Signalverarbeitungsalgorithmus zur hochpräzisen Auswertung der Temperaturabhängigkeit von OFW-Eigenschaften

Inhalt:
Um die Temperatur mit akustischen Oberflächenwellen (OFW) basierten Bauteilen zu messen, ist es wichtig, das verwendete Substrat über den Temperaturbereich zu charakterisieren. Diese Charakterisierung hängt stark von der Genauigkeit des verwendeten Analysealgorithmus ab. In diesem Paper wird ein spezieller Signalverarbeitungsalgorithmus vorgestellt, der die gesuchten OFW-Eigenschaften genau auswertet. Die zu untersuchenden OFW-Parameter sind Gruppengeschwindigkei v gr, und Phasengeschwindigkeit v ph, Ausbreitungsverlust α, und elektromechanischer Kopplungskoeffizient k2. Um diese Eigenschaften auszuwerten, wird die Übertragungsfunktion zweier Verzögerungsleitungen verschiedener Längen bei verschiedenen Temperaturen gemessen und analysiert. Der Algorithmus extrahiert die jeweilige Übertragungsfunktion (S21) der beiden Verzögerungsleitungen aus dem aufgenommenen Temperaturgang und berechnet die entsprechenden OFW-Parameter bei diesen Temperaturen. In der ersten Stufe der Analyse bestimmt der Algorithmus die Mittenfrequenzen, wodurch die genauen Laufzeitdifferenzen mittels Kreuzkorrelation der Signale aus kurzer und langer Verzögerungsleitungen ermittelt werden. Im zweiten Analyseschritt werden aus den so extrahierten Parametern die akustischen Eigenschaften des OFW-Materials als Funktion der Temperatur berechnet. Um diesen Algorithmus zu validieren, wird seine Genauigkeit untersucht. Dafür wird ein Testsignal erzeugt, das aus den berechneten Verzögerungszeiten und Mittenfrequenzen der ersten Stufe der Analyse generiert wird. Ein Vergleich der Analyse des so erzeugten Testsignals mit den ursprünglichen Parametern zeigt, dass der Algorithmus hochpräzise ist.