nochmals beschrieben. Die exemplarischen Ausführungsbeispiele des akustischen Entkopplers 130, der oben Bezug nehmend auf 5A und 5B beschrieben wurde, können verwendet werden, um jeden akustischen Entkoppler 130 und 170 bereitzustellen. Eine oder mehrere gemeinsame Viertelwellenmaterialschichten können verwendet werden, um sowohl den akustischen Entkoppler 130 als auch den akustischen Entkoppler 170 bereitzustellen. Bei dem Beispiel, das in 9A–9C gezeigt ist, liefert eine akustische Entkopplungsschicht 131 eines akustischen Entkopplungsmaterial akustische Entkoppler 130 und 170. Alternativ können die akustischen Entkoppler 130 und 170 jeweils unabhängig geliefert werden.
Der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 wird nun beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung gilt ferner für die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 326, 356 und 366. Daher werden die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 326, 356 und 366 nicht individuell beschrieben. Der akustisch resonante, elektrische Isolierer 316 ist eine Halbwellenschicht aus elektrisch isolierendem Material, das nominal im Hinblick auf die akustische Impedanz an die FBARs 110 und 120 angepasst ist. Ausführungsbeispiele, bei denen der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 eine Ein-Halbwellen-Schicht ist, koppeln üblicherweise das modulierte, elektrische Signal S_M mit einer optimalen Signalintegrität von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34.
Bei der Mittenfrequenz des akustischen Kopplers 300 sind der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 und der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 326 akustisch transparent. Der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 koppelt das akustische Signal, das durch den FBAR 110 erzeugt wird, mit dem akustischen Entkoppler 130, und der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 326 koppelt den Abschnitt des akustischen Signals, der durch den akustischen Entkoppler 130 übertragen wird, mit dem FBAR 120. Somit weist der IDSBAR 306 Übertragungscharakteristika ähnlich zu jenen des DSBAR 106 auf, der oben Bezug nehmend auf 2, 3 (gestrichelte Linie) und 4A–4C beschrieben ist. Zusätzlich dazu isolieren die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316 und 326 den FBAR 120 elektrisch von dem FBAR 110. Üblicherweise liefert der akustische Entkoppler 130 eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen den FBARs 110 und 120, wie oben beschrieben ist. Der IDSBAR 308 weist ähnliche Eigenschaften auf. Somit koppelt der akustische Koppler 300 das modulierte, elektrische Signal S_M effektiv von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, aber isoliert die Ausgänge 32, 34 elektrisch von den Eingängen 26, 28.
Die Materialien, die oben Bezug nehmend auf 6 und 7A–7C als geeignet zur Verwendung als akustisch resonanter, elektrischer Viertelwellenisolierer 216 beschrieben wurden, sind geeignet zur Verwendung als akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366. Die Materialen der akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366 werden daher nicht weiter beschrieben.
Die akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366 sind zweimal so dick wie der akustisch resonante, elektrische Isolierer 216, und zwei akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 und 326 trennen den FBAR 120 von dem FBAR 110, und zwei akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 356 und 366 trennen den FBAR 160 von dem FBAR 150, der elektrisch mit dem FBAR 120 verbunden ist. Ferner ist die Schallgeschwindigkeit bei den typischen piezoelektrischen und dielektrischen Materialen der akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316, 326, 356 und 366 wesentlich höher als bei typischen akustischen Entkopplungsmaterialien. Folglich weisen Ausführungsbeispiele von akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierern 316, 326, 356 und 366, die Ein-Halbwellen-Schichten aus Aluminiumnitrid sind, z. B. eine Dicke von ungefähr 14 Mal der einer Ein-Viertelwellen-Schicht eines typischen akustischen Entkopplungsmaterials auf. Folglich erzeugt eine gegebene Spannung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 ein viel geringeres elektrisches Feld, wenn sie über die akustisch resonanten, elektrischen Isolierer 316, 326, 356 und 366 und die akustischen Entkoppler 130 und 170 angelegt ist, als wenn sie über die akustischen Entkoppler 130 und 170 angelegt ist, bei dem Ausführungsbeispiel des akustischen Kopplers 100, der in 2 und 4A–4C gezeigt ist. Folglich weist der akustische Koppler 300 üblicherweise eine wesentlich größere Durchbruchspannung auf als der akustische Koppler 100, der in 2 und 4A–4C gezeigt ist.
Eine gemeinsame Halbwellenschicht eines elektrisch isolierenden Materials kann verwendet werden, um sowohl den akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 316 als auch den akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 366 bereitzustellen, und eine gemeinsame Halbwellenschicht aus elektrisch isolierendem Material kann verwendet werden, um sowohl einen akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 326 als auch den akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer 356 bereitzustellen. Bei dem Beispiel, das in den 9A–9C gezeigt ist, liefert eine Halbwellenschicht 317 eines elektrisch isolierenden Materials akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 316 und 366, und eine Halbwellenschicht 327 eines elektrisch isolierenden Materials liefert akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer 326 und 356. Alternativ können akustisch resonante, elektrische Isolierer 316, 326, 356 und 366 unabhängig bereitgestellt sein.
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines akustischen Kopplers 400 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 11A ist eine Draufsicht, die ein praktizierbares Beispiel eines akustischen Kopplers 400 zeigt. 11B und 11C sind Querschnittansichten entlang der Schnittlinien 11B-11B bzw. 11C-11C, gezeigt in 11A. Dieselben Bezugszeichen werden verwendet, um die Elemente des akustischen Kopplers 400 in 10 und in den 11A–11C zu bezeichnen. Der akustische Koppler 400 weist Eingänge 26, 28, Ausgänge 32, 34, einen entkoppelten, gestapelten, akustischen Volumenresonator (DSBAR) 106, einen DSBAR 108 und eine elektrische Schaltung 440 auf, die die DSBARs 106 und 108 in Reihe zwischen die Eingänge und die Ausgänge schaltet. Der akustische Koppler 400 liefert eine größere Durchbruchspannung als der akustische Koppler 100, der oben Bezug nehmend auf 2 und 4A– 4C beschrieben ist, ohne zusätzliche isolierende Schichten.
Wenn er als ein elektrisch isolierender, akustischer Koppler 16 bei dem akustischen, galvanischen Isolator 10 verwendet wird, der in 1 gezeigt ist, koppelt der akustische Koppler 400 das modulierte, elektrische Signal S_M akustisch von den Eingängen 26, 28 zu den Ausgängen 32, 34, während eine elektrische Isolierung zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34 bereitgestellt wird. Somit isoliert der akustische Koppler 400 die Ausgangsanschlüsse 36, 38 effektiv galvanisch von den Eingangsanschlüssen 22, 24 und ermöglicht, dass sich die Ausgangsanschlüsse in ihrer Spannung von den Eingangsanschlüssen um eine Spannung bis zu der spezifizierten Durchbruchspannung unterscheiden.
Die DSBARs 106 und 108 (die die akustischen Entkoppler 130 und 170 umfassen) und das Substrat 102 des akustischen Kopplers 400 sind in ihrer Struktur und Operation identisch zu den DSBARs 106 und 108 und dem Substrat 102 des akustischen Kopplers 100, der oben Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben wurde, und werden daher hier nicht nochmals beschrieben.
Die elektrische Schaltung 440 unterscheidet sich von der elektrischen Schaltung 140 des akustischen Kopplers 100, der oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben ist, wie folgt. Bei dem akustischen Koppler 100 verbindet die elektrische Schaltung 140 die DSBARs 106 und 108 in Reihe zwischen die Eingänge 26, 28 und die Ausgänge 32, 34, durch Verbinden des FBAR 120 des DSBAR 106 parallel mit dem FBAR 150 des DSBAR 108. Bei dem akustischen Koppler 400 verbindet die elektrische Schaltung 440 die DSBARs 106 und 108 in Reihe zwischen die Eingänge 26, 28 und die Ausgänge 32, 34 durch Verbinden des FBAR 120 des DSBAR 106 antiparallel zu dem FBAR 150 des DSBAR 108. Das Verbinden der DSBARs 106 und 108 in Reihe durch Verbinden der FBARs 120 und 150 auf antiparallele anstatt auf parallele Weise lokalisiert die piezoelektrischen Elemente 126 und 156 der FBARs 120 bzw. 150 in den elektrischen Wegen zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34, wo die piezoelektrischen Elemente 126 und 156 eine zusätzliche elektrische Isolierung bereitstellen. Folglich weist für ein gegebenes piezoelektrisches Material und eine piezoelektrische Elementsdicke und für eine gegebene akustische Entkopplerstruktur und -materialen der akustische Koppler 400 eine Durchbruchspannung ähnlich zu der des akustischen Kopplers 200 auf, der oben Bezug nehmend auf 6 beschrieben wurde, ist jedoch einfacher herzustellen, da er weniger Bestandteile aufweist. Der akustische Koppler 400 weist dieselbe Anzahl von Bestandsschichten auf wie der akustische Koppler 100, der oben Bezug nehmend auf 2 beschrieben wurde, aber der akustische Koppler 100 weist eine niedrigere Durchbruchspannung auf.
Bei der elektrischen Schaltung 440 verbindet der Leiter 482 die Elektrode 122 des FBAR 120 des DSBAR 106 mit der Elektrode 154 des FBAR 150 des DSBAR 108 und der Leiter 484 verbindet die Elektrode 124 des FBAR 120 des DSBAR 106 mit der Elektrode 124 des FBAR 150 des DSBAR 108. Von den acht möglichen, elektrischen Wege zwischen den Eingängen 26, 28 und den Ausgängen 32, 34, sind die zwei elektrischen Wege zwischen dem Eingang 28 und dem Ausgang 34, einer über Leiter 484 und einer über Leiter 482, die kürzesten und daher die anfälligsten für einen elektrischen Durchbruch. Die elektrische Schaltung 440 ordnet das piezoelektrische Element 126 in Reihe mit den akustischen Entkopplern 130 und 170 in dem elektrischen Weg über den Leiter 484 zwischen dem Eingang 28 und dem Ausgang 34 an und ordnet zusätzlich dazu das piezoelektrische Element 156 in Reihe mit den akustischen Entkopplern 130 und 170 in dem elektrischen Weg über den Leiter 482 zwischen dem Eingang 28 und dem Ausgang 34 an. As piezoelektrische Material der piezo elektrischen Elemente 126 und 156 weist üblicherweise eine hohe Resistivität und ein hohes Durchbruchsfeld auf, und die piezoelektrischen Elemente 126 und 156 sind jeweils üblicherweise wesentlich dicker als die akustischen Entkoppler 130 und 170, die die alleinigen Bereitsteller einer elektrischen Isolierung bei dem oben beschriebenen, akustischen Koppler 100 sind. Folglich weist der akustische Koppler 400 für ähnliche Abmessungen, Materialien und Schichtdicken daher üblicherweise eine größere Durchbruchspannung auf als das akustische Koppler 100, der oben Bezug nehmend auf 2 und 4A–4C beschrieben wurde. Üblicherweise weist der akustische Koppler 400 für ähnliche Abmessungen, Materialien und Schichtdicken eine Durchbruchspannung ähnlich zu der des akustischen Entkopplers 200 auf, der oben Bezug nehmend auf 6 und 7A–7C beschrieben wurde, ist aber einfacher herzustellen, da er weniger Schichten aufweist.
Bei dem akustischen Koppler 400 bedeutet die elektrische Isolierung, die durch die piezoelektrischen Elemente 126 und 156 bereitgestellt wird, dass die akustischen Koppler 130 und 170 nicht elektrisch isolierend sein müssen. Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 400 jedoch, bei dem die akustischen Koppler 130 und 170 elektrisch isolierend sind, weisen üblicherweise eine größere Durchbruchspannung auf als Ausführungsbeispiele, bei denen akustische Koppler 130 und 170 nicht elektrisch isolierend sind.
Bei dem praktizierbaren Beispiel des akustischen Kopplers 400, der in 11A–11C gezeigt ist, sind Eingänge 26, 28, die in 10 gezeigt sind, als Kontaktanschlussflächen 26 bzw. 28 verkörpert, und Ausgänge 32, 34, die in 10 gezeigt sind, sind als Kontaktanschlussflächen 32 bzw. 34 verkörpert. Die Kontaktanschlussflächen 26, 28, 32 und 34 sind auf der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet. Die elektrische Schaltung 440, die in 10 gezeigt ist, weist eine elektrische Spur 136, die sich von der Kontaktanschlussfläche 26 zu der Elektrode 112 des FBAR 110 erstreckt, eine elektrische Spur 138, die sich von der Kontaktanschlussfläche 28 zu der Elektrode 114 des FBAR 110 erstreckt, eine elektrische Spur 176, die sich von der Elektrode 162 des FBAR 160 zu der Kontaktanschlussfläche 132 erstreckt, und einen elektrische Spur 178, die sich von der Elektrode 164 des FBAR 160 zu der Kontaktanschlussfläche 34 erstreckt, auf.
Zusätzlich dazu weist die elektrische Schaltung 440 Verbindungsanschlussflächen 433 und 435, die auf der Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet sind, und Verbindungsanschlussflächen 473 und 475, die in elektrischem Kontakt mit den Verbindungsanschlussflächen 433 bzw. 435 angeordnet sind, auf. Eine elektrische Spur 432 erstreckt sich von der Elektrode 122 des FBAR 120 zu der Verbindungsanschlussfläche 433, und eine elektrische Spur 472 erstreckt sich von der Elektrode 154 des FBAR 150 zu der Verbindungsanschlussfläche 473 in elektrischem Kontakt mit der Verbindungsanschlussfläche 433. Die Verbindungsanschlussflächen 433, 473 und die elektrischen Spuren 432 und 472 bilden kollektiv den Leiter 482, der die Elektrode 122 des FBAR 120 mit der Elektrode 154 des FBAR 150 verbindet. Eine elektrische Spur 434 erstreckt sich von der Elektrode 152 des FBAR 150 zu der Verbindungsanschlussfläche 435, und eine elektrische Spur 474 erstreckt sich von der Elektrode 124 des FBAR 120 zu der Verbindungsanschlussfläche 475 in elektrischem Kontakt mit der Verbindungsanschlussfläche 435. Die Verbindungsanschlussflächen 435, 475 und die elektrischen Spuren 434 und 474 bilden kollektiv den Leiter 484, der die Elektrode 152 des FBAR 150 mit der Elektrode 124 des FBAR 120 verbindet.
Elektrische Spuren 136, 138, 176 und 178 erstrecken sich alle über einem Teil der Hauptoberfläche des Substrats 102, elektrische Spuren 136 und 176 erstrecken sich unter einem Teil der piezoelektrischen Schicht 117 und elektrische Spuren 138 und 178 erstrecken sich über einem Teil der piezoelektrischen Schicht 117. Zusätzlich dazu erstrecken sich elektrische Spuren 432 und 434 über die akustische Entkopplungsschicht 131, Teile der piezoelektrischen Schicht 117 und Teile der Hauptoberfläche des Substrats 102, und elektrische Spuren 472 und 474 erstrecken sich über die piezoelektrische Schicht 126, Teile der akustischen Entkopplungsschicht 131, Teile der piezoelektrischen Schicht 117 und Teile der Hauptoberfläche des Substrats 102.
Bei einigen Ausführungsbeispielen des akustischen, galvanischen Isolators 10 ist der Modulator 14 in und auf demselben Substrat 102 hergestellt wie der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16. Bei solchen Ausführungsbeispielen sind die Kontaktanschlussflächen 26 und 28 üblicherweise weggelassen und elektrische Spuren 133 und 173 erstrecken sich, um eine Verbindung mit entsprechenden Spuren herzustellen, die Teil des Modulator 14 bilden. Zusätzlich oder alternativ ist der Demodulator 18 in und auf demselben Substrat 102 hergestellt wie der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16. Bei solchen Ausführungsbeispielen sind Kontaktanschlussflächen 32 und 34 üblicherweise weggelassen und elektrische Spuren 135 und 175 erstrecken sich, um eine Verbindung mit entsprechenden Spuren herzustellen, die Teil des Demodulators 18 bilden.
Tausende von akustischen, galvanischen Isolatoren, ähnlich zu dem akustischen, galvanischen Isolator 10, werden gleichzeitig durch Wafer-Herstellung hergestellt. Eine solche Wafer-Herstellung macht die akustischen, galvanischen Isolatoren kostengünstig herzustellen. Der Wafer wird selektiv geätzt, um einen Hohlraum an dem Ort des elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers 16 von jedem akustischen, galvanischen Isolator zu definieren, der auf dem Wafer hergestellt werden soll. Die Hohlräume werden mit Opfermaterial gefüllt und die Oberfläche des Wafers wird planarisiert. Der lokale Oszillator 12, der Modulator 14 und der Demodulator 18 von jedem akustischen, galvanischen Isolator, der auf dem Wafer hergestellt werden soll, werden in und auf der Oberfläche des Wafers hergestellt unter Verwendung einer herkömmlichen Halbleiterherstellungsverarbeitung. Die hergestellten Schaltungselemente werden dann mit einer Schutzschicht abgedeckt. Exemplarische Materialien für die Schutzschicht sind Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid.
Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 100, der oben Bezug nehmend auf 4A–4C beschrieben ist, und des akustischen Kopplers 400, der oben Bezug nehmend auf 11A–11C beschrieben ist, werden dann durch sequentielles Aufbringen und Strukturieren der nachfolgenden Schichten hergestellt: eine erste Schicht eines Elektrodenmaterials, eine erste Schicht eines piezoelektrischen Materials, eine zweite Schicht eines Elektrodenmaterials, eine Schicht eines akustischen Entkopplungsmaterials oder die Schichten einer akustischen Bragg-Struktur, eine dritte Schicht eines Elektrodenmaterials, eine zweite Schicht eines piezoelektrischen Materials und eine vierte Schicht aus Elektrodenmaterial. Diese Schichten bilden die DSBARs und die elektrische Schaltung jedes akustischen Kopplers. Die elektrische Schaltung verbindet zusätzlich die DSBARs in Reihe und mit frei liegenden Verbindungspunkten auf dem Modulator 14 und dem Demodulator 18.
Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 200, der oben Bezug nehmend auf 7A–7C beschrieben ist, werden hergestellt, wie soeben beschrieben wurde, außer dass eine Viertelwellenschicht 217 eines elektrisch isolierenden Materials und eine oder mehrere Schichten, die akustische Entkoppler 230 und 270 bilden, aufgebracht und strukturiert werden, nachdem die einen oder die mehreren Schichten, die die akustischen Entkoppler 130 und 170 bilden, aufgebracht und strukturiert wurden. Ausführungsbeispiele des akustischen Kopplers 300, der oben Bezug nehmend auf 9A–9C beschrieben wurde, werden wie soeben beschrieben hergestellt, außer dass eine erste Halbwellenschicht 317 eines elektrisch isolierenden Materials vorher aufgebracht und strukturiert wird, und eine zweite Halbwellenschicht 327 eines elektrisch isolierenden Materials danach aufgebracht und strukturiert wird, nachdem die eine oder die mehreren Schichten, die die akustischen Entkoppler 130 und 170 bilden, aufgebracht und strukturiert wurden.
Nachdem die akustischen Koppler hergestellt wurden, wird das Opfermaterial beseitigt, um jedes in Reihe verbundene Paar aus DSBARs aufgehängt über seinem entsprechenden Hohlraum zu lassen. Zugriffslöcher, die bei 119 gezeigt sind, liefern Zugriff auf das Opfermaterial, um ein Beseitigen zu erleichtern. Das Schutzmaterial wird dann von den hergestellten Schaltungselementen entfernt. Das Substrat wird dann in individuelle, akustische galvanische Isolatoren unterteilt, jeder ähnlich zu dem akustischen, galvanischen Isolator 10. Ein exemplarischer Prozess, der verwendet werden kann, um DSBARs herzustellen, ist detaillierter in der U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005 0 093 654 beschrieben, die der Bevollmächtigten dieser Offenbarung zugewiesen ist und durch Bezugnahme aufgenommen ist, und angepasst werden kann, um die DSBARs der oben beschrieben akustischen, galvanischen Isolatoren herzustellen.
Alternativ werden akustische Koppler 100, 200, 300 oder 400 auf einem unterschiedlichen Wafer zu dem hergestellt, auf dem lokale Oszillatoren 12, Modulatoren 14 und Demodulatoren 18 hergestellt sind. In diesem Fall können die akustischen, galvanischen Isolatoren hergestellt werden durch Verwenden eines Wafer-Bond-Prozesses, um die entsprechenden Wafer zu verbinden, um eine Struktur ähnlich zu der zu bilden, die von John D. Larson III. u. a. Bezug nehmend auf 8A–8E der U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005 0 093 659 beschrieben wird, die der Bevollmächtigten dieser Offenbarung zugewiesen ist und durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Bei einer weiteren Alternative werden lokale Oszillatoren 12, Modulatoren 14 und akustische Koppler 100, 200, 300 oder 400 auf einem Wafer hergestellt und entsprechende Demodulatoren 18 werden auf dem anderen Wafer hergestellt. Die Wafer werden dann miteinander gebondet bzw. verbunden, wie soeben beschrieben wurde, ohne die akustischen, galvanischen Isolatoren zu bilden. Alternativ werden die lokalen Oszillatoren 12 und die Modulatoren 14 auf einem Wafer hergestellt und die akustischen Koppler 100, 200, 300, oder 400 und die Demodulatoren 18 werden auf dem anderen Wafer hergestellt. Die Wafer werden dann miteinander gebondet, wie soeben beschrieben wurde, um die akustischen, galvanischen Isolatoren zu bilden.
Bei einer anderen Alternative, die geeignet ist zur Verwendung bei Anwendungen, bei denen die akustischen, galvanischen Isolatoren spezifiziert sind, um eine große Durchbruchsspannung zwischen den Eingangsanschlüssen 22, 24 und den Ausgangsanschlüssen 36, 28 aufzuweisen, werden mehrere Eingangsschaltungen, die jeweils eine Instanz eines lokalen Oszillators 12 und eine Instanz eines Modulators 14 aufweisen, und mehrere Ausgangsschaltungen, die jeweils eine Instanz des Demodulators 18 aufweisen, in und auf einem Halbleiterwafer hergestellt. Der Wafer wird dann in individuelle Halbleiterchips vereinzelt, die jeweils eine einzelne Eingangsschaltung oder eine einzelne Ausgangsschaltung verkörpern. Der elektrisch isolierende, akustische Koppler 16 jedes akustischen, galvanischen Isolators wird aufgehängt bzw. suspendiert über einem Hohlraum hergestellt, der in einem Keramikwafer definiert ist, der leitfähige Spuren aufweist, die auf seiner Hauptoberfläche angeordnet sind. Für jeden akustischen, galvanischen Isolator, der auf dem Wafer hergestellt ist, werden ein Halbleiterchip, der eine Eingangsschaltung verkörpert, und ein Halbleiterchip, der eine Ausgangsschaltung verkörpert, auf dem Keramikwafer in elektrischem Kontakt mit den leitfähigen Spuren befestigt. Zum Beispiel können die Halbleiterchips auf dem Keramikwafer durch Kugel-Bonden oder Flip-Chip-Bonden befestigt werden. Keramikwafer mit angebrachten Halbleiterchips können auch in der oben beschriebenen Zwei-Wafer-Struktur verwendet werden.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des akustischen, galvanischen Isolators 10, der bei einer Trägerfrequenz von ungefähr 1,9 GHz arbeitet, ist das Material der Elektroden 112, 114, 122, 124, 152, 154, 162 und 164 Molybdän. Jede der Elektroden weist eine Dicke von ungefähr 300 nm auf und ist pentagonal in ihrer Form mit einem Bereich von ungefähr 12.000 Quadratmikrometern. Ein unterschiedlicher Bereich ergibt eine unterschiedliche charakteristische Impedanz. Die nichtparallelen Seiten der Elektroden minimieren laterale Moden bei den FBARs 110, 120, 150 und 160, wie beschrieben wird von Larson III. u. a. in dem U.S.-Patent Nr. 6,215,375, das der Bevollmächtigten dieser Offenbarung zugewiesen ist und durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Metallschichten, in denen die Elektroden 112, 114, 122, 124, 152, 154, 162 und 164 definiert sind, sind derart strukturiert, dass in entsprechenden Ebenen parallel zu der Hauptoberfläche des Wafers die Elektroden 112 und 114 des FBAR 110 dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position aufweisen, die Elektroden 122 und 124 des FBAR 120 dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position aufweisen, die Elektroden 152 und 154 des FBAR 150 dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position aufweisen und die Elektroden 162 und 164 des FBAR 160 dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position aufweisen. Üblicherweise weisen Elektroden 114 und 122 zusätzlich dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position auf und die Elektroden 152 und 154 weisen zusätzlich dieselbe Form, Größe, Orientierung und Position auf. Alternative Elektrodenmaterialien umfassen solche Metalle wie Wolfram, Niobium und Titan. Die Elektroden können eine Mehrschichtstruktur aufweisen.
Das Material der piezoelektrischen Elemente 116, 126, 156 und 166 ist Aluminiumnitrid. Jedes piezoelektrische Element weist einen Dicke von ungefähr 1,4 μm auf. Alternative piezoelektrische Materialien umfassen Zinkoxid, Kadmiumsul fid und gepolte ferroelektrische Materialen, wie z. B. ferroelektrische Perovskit-Materialien, einschließlich Blei-Zirkonium-Titanat (PZT), Blei-Metaniobat und Barium-Titanat.
Mögliche Strukturen und Materialen für akustische Entkoppler 130 und 170 werden oben Bezug nehmend auf 5A und 5B beschrieben.
Bei Ausführungsbeispielen des akustischen Kopplers 200, der oben Bezug nehmend auf 7A–7C beschrieben ist, ist das Material der akustisch resonanten, elektrischen Viertelwellenisolatoren 216 und 256 Aluminiumnitrid. Jeder akustisch resonante, elektrische Isolierer weist eine Dicke von ungefähr 1,4 μm auf. Alternative Materialien umfassen Aluminiumoxid (Al₂O₃) und nicht piezoelektrisches Aluminiumnitrid. Mögliche Strukturen und Materialen für akustische Entkoppler 230 und 270 werden oben Bezug nehmend auf 5A und 5B beschrieben.
Bei Ausführungsbeispielen des akustischen Kopplers 300, der oben Bezug nehmend auf 9A–9C beschrieben ist, ist das Material der akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierern 316, 326, 356 und 366 Aluminiumnitrid. Jeder akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer weist eine Dicke von ungefähr 2,8 μm auf. Alternative Materialien umfassen Aluminiumoxid (Al₂O₃) und nicht piezoelektrisches Aluminiumnitrid.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel des akustischen, galvanischen Isolators 10, sind Eingänge 26, 28 mit dem FBAR 110 des DSBAR 106 verbunden, und Ausgänge 32, 34 sind mit dem FBAR 160 des DSBAR 108 verbunden. Bei anderen Ausführungsbeispielen sin die Eingänge 26, 28 mit einem der FBARs von einem der DSBARs 106 und 108 verbunden, und die Ausgänge 32, 34 sind mit einem der FBARs des anderen der DSBARs 106 und 108 verbunden.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens 190 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals zeigt. Bei Block 192 wird ein elektrisch isolierender, akustischer Koppler bereitgestellt. Der elektrisch isolierende, akustische Koppler weist in Reihe geschaltete, entkoppelte, gestapelte, akustische Resonatoren auf. Bei Block 193 wird ein Trägersignal geliefert. Bei Block 194 wird das Trägersignal mit dem Informationssignal moduliert, um ein moduliertes, elektrisches Signal zu liefern. Bei Block 195 wird das modulierte, elektrische Signal akustisch durch den elektrisch isolierenden, akustischen Koppler gekoppelt. Bei Block 196 wird das Informationssignal aus dem modulierten, elektrischen Signal wiedergewonnen, das akustisch durch den akustischen Koppler gekoppelt wird.
Diese Offenbarung beschreibt die Erfindung detailliert unter Verwendung darstellender Ausführungsbeispiele. Die Erfindung, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird, ist jedoch nicht auf die genauen offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ein galvanischer Isolator (10), der folgende Merkmale aufweist: eine Trägersignalquelle (12); einen Modulator (14), der verbunden ist, um ein Informationssignal und das Trägersignal zu empfangen; einen Demodulator (18); und einen elektrisch isolierenden, akustischen Koppler (16), verbunden zwischen dem Modulator (14) und dem Demodulator (18), der in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte, akustische Volumenresonatoren (DSBARs) aufweist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 1, bei dem der akustische Koppler (16) folgende Merkmale aufweist: eine ersten entkoppelten, gestapelten, akustischen Volumenresonator (DSBAR) und einen zweiten DSBAR, wobei jeder der DSBARs einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen zweiten FBAR und einen akustischen Entkoppler zwischen dem ersten FBAR und dem zweiten FBAR aufweist; und eine elektrische Schaltung, die die DSBARs in Reihe verbindet.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 2, bei dem die elektrische Schaltung zusätzlich den ersten FBAR des ersten DSBAR mit dem Modulator (14) und den ersten FBAR des zweiten DSBAR mit dem Demodulator (18) verbindet.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 3, bei dem die elektrische Schaltung die zweiten FBARs der DSBARs parallel verbindet, um die DSBARs in Reihe zu verbinden.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 4, bei dem: jeder der FBARs ein gegenüberliegendes Paar aus Elektroden und ein piezoelektrisches Element zwischen den Elektroden aufweist; und die elektrische Schaltung folgende Merkmale aufweist: eine erste elektrische Verbindung zwischen einer Ersten der Elektroden des zweiten FBAR des ersten DSBAR und eine Erste der Elektroden des zweiten FBAR des zweiten DSBAR, und eine zweite elektrische Verbindung zwischen einer Zweiten der Elektroden des zweiten FBAR des ersten DSBAR und eine Zweite der Elektroden des zweiten FBAR des zweiten DSBAR, wobei die Zweiten der Elektroden näher an den akustischen Entkopplern der DSBARs sind als die Ersten der Elektroden.
Galvanischer Isolator (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die elektrische Schaltung die zweiten FBARs der DSBARs antiparallel verbindet, um die DSBARs in Reihe zu verbinden.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 6, bei dem: jeder der FBARs ein gegenüberliegendes Paar aus Elektroden und ein piezoelektrisches zwischen den Elektroden aufweist; und die elektrische Schaltung folgende Merkmal aufweist: eine erste elektrische Verbindung zwischen einer Ersten der Elektroden des zweiten FBAR des ersten DSBAR und eine Zweite der Elektroden des zweiten FBAR des zweiten DSBAR, und eine zweite elektrische Verbindung zwischen einer Zweiten der Elektroden des zweiten FBAR des ersten DSBAR und eine Erste der Elektroden des zweiten FBAR des zweiten DSBAR, wobei die Zweiten der Elektroden näher an den akustischen Entkopplern der DSBARs sind als die Ersten der Elektroden.
Galvanischer Isolator (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem jeder der DSBARs zusätzlich einen akustisch resonanten, elektrischen Isolierer aufweist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 8, bei dem der akustisch resonante, elektrische Isolierer eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist, die sich in der akustischen Impedanz von den FBARs um weniger als eine Größenordnung unterscheidet.
Galvanischer Isolator gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der akustisch resonante, elektrische Isolierer eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist, die im Hinblick auf akustische Impedanz an die FBARs angepasst ist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem: jeder der DSBARs zusätzlich einen zusätzlichen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs aufweist; und der akustisch resonante, elektrische Isolierer eine Viertelwellenschicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist, die zwischen dem akustischen Entkoppler und dem zusätzlichen akustischen Entkoppler angeordnet ist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem jeder der DSBARs zusätzlich einen akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer aufweist, der zwischen dem akustischen Entkoppler und jedem der FBARs positioniert ist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem: der akustisch resonante, elektrische Isolierer ein erster akustisch resonanter, elektrischer Halbwellenisolierer ist; jeder der DSBARs zusätzlich einen zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer aufweist; und der akustische Entkoppler zwischen dem ersten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer und dem zweiten akustisch resonanten, elektrischen Halbwellenisolierer angeordnet ist.
Galvanischer Isolator (10) gemäß Anspruch 13, bei dem der akustisch resonante, elektrische Halbwellenisolierer eine Halbwellenschicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist.
Verfahren zum galvanischen Isolieren eines Informationssignals, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (192) eines elektrisch isolierenden, akustischen Kopplers, der in Reihe verbundene, entkoppelte, gestapelte akustische Volumenresonatoren aufweist; Bereitstellen (193) eines Trägersignals; Modulieren (193) des Trägersignals mit dem Informationssignal, um ein moduliertes, elektrisches Signal zu bilden; akustisches Koppeln (195) des modulierten, elektrischen Signals durch den elektrisch isolierenden, akustischen Koppler; und Wiedergewinnen (196) des Informationssignals aus dem modulierten, elektrischen Signals, das akustisch durch den elektrisch isolierenden, akustischen Koppler gekoppelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der elektrisch isolierende, akustische Koppler einen ersten entkoppelten, gestapelten, akustischen Volumenresonator (DSBAR) und einen zweiten DSBAR aufweist, wobei jeder der DSBARs einen ersten akustischen Filmvolumenresonator (FBAR), einen zweiten FBAR und einen akustischen Entkoppler zwischen den FBARs aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das Koppeln folgende Schritte aufweist: Anlegen des modulierten, elektrischen Signals, an den ersten FBAR des ersten DSBAR, und Empfangen des modulierten, elektrischen Signals von dem ersten FBAR des zweiten DSBAR.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das Koppeln folgende Schritte aufweist: Umwandeln des modulierten, elektrischen Signals in ein akustisches Signal; Übertragen des akustischen Signals durch einen elektrischen Isolierer; und Umwandeln des akustischen Signals zurück in ein moduliertes, elektrisches Signal.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem jeder der DSBARs zusätzlich einen akustisch resonanten, elektrischen Isolierer zwischen den FBARs aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die zweiten FBARs der DSBARs elektrisch antiparallel verbunden sind, um die DSBARs in Reihe zu verbinden.