CN1953435B - 结合了薄膜声耦合变换器的声电隔离器 - Google Patents

结合了薄膜声耦合变换器的声电隔离器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种声电隔离器及对信息信号进行电隔离的方法。声电隔离器的实施例包括载波信号源、被连接以接收信息信号和载波信号的调制器、解调器、以及连接在调制器与解调器之间的电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)。

Description

结合了薄膜声耦合变换器的声电隔离器
相关申请的交叉引用
本发明涉及下列同时提交的发明：John D.Larson III的“AcousticGalvanic Isolator Incorporating Single Decoupled Stacked Bulk AcousticResonator”(Agilent律师号No.10051180-1)；John D.Larson III的“Acoustic Galvanic Isolator Incorporating Single Insulated Decoupled StackedBulk Acoustic Resonator with Acoustically-Resonant Electrical Insulator”(Agilent律师号No.10051205-1)；John D.Larson III等的“AcousticGalvanic Isolator Incorporating Series-Connected Decoupled Stacked BulkAcoustic Resonators”(Agilent律师号No.10051207-1)和John D.LarsonIII等的“Acoustic Galvanic Isolator”(Agilent律师号No.10051583-1)，这些申请都转让给本发明的受让人并通过引用而结合于此。
技术领域
本发明涉及结合了薄膜声耦合变换器的声电隔离器。
背景技术
电隔离器(galvanic isolator)允许信息信号从其输入端通到其输出端，但是在其输入端与其输出端之间没有导电路径。没有导电路径使电隔离器可以防止不期望的电压在其输入端与其输出端之间通过。严格地说，电隔离器只阻挡直流(DC)电压，不过通常的电隔离器也会另外阻挡交流(AC)电压，例如电力线处的音频电压。电隔离器的一种示例是数据耦合器，它使高数据率的数字信息信号通过，但是会阻挡DC电压，另外还阻挡低频AC电压。
数据耦合器的一种示例是光隔离器，例如Agilent Technologies，Inc.销售的光隔离器。在光隔离器中，由发光二极管(LED)将电信息信号转换为光信号。光信号经过不导电的光传输介质(通常是空气隙或光波导)，并由光检测器接收。光检测器将光信号转换回电信号。是因为光信号可以通过不导电的光传输介质，而不需要金属导体，所以提供了电隔离功能。
其他的数据耦合器包括由第一线圈磁耦合到第二线圈所组成的变压器。使电信息信号通过第一线圈会将电信息信号转换为磁通量。磁通量通过空气或不导电的透磁材料到达第二线圈。第二线圈将磁通量转换回电信号。变压器允许高数据率信息信号通过，而阻挡DC电压和低频AC电压的传输。磁通量传输体造成的阻碍足以防止DC电压和低频AC电压从输入端通到输出端。有时也用隔直电容来提供类似的隔离功能。
便宜的光隔离器的数据率通常由于器件的电容以及光器件的功率限制而被限制在约10Mb/s。采用变压器方式需要线圈具有大电感同时还要能够传输高数据率的信息信号。这种相互矛盾的需求常常难以兼顾。使用电容器不能在导电路径中提供绝对的隔断，因为信息信号会以电的方式传输通过。更好的解决方案将电信息信号转换为另一种形式的信号(例如光或磁通量)，然后将这种另外形式的信号转换回电信号。这样可以消除输入端与输出端之间的电路径。
许多数据传输***以100Mb/s的速度工作。需要一种能够以100Mb/s或更高速度工作的紧凑、便宜的电隔离器。还需要一种易于制造并具有良好的共模抑制的紧凑、便宜的电隔离器。
发明内容
本发明在第一方面提供了一种声电隔离器。声电隔离器的实施例包括载波信号源、被连接以接收信息信号和载波信号的调制器、解调器、以及连接在调制器与解调器之间的电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)。
在第二方面，本发明提供了一种用于对信息信号进行电隔离的方法。该方法的实施例包括：提供电隔离声耦合器的步骤，电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)；提供载波信号的步骤；用信息信号对载波进行调制以形成调制电信号的步骤；经过电隔离声耦合器对调制电信号进行声耦合的步骤；以及从经过电隔离声耦合器声耦合的调制电信号恢复信息信号的步骤。
包括电隔离FACT的电隔离声耦合器体积小巧，制造便宜，还能够对数据率超过100Mbit/s的信息信号进行声耦合，并能在其输入端与其输出端之间承受很大的DC或AC电压。另外，包括电隔离FACT的电隔离声耦合器在其输入端与其输出端之间提供了良好的共模抑制。
附图说明
图1是示出根据本发明一种实施例的声电隔离器的框图；
图2是示出根据本发明第一实施例的声耦合器一种示例的示意图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器；
图3的曲线图示出作为图2所示声耦合器组成部分的薄膜声耦合变换器(FACT)一种示例性实施例的频率响应特性；
图4A是图2所示声耦合器一种实际示例的俯视图；
图4B和图4C分别是沿图4A所示剖面线4B-4B和4C-4C的剖视图；
图5A是图4B中标有5A的部分的放大图，示出了声去耦器的第一实施例；
图5B是图4B中标有5A的部分的放大图，示出了声去耦器的第二实施例；
图6是示出根据本发明第二实施例的声耦合器一种示例的示意图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器；
图7A是图6所示声耦合器一种实际示例的俯视图；
图7B和图7C分别是沿图7A所示剖面线7B-7B和7C-7C的剖视图；
图8是示出根据本发明第三实施例的声耦合器一种示例的示意图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器；
图9A是图8所示声耦合器一种实际示例的俯视图；
图9B和图9C分别是沿图9A所示剖面线9B-9B和9C-9C的剖视图；
图10是示出根据本发明第四实施例的声耦合器一种示例的示意图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器；
图11A是图10所示声耦合器一种实际示例的俯视图；
图11B和图11C分别是沿图11A所示剖面线11B-11B和11C-11C的剖视图；
图12A是示出根据本发明第五实施例的声耦合器一种示例的示意图，所述声耦合器可以用作图1所示声电隔离器的电隔离声耦合器；
图12B是示出根据本发明第五实施例的声耦合器一种示例的示意图，其中组成其的那些FACT制造在同一衬底上；
图13是示出图12B所示声耦合器一种实际示例的俯视图；以及
图14是示出根据本发明一种实施例用于对信息信号进行电隔离的方法一种示例的流程图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明一种实施例的声电隔离器10的框图。声电隔离器10在其输入端子和其输出端子之间传输电信息信号SI，同时在其输入端子与其输出端子之间提供电隔离。声电隔离器10不仅提供DC电隔离，而且提供AC电隔离。另外，声电隔离器10在其输入端子与其输出端子之间具有良好的共模抑制。电信息信号SI通常是高数据率的数字数据信号，但也可以是模拟信号。在一种应用中，电信息信号SI是100Mbit/s的以太网信号。
在所示的示例中，声电隔离器10由本地振荡器12、调制器14、电隔离声耦合器16和解调器18组成。在所示的示例中，本地振荡器12是电载波信号SC的源。调制器14的输入端被连接为从声电隔离器10的输入端子22、24接收电信息信号SI以及从本地振荡器12接收载波信号SC。调制器14的输出端连接到电隔离声耦合器16的输入端26、28。
电隔离声耦合器16在输出端32、34处提供了差分输出。电隔离声耦合器16的输出端32、34连接到解调器18的输入端。解调器18的输出端连接到声电隔离器10的输出端子36、38。
电隔离声耦合器16具有带通频率响应，这将在下面参考图3进行详细说明。本地振荡器12产生载波信号SC，其标称频率位于电隔离声耦合器16的通带中心。在声电隔离器10的一种示例性实施例中，电隔离声耦合器16的通带中心频率为1.9GHz，本地振荡器12产生频率为1.9GHz的载波信号SC。本地振荡器12将载波信号SC馈送到调制器14的载波信号输入端。
调制器14从输入端子22、24接收电信息信号SI并用电信息信号SI对载波信号SC进行调制，从而产生调制电信号SM。通常，调制电信号SM是根据电信息信号SI调制过的载波信号SC。可以使用任何适当的调制方案。在一种示例中，载波信号由电信息信号SI进行幅度调制，电信息信号SI是数字信号，具有分别代表0和1的低信号电平和高信号电平，在这种示例中，调制电信号SM具有分别代表电信息信号中的0和1的小幅度和大幅度。
如下面将要参考图2和图4A-4C详细说明的，电隔离声耦合器16将调制电信号SM从其输入端26、28声耦合到其输出端32、34，从而向解调器18的输入端提供电输出信号SO。电输出信号SO类似于调制电信号SM，即，它是具有与载波信号SC相同的频率、与调制电信号SM相同的调制方案以及与电信息信号SI相同的信息内容的调制电信号。解调器18对电输出信号SO进行解调以恢复电信息信号SI作为恢复电信息信号SR。恢复电信息信号SR被从解调器18输出到输出端子36、38。
如本领域所知，解调器18包括检测器(未示出)，该检测器从电输出信号SO恢复电信息信号SI。在一种示例中，检测器对电输出信号SO进行整流和积分以恢复电信息信号SI。通常，对于电信息信号SI是数字信号的应用，在期望用于这些应用的一种实施例中，解调器18通常还在检测器之后包括时钟和数据恢复(CDR)电路。CDR电路用于对从电输出信号SO中恢复的原始电信息信号波形进行清理以产生恢复电信息信号SR。解调器向声电隔离器10的输出端子36、38提供恢复电信息信号SR。
适于用作声电隔离器10中的本地振荡器12、调制器14和解调器18的电路是本领域公知的。因此，不再对本地振荡器12、调制器14和解调器18进行更详细的描述。
在图1所示的实施例中将本地振荡器12示为声电隔离器10的一部分。在其他实施例中，声电隔离器10不带本地振荡器，而是具有载波信号输入端子(未示出)，声电隔离器经过这些输入端子从外部载波信号发生器接收载波信号SC。在这样的实施例中，载波信号输入端子为声电隔离器提供载波信号源。
现在将对根据本发明的实施例的可用作声电隔离器10中电隔离声耦合器16的声耦合器进行说明。如下面将参考图3详细说明的一样，这些实施例都具有带通频率响应。声耦合器的通带特征在于中心频率和带宽。通带的带宽确定了可以由声耦合器进行声耦合的信息信号最大数据率。为了简单起见，将把声耦合器的通带中心频率称为“声耦合器的中心频率”。如下面会更详细说明的，声耦合器的实施例是部分由各种传声材料的层组成的，这些层的厚度取决于声信号在传声材料中的波长，所述声信号的标称频率等于声耦合器的中心频率。在图1所示声电隔离器10中，载波信号SC的标称频率等于用作电隔离声耦合器16的声耦合器的中心频率。
在本发明中，术语“四分之一波层(quarter-wave layer)”将用于表示这样的传声材料层，该层的标称厚度t等于声信号在材料中波长的四分之一的奇数倍，其中所述声信号的标称频率等于声耦合器的中心频率，即：
t≈(2m+1)λn/4    (1)
其中λn为上述传声材料中声信号的波长，m为大于或等于零的整数。四分之一波层的厚度可以与标称厚度相差λn/4的约±10％。也可以使用这个容限范围之外的厚度，但性能会恶化，不过四分之一波层的厚度总是与λn/2的整数倍差别显著。
此外，本发明中，在上述术语“四分之一波层”前加上表示四分之一波长数目的数字来表示这样的四分之一波层，该层的厚度等于上述声信号在该层的材料中波长四分之一的具体倍数。例如，术语“一倍四分之一波层”将用于表示这样的传声材料层，其标称厚度t等于声信号在材料中波长的四分之一，即t≈λn/4(式(1)中m＝0)，其中所述声信号的频率等于声耦合器的中心频率。一倍四分之一波层是最小可能厚度的四分之一波层。与之类似，三倍四分之一波层的标称厚度t等于上述声信号在材料中波长的四分之三，即t≈3λn/4(式(1)中m＝1)。
术语“半波层(half-wave layer)”将用于表示这样的传声材料层，该层的标称厚度t等于声信号在材料中波长一半的整数倍，其中所述声信号的频率等于声耦合器的中心频率，即：
t≈nλn/2    (2)
其中n为大于零的整数。半波层的厚度可以与标称厚度相差λn/2的约±10％。也可以使用这个容限范围之外的厚度，但性能会恶化，不过半波层的厚度总是与λn/4的奇数倍差别显著。可以在术语“半波层”前加上数字来表示这样的半波层，该层的厚度等于上述声信号在该层的材料中波长一半的具体倍数。
声电隔离器以及作为其组成部分的电隔离声耦合器的特征在于“击穿电压”。声电隔离器的击穿电压是这样的电压，当在声电隔离器的输入端子与输出端子之间施加该电压时，会造成大于阈值漏电流的漏电流流过。在像本发明中这样具有多个输入端子和多个输出端子的声电隔离器中，通过将输入端子彼此电连接、输出端子也彼此电连接来测量击穿电压。电隔离声耦合器的击穿电压是这样的电压，当在声谐振电绝缘体的输入端与输出端之间施加该电压时，会造成大于阈值漏电流的漏电流流过。在像本发明中这样具有多个输入端和多个输出端的电隔离声耦合器中，通过将输入端彼此电连接、输出端也彼此电连接来测量击穿电压。阈值漏电流取决于具体应用情况，通常为微安量级。
图2是示出根据本发明第一实施例的声耦合器100一种示例的示意图。声耦合器100包括输入端26和28、输出端32和34、以及电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)105。FACT 105由第一去耦堆叠声体波谐振器(DSBAR)106、第二DSBAR 108、电路140和电路141组成，电路140对DSBAR 106和DSBAR 108进行互连，还将DSBAR 106、108连接到输入端26、28，电路141对DSBAR 106和DSBAR 108进行互连，还将DSBAR 106、108连接到输出端32、34。在电隔离FACT 105中，至少各个DSBAR 106、108的薄膜声体波谐振器(FBAR)之一的压电元件在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器100将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器100有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差。另外，声耦合器100和此处所述的其他声耦合器实施例还在输入端26、28与输出端32、34之间提供共模抑制。最后，在声耦合器100和此处所述的其他声耦合器实施例中，各个DSBAR 106、108的压电元件中至少一个在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。
在电隔离FACT 105中，DSBAR 106与DSBAR 108各由成对堆叠的薄膜声体波谐振器(FBAR)以及这些FBAR之间的声去耦器组成。DSBAR 106由下部薄膜声体波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部FBAR 120、以及下部FBAR 110与上部FBAR 120之间的声去耦器130组成。DSBAR 108由下部FBAR 150、堆叠在FBAR 150上的上部FBAR 160、以及下部FBAR 150与上部FBAR 160之间的声去耦器170组成。在某些实施例中，声去耦器130、170是电绝缘性的，可以提供额外的电隔离。
FBAR 110由相反的平面电极112、114与这些电极之间的压电元件116组成。FBAR 120由相反的平面电极122、124与这些电极之间的压电元件126组成。声去耦器130位于FBAR 110的电极114与FBAR 120的电极122之间。FBAR 150由相反的平面电极152、154与这些电极之间的压电元件156组成。FBAR 160由相反的平面电极162、164与这些电极之间的压电元件166组成。声去耦器170位于FBAR 150的电极154与FBAR 160的电极162之间。
电路140将DSBAR 106的FBAR 110以反并联(anti-parallel)方式与DSBAR 108的FBAR 150电连接，并电连接到输入端26、28。具体地说，电路140将FBAR 110的电极112电连接到FBAR 150的电极154以及输入端26，还将FBAR 110的电极114电连接到FBAR 150的电极152以及输入端28。电路141将DSBAR 106的FBAR 120和DSBAR 108的FBAR160串联在输出端32、34之间。具体地说，电路141将输出端32连接到FBAR 120的电极124，将FBAR 120的电极122连接到FBAR 160的电极162，并将FBAR 160的电极164连接到输出端34。
电路140将FBAR 110、150以反并联方式电连接，使之将输入端26、28处接收到的调制电信号SM相等但反相地施加到FBAR 110、150。FBAR 110、150将调制电信号SM转换为相应的声信号。电路140将FBAR110、150以反并联方式电连接，从而将调制电信号SM施加到FBAR 110使FBAR 110机械收缩，而将调制电信号SM施加到FBAR 150使FBAR150产生相同量的机械膨胀，反之亦然。因此，FBAR 150产生的声信号与FBAR 110产生的声信号是反相的。因此，FBAR 160从FBAR 150接收到的声信号与FBAR 120从FBAR 110接收到的声信号是反相的。FBAR120、160将它们接收到的声信号转换回相应的电信号。FBAR 160产生的电信号与FBAR 120产生的电信号反相。电路141将FBAR 120、160串联连接，使FBAR两端的电压相加，使电极124与164之间的电压差以及输出端32、34之间的电压差为FBAR 120、160各自两端电压的二倍。出现在输出端32、34之间的电输出信号So具有与施加在输入端26、28两端的调制电信号SM相同的频率并包括其信息内容。因此，声耦合器100将调制电信号SM有效地从输入端26、28声耦合到输出端32、34。
输出端32、34至少通过压电元件126、166而与输入端26、28电绝缘。通常的压电元件具有高电阻率和高击穿电场。例如，溅射沉积的氮化铝样品具有约875kV/mm的测得击穿电场。因此，声耦合器100在输入端26、28与输出端32、34之间提供了电隔离。在声去耦器130、170是电绝缘性的那些实施例中，声去耦器130、170分别与压电元件126、166电串联，提供了额外的隔离。
在声耦合器100中，声去耦器130对FBAR 110产生的声信号到FBAR 120的耦合进行控制，声去耦器170对FBAR 150产生的声信号到FBAR 160的耦合进行控制。声去耦器130、170控制声耦合器100的带宽。具体地说，由于声去耦器130与FBAR 110和120之间的声阻抗基本上不匹配，所以与通过FBAR 110与FBAR 120之间的直接接触进行耦合相比，声去耦器130更少将FBAR 110产生的声信号耦合到FBAR 120。与之类似，由于声去耦器170与FBAR 150和160之间的声阻抗基本上不匹配，所以与通过FBAR 150与FBAR 160之间的直接接触进行耦合相比，声去耦器170更少将FBAR 150产生的声信号耦合到FBAR 160。
图3示出了声耦合器100一种示例性实施例的频率响应特性。声耦合器100在大于100MHz的通带宽度中显示出了平坦的带内响应，其宽度足以传输调制电信号SM一种实施例的整个带宽，所述调制电信号SM是用一种数据率高于100Mbit/s的电信息信号SI实施例对载波信号SC进行调制得到的。声耦合器100的频率响应还在通带之外显示出了陡峭的下降特性。
图4A是示出声耦合器100一种实际示例的平面图。图4B和图4C是分别沿图4A中所示剖面线4B-4B和4C-4C的剖视图。在图2与图4A-4C中，采用相同的标号来标记声耦合器100的元件。
在图4A-4C所示声耦合器100的实施例中，构成FACT 105的DSBAR 106和DSBAR 108悬挂在衬底102中限定的共用腔104上方。将DSBAR 106和108悬挂在腔上方使组成DSBAR 106的堆叠FBAR 110、120以及组成DSBAR 108的堆叠FBAR 150、160响应于调制电信号SM进行机械谐振。也可以采用使DSBAR106和108机械共振的其他悬挂方案。例如，DSBAR 106和DSBAR 108可以悬挂在衬底102中限定的相应的腔(未示出)上方。在另一种示例中，可以通过声布拉格反射器(未示出)将DSBAR 106、108与衬底102声隔离，像John D.Larson III等在题为“Cavity-Less Film Bulk Acoustic Resonator(FBAR)Devices”的美国专利申请公开No.20050104690中所述那样，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合。
在图4A-4C所示的示例中，衬底102的材料是单晶硅。由于单晶硅是半导体，并因此不是良好的电绝缘体，所以衬底102通常由单晶硅的基底层101与位于基底层主要表面上的电介质材料绝缘层103组成。绝缘层的示例性材料包括氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、聚酰亚胺、交联聚亚苯基聚合物以及任何其他合适的电绝缘材料。绝缘层103使DSBAR 106、108以及电路140、141与基底层101绝缘。或者，衬底102的材料可以是陶瓷材料，例如具有很高电阻率和击穿电场的氧化铝(Al2O3)。
在图4A-4C所示的示例中，压电材料的压电层117提供了压电元件116和156，压电材料的压电层127提供了压电元件126和166。另外，在图4A-4C所示的示例中，声去耦材料的单一声去耦层131提供了声去耦器130和170，这将在下面参考图5A进行详细说明。
在图4A-4C所示的实施例中，图2所示的输入端26用端子焊盘26A、26B来实现，图2所示输入端28用端子焊盘28来实现。端子焊盘26A、26B和28位于衬底102的主要表面上。图2所示电路140由电迹线(electrical trace)133、173和167组成，电迹线133从端子焊盘26A伸到FBAR 110的电极112，电迹线173从端子焊盘26B延伸到FBAR 150的电极154，电迹线167在端子焊盘26A与26B之间延伸。另外，连接焊盘176、从端子焊盘28延伸到连接焊盘176的电迹线139、以及从连接焊盘176延伸到FBAR 150的电极152的电迹线177共同组成了电路140(见图2)中将FBAR 150的电极152连接到端子焊盘28的那部分。电迹线139、与连接焊盘176电接触的连接焊盘136、以及从连接焊盘136延伸到FBAR 110的电极114的电迹线137共同组成了电路140(见图2)中将FBAR 110的电极114连接到端子焊盘28的那部分。电迹线133、137、173和177都在衬底102的部分主要表面上方延伸。另外，电迹线133、177在部分压电层117下方延伸，电迹线137、173在部分压电层117上方延伸。
输出端32、34是分别用位于衬底102主要表面上的端子焊盘32、34实现的。图2所示电路141由电迹线135、171和175组成，电迹线135从端子焊盘32延伸到FBAR 120的电极124，电迹线171从FBAR 120的电极122延伸到FBAR 160的电极162，电迹线175从端子焊盘34延伸到FBAR 160的电极164。电迹线135、175各自在压电层127、声去耦层131、压电层117和衬底102的部分主要表面上方延伸。电迹线171在声去耦层131部分主要表面上方延伸。
各个输入端26、28与衬底102之间存在基本上相同的电容。输入端26、28各具有一个与衬底102相邻的电极和一个与衬底102分开的电极，这些电极由相应的压电元件连接到所述的输入端。在所示的示例中，输入端26通过压电元件156连接到与衬底相邻的电极112和与衬底分开的电极154，输入端28通过压电元件116连接到与衬底相邻的电极152和与衬底分开的电极114。此外，各个输出端32、34与衬底102之间也存在基本上相同的电容。输出端32、34连接到电极124和164，每个电极都由两个压电元件以及声去耦器与衬底分开。因此，声耦合器100是电平衡的，因此具有高的共模抑制比。
在声电隔离器10(见图1)的某些实施例中，本地振荡器12、调制器14和解调器18是在衬底102中或其上制造的，通常略去端子焊盘26、28、32、34，并使电迹线133、139和173延伸来连接到组成部分调制器14的相应迹线，电迹线135、175延伸来连接到组成部分解调器18的相应迹线。
图5A是图4B中标有5A的部分的放大图，示出声去耦器130的第一实施例。下面对声去耦器130的说明也适用于声去耦器170。因此将不再单独对声去耦器170进行说明。在图5A所示实施例中，声去耦器130由声去耦材料制成的声去耦层131组成。声去耦层131位于FBAR 110和120中的各个电极114与122之间以提供声去耦器130。声去耦层131还位于FBAR 150和160中的各个电极154与162之间以提供声去耦器170。或者，声去耦器130和170也可以由单独的声去耦层(未示出)提供。
声去耦层131的声去耦材料的声阻抗介于空气与FBAR 110、120的材料之间。在声去耦器130是电绝缘性的实施例中，声去耦层131的声去耦材料还具有高电阻率和高的击穿电压。
材料的声阻抗是材料中应力与质点速度之比，以瑞利(缩写为“rayl”)为单位进行测量。FBAR 110、120各自的压电元件116、126的压电材料通常是氮化铝(AlN)，电极112、114、122和124的材料通常是钼(Mo)。FBAR 150、160各自的压电元件156、166的压电材料通常为氮化铝(AlN)，电极152、154、162和164的材料通常是钼(Mo)。AlN的声阻抗通常约为35Mrayl，钼的声阻抗约为63Mrayl。空气的声阻抗约为1krayl。
通常，声去耦层131的声去耦材料与组成FBAR 110、120各自的压电元件116、126的压电材料相比，声阻抗要小大约一个数量级。声耦合器100的通带带宽取决于声去耦层131的声去耦材料与FBAR 110和120的材料之间的声阻抗差异。在FBAR 110、120的材料如上所述的声去耦器100实施例中，声阻抗处于约2Mrayl到约8Mrayl的声去耦材料使得声去耦器具有足以使声电隔离器10(见图1)以高于100Mb/s的数据率工作的通带宽度。
在声电隔离器10(见图1)中，确定输入端22、24与输出端36、38之间击穿电压的主要因素是压电层127的压电材料的击穿电场以及压电层127的厚度。在声耦合器100像通常一样具有绝缘声去耦层131的那些实施例中，击穿电压增大了一定量，这个量取决于声去耦层131的声去耦材料的击穿电场和声去耦层131的厚度。
对于一定的声去耦材料，用厚度大于一倍四分之一波层的层作为声去耦层131的声耦合器100实施例，与用一倍四分之一波层作为声去耦层131的实施例相比，使声去耦器100的击穿电压增大的量通常更大。但是，声去耦层131厚度大于一倍四分之一波层的声耦合器100的实施例通常具有这样的频率响应，即由于这种较厚的声去耦层能够支持多个声模式而表现出杂散响应效果(spurious response artifact)。杂散响应效果往往降低了声耦合器100输出的电输出信号SO的“眼”的张开程度。为了确保声电隔离器10(见图1)输出的恢复电信息信号SR的完整性，对于用厚度大于一倍四分之一波层的层作为声去耦层131的声耦合器100实施例，与用一倍四分之一波层(m＝0)作为声去耦层131的声耦合器100的实施例相比，通常需要在解调器18中使用更复杂类型的时钟和数据恢复电路。声去耦层131是一倍四分之一波层的那些声耦合器100实施例通常以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
声去耦层131通过将用于声去耦材料的前驱体液体旋涂到电极114和154上方来形成。通过旋涂形成的声去耦层通常会由于涂有声去耦材料的表面轮廓而具有不同厚度的区域。在这样的实施例中，声去耦层131的厚度是声去耦层中位于电极114与122之间以及位于电极154与162之间那部分的厚度。
许多材料是电绝缘性的，具有高的击穿电场并具有上述范围内的声阻抗。此外，许多这样的材料可以用于上述厚度范围内的均匀厚度的层中。因此，这样的材料都可能适用于作为声去耦层131的声去耦材料。但是，声去耦材料还必须能够耐受制造操作中的高温，所述制造操作是在已沉积声去耦层131以形成声去耦器130、170之后进行的。在声去耦器100的实际实施例中，在沉积声去耦材料之后，通过溅射来沉积电极122、124、162、164以及压电层127。在这些沉积处理过程中可以达到高达400℃的温度。因此要用在这样的温度下仍保持稳定的材料作为声去耦材料。
与FBAR 110、120、150和160的其他材料相比，通常的声去耦材料具有很高的单位长度声衰减。但是，由于声去耦层131通常小于1μm厚，所以声去耦材料制成的声去耦层131引起的声衰减通常可以忽略。
在一种实施例中，用聚酰亚胺作为声去耦层131的声去耦材料。聚酰亚胺由E.I.Du Pont de Nemours and Company以Kapton的商标出售。在这种实施例中，由通过旋涂而施加的聚酰亚胺构成的声去耦层131提供声去耦器130和声去耦器170。聚酰亚胺具有约4Mrayl的声阻抗和约165kV/mm的击穿电场。
在另一种实施例中，用聚(对二甲苯)作为声去耦层131的声去耦材料。在这种实施例中，由通过真空沉积施加的聚(对二甲苯)构成的声去耦层131提供声去耦器130和声去耦器170。聚(对二甲苯)本领域也称为“聚对二甲苯(Parylene)”。由二聚体前驱体二对二甲苯可以制成聚(对二甲苯)，所述二聚体前驱体二对二甲苯和用于对聚对二甲苯层进行真空沉积的设备从许多供应商处都可以获得。聚对二甲苯具有约2.8Mrayl的声阻抗和约275kV/mm的击穿电场。
在另一种实施例中，用交联聚亚苯基聚合物作为声去耦层131的声去耦材料。这种实施例中，由通过旋涂而施加到电极114的交联聚亚苯基聚合物构成的声去耦层131提供声去耦器130和声去耦器170。交联聚亚苯基聚合物是作为集成电路所用的低介电常数的电介质材料开发的，因此在FBAR 120和160的后续制造期间声去耦材料所经受的高温下仍保持稳定。交联聚亚苯基聚合物具有约2Mrayl的计算声阻抗。这个声阻抗处于使声耦合器100的通带宽度足以用于在超过100Mbit/s的数据率下工作的范围内。
前驱体溶液含有聚合形成相应的交联聚亚苯基聚合物的各种低聚物，这样的前驱体溶液由The Dow Chemical Company，Midland，MI以SiLK的注册商标出售。通过旋涂来施加前驱体溶液。这些前驱体溶液中名为SiLKTMJ的一种还含有附着力促进剂，由这一种前驱体溶液获得的交联聚亚苯基聚合物具有2.1Mrayl，即约2Mrayl的计算声阻抗。这种交联聚亚苯基聚合物具有约400kV/mm的击穿电场。
用于聚合形成交联聚亚苯基聚合物的低聚物由含有双环戊二烯酮(biscyclopentadienone)和芳族乙炔的单体来制备。采用这些单体形成可溶低聚物不需要过度取代。前驱体溶液含有溶解在γ-丁内酯和环己酮溶剂中的指定低聚物。低聚物在前驱体溶液中的百分比决定了前驱体溶液旋涂时的层厚。在涂敷之后，加热蒸发溶剂，然后使低聚物凝固形成交联聚合物。双环戊二烯酮与乙炔在形成新的芳香环的4+2环加成反应中发生反应。进一步凝固得到交联聚亚苯基聚合物。Godschalx等在美国专利No.5,965,679中公开了上述交联聚亚苯基聚合物，该专利通过引用而结合于此。Martin等在Development of Low-Dielectric Constant Polymer for theFabrication of Integrated Circuit Interconnect，12 ADVANCEDMATERIALS，1769(2000)中说明了另外的实施细节，该文章同样通过引用而结合。与聚酰亚胺相比，交联聚亚苯基聚合物的声阻抗较小，声衰减较小，介电常数较低，击穿电场较高。此外，前驱体溶液的旋涂层能够产生厚度在200nm量级的高质量交联聚亚苯基聚合物膜，这个厚度是声去耦层131的典型厚度。
在一种可替换实施例中，声去耦层131中提供了声去耦器130和声去耦器170的声去耦材料是具有比FBAR 110、120、150、160大得多的声阻抗的材料。现在还没有公开过具有这种特性的材料，但是今后可能会得到这种材料，或者今后也可能得到更低声阻抗的FBAR材料。这种高声阻抗声去耦材料的四分之一波层厚度如上所述。
图5B是图4B中标有5A的部分的放大图，示出了声去耦器130的第二实施例。下面对声去耦器130的说明也适用于声去耦器170。因此，将不再对声去耦器170进行单独说明。在图5B所示的实施例中，声去耦器130由位于FBAR 110的电极114与FBAR 120的电极122之间的声布拉格结构161组成。声布拉格结构161包括位于高声阻抗布拉格元件165、167之间的低声阻抗布拉格元件163。压电层127提供的电隔离使布拉格结构161可以包括所有的导电布拉格元件。但是，下述实施例可以增大声耦合器100的击穿电压，该实施例中布拉格结构161的布拉格元件163、165和167中至少其一包括具有高电阻率、低介电系数和高击穿电场的性能的材料层。
每个布拉格元件163、165和167都是四分之一波层。低声阻抗布拉格元件163是低声阻抗材料构成的四分之一波层，而每个高声阻抗布拉格元件165、167都是高声阻抗材料构成的四分之一波层。这些布拉格元件的材料相互之间的声阻抗用“低”和“高”来表征，布拉格元件材料相对于压电元件116和126的压电材料的声阻抗，也用“低”和“高”来表征。通常用共同的四分之一波层材料来提供声去耦器130的布拉格结构161和声去耦器170的布拉格结构(未示出)。
在一种实施例中，低声阻抗布拉格元件163是二氧化硅(SiO2)的四分之一波层，二氧化硅的声阻抗约为13Mrayl，每个高声阻抗布拉格元件165、167分别是与电极114、122相同材料(例如钼)的四分之一波层，钼的声阻抗约为63Mrayl。对高声阻抗布拉格元件165和FBAR 110的电极114采用相同材料使高声阻抗布拉格元件165还可以用作电极114。类似地，对高声阻抗布拉格元件167和FBAR 120的电极122采用相同材料使高声阻抗布拉格元件167还可以用作电极122。
在一种示例中，高声阻抗布拉格元件165、167是钼构成的一倍四分之一波层，低声阻抗布拉格元件163是SiO2构成的一倍四分之一波层。在载波SC频率约为1.9GHz的一种实施例中，钼高声阻抗布拉格元件165、167的厚度约为820nm，SiO2低声阻抗布拉格元件163的厚度约为260nm。
用于低声阻抗布拉格元件163的一种可替换材料是交联聚亚苯基聚合物，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注册商标出售的前驱体溶液制成的交联聚亚苯基聚合物。用于低声阻抗布拉格元件163的可替换材料示例还包括氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO)、钇铝石榴石(YAG)、二氧化钛(TiO2)以及各种玻璃。用于高声阻抗布拉格元件165、167的一种可替换材料是钨(W)。
在刚刚说明的示例中，布拉格元件163、165和167中只有一个是绝缘的，声耦合器100的击穿电压，以及声电隔离器10的击穿电压由压电层127的厚度和压电层127的压电材料的击穿电场、以及低声阻抗布拉格元件163的厚度和低声阻抗布拉格元件163材料的击穿电场来确定。
通过使组成布拉格结构161的所有布拉格元件163、165和167都由电绝缘材料来制造，可以提高声耦合器100的击穿电压。在一种示例性实施例中，每个高声阻抗布拉格元件163和167都是二氧化硅(SiO2)构成的四分之一波层，低声阻抗布拉格元件165是交联聚亚苯基聚合物构成的四分之一波层，例如上述由Dow Chemical Co.以SiLK的注册商标出售的前驱体溶液制成的交联聚亚苯基聚合物。但是，二氧化硅具有约30kV/mm的较低击穿电场，由于典型的交联聚亚苯基聚合物中声速较低，所以由其构成的四分之一波层较薄。另一种布拉格结构161的全绝缘实施例中击穿电压高得多，在该实施例中，每个高声阻抗布拉格元件是氧化铝(Al2O3)构成的四分之一波层，低声阻抗布拉格元件165是二氧化硅构成的四分之一波层。氧化铝具有约44Mrayl的声阻抗以及几百千伏/mm的击穿电场。另外，氧化铝中的声速比在典型的交联聚亚苯基聚合物中高约7倍。与施加到二氧化硅构成的两个四分之一波层和交联聚亚苯基聚合物构成的一个四分之一波层两端相比，将一定电压施加到氧化铝构成的两个四分之一波层和二氧化硅构成的一个四分之一波层两端造成的电场低得多。
用于布拉格元件163、165和167的可替换电绝缘材料示例包括氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO)、钇铝石榴石(YAG)、二氧化钛(TiO2)以及各种玻璃。上述示例是基本上以声阻抗的降序列出的。如果用具有较低声阻抗的材料作为低声阻抗布拉格层163的材料，则可以用这些示例中的任意示例作为高声阻抗布拉格层165、167的材料。
对于其中高声阻抗布拉格元件165、167与低声阻抗布拉格元件163之间的声阻抗差较小这样的声去耦器130实施例，布拉格结构161可以由多于一个(n)低声阻抗布拉格元件与相应数目个(n+1)高声阻抗布拉格元件交错组成。例如，布拉格结构161可以由两个低声阻抗布拉格元件与3个高声阻抗布拉格元件交错组成。虽然任何一个布拉格元件都不必是电绝缘的，但是如果布拉格元件中有一个或多个是电绝缘的，则得到的击穿电压更高。
某些电隔离器需要在其输入端子与输出端子之间具有高于1千伏的击穿电压。在上面参考图2所述的声耦合器100中，在输入端26、28与输出端32、34之间提供的电隔离可能不足以使声电隔离器10(图1)满足这样的击穿电压要求，所述电隔离是由压电元件126、166提供的，在某些情况下声去耦器130、170也提供电隔离。
下面将对根据本发明的声耦合器另外的实施例进行说明。这些实施例包括电隔离FACT，所述电隔离FACT中每个DSBAR都是绝缘去耦堆叠声体波谐振器(IDSBAR)，所述IDSBAR具有一个或多个声谐振电绝缘***于组成IDSBAR的薄膜声体波谐振器(FBAR)之间。除了由上述压电元件120、160以及在某些情况下还由声去耦器130、170提供的电绝缘之外，所述的一个或多个声谐振电绝缘体也在输入端26、28与输出端32、34之间提供电绝缘。因此，这些声耦合器实施例具有比上面参考图2所述的声耦合器100更高的击穿电压。
图6是示出根据本发明第二实施例的声耦合器200一种示例的示意图。图7A是声耦合器200实际示例的俯视图，图7B和图7C分别是沿图7A中所示剖面线7B-7B和7C-7C的剖视图。在图6与图7A-7C中，采用相同的标号来标记声耦合器200的元件。
声耦合器200包括输入端26和28、输出端32和34和电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)205。FACT 205由第一绝缘去耦堆叠声体波谐振器(IDSBAR)206、第二IDSBAR 208、电路140和电路141组成，电路140对IDSBAR 206和IDSBAR 208进行互连，还将IDSBAR 206、208连接到输入端26、28，电路141对IDSBAR 206和IDSBAR 208进行互连，还将IDSBAR 206、208连接到输出端32、34。在电隔离FACT 205中，IDSBAR 206与IDSBAR 208各自是根据第一IDSBAR实施例的IDSBAR。根据第一IDSBAR实施例的IDSBAR的最简形式具有依次位于组成它的FBAR之间的第一声去耦器、四分之一波声谐振电绝缘体和第二声去耦器。声谐振电绝缘体提供了额外的电绝缘性能而并未削弱从输入端26、28声耦合到输出端32、34的调制电信号SM的传输完整性。根据第一IDSBAR实施例的IDSBAR 206使声耦合器200具有比上面参考图2所述的声耦合器100的其他类似实施例更高的击穿电压。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器200将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器200有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差。
在声耦合器200中，FACT 205包括根据第一IDSBAR实施例的各个IDSBAR 206和IDSBAR 208。IDSBAR 206和IDSBAR 208各具有依次位于其FBAR之间的第一声去耦器、四分之一波声谐振电绝缘体和第二声去耦器。
在图6和图7A-7C所示声耦合器200的示例中，IDSBAR 206包括下部薄膜声体波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部FBAR120、依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的第一声去耦器130、四分之一波声谐振电绝缘体216和第二声去耦器230。IDSBAR 208包括下部FBAR 150、堆叠在FBAR 150上的上部FBAR 160、依次位于下部FBAR 150和上部FBAR 160之间的第一声去耦器170、四分之一波声谐振电绝缘体256和第二声去耦器270。IDSBAR 206和IDSBAR 208的其他实施例各自在各个FBAR之间交错包括两个或更多个(n)声谐振电绝缘体和相应数目(n+1)的声去耦器。
这里将不再对上面参考图2和图4A-4C说明的FBAR 110、120、150和160、第一声去耦器130和170、电路140和141以及衬底102进行说明。上面对声去耦器130、170进行的说明也适用于声去耦器230、270。因此，将不对声去耦器230、270进行单独说明。可以用上面参考图5A和图5B说明的声去耦器130的示例性实施例来提供各个声去耦器130、170、230和270。可以用声去耦材料构成的一个或多个共同的四分之一波层提供第一声去耦器130和第一声去耦器170。在图7A-7C所示的示例中，声去耦材料构成的声去耦层131提供第一声去耦器130、170。另外，也可以用一个或多个共同的四分之一波层材料提供声去耦器230和声去耦器270。在图7A-7C所示的示例中，声去耦材料构成的声去耦层131提供了第一声去耦器130、170。另外，可以用声去耦材料构成的一个或多个共同的四分之一波层来提供第二声去耦器230和第二声去耦器270。在图7A-7C所示的示例中，声去耦材料构成的声去耦层231提供了第二声去耦器230、270。或者，也可以单独提供各个声去耦器130、170、230和270。
现在将对四分之一波声谐振电绝缘体216进行说明。下面的说明也适用于四分之一波声谐振电绝缘体256，所以将不再对四分之一波声谐振电绝缘体256进行单独说明。声谐振电绝缘体216是由电绝缘材料构成的四分之一波层。用一倍四分之一波层作为声谐振电绝缘体216的那些声耦合器200实施例通常会以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
声谐振电绝缘体216将FBAR 110产生的声信号传输到FBAR 120，但是使FBAR 120与FBAR 110电绝缘。另外，压电元件126也如上所述使FBAR 120与FBAR 110电绝缘。此外，声去耦器130、230通常是电绝缘性的，因此在FBAR 110与FBAR 120之间提供另外的电绝缘。因此，声耦合器200有效地将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，而将输出端32、34与输入端26、28电隔离开来。
声谐振电绝缘体216的电绝缘材料通常是电介质或压电材料，并且其标称声阻抗与FBAR 110、120的声阻抗匹配。例如，声谐振电绝缘体216的材料与FBAR 110、120各自的压电元件116、126的材料相同。在声谐振电绝缘体216与压电元件116、126材料不同的实施例中，声阻抗的差异基本上小于一个数量级。在一种示例中，这些声阻抗之比小于2。在一种实施例中声谐振电绝缘体216的材料与压电元件116、126的材料不同，该实施例中声谐振电绝缘体216的材料例如是电介质。适用于声谐振电绝缘体216的电介质材料包括氧化铝(Al2O3)和非压电(例如陶瓷)氮化铝(AlN)。
尽管声谐振电绝缘体216最好是一倍四分之一波层，但是在声谐振电绝缘体216的典型压电材料和电介质材料中，声速与在压电元件126、166中可以相比。因此，以例如一倍四分之一波层的氮化铝作为声谐振电绝缘体216，其厚度与压电元件126的厚度大约相等。结果，输入端26、28与输出端32、34之间一定的电压施加在声谐振电绝缘体216和压电元件126的这种实施例两端时，与施加在图2所示声耦合器100中的单独的压电元件126两端时相比，产生的电场更小。因此，声耦合器200通常具有比图2所示声耦合器100更高的击穿电压。
在声耦合器200中，第一声去耦器130对FBAR 110产生的声信号到声谐振电绝缘体216的耦合进行控制，第二声去耦器230对声信号从声谐振电绝缘体216到FBAR 120的耦合进行控制。声耦合器130、230共同限定了声耦合器200的带宽。具体地说，由于第一声去耦器130一方面与FBAR 110之间的声阻抗基本上不匹配，另一方面与声谐振电绝缘体216之间的声阻抗基本上不匹配，所以与通过FBAR 110与声谐振电绝缘体216之间的直接接触进行耦合相比，声去耦器130更少将声信号从FBAR110耦合到声谐振电绝缘体216。与之类似，由于声去耦器230一方面与声谐振电绝缘体216之间的声阻抗基本上不匹配，另一方面与FBAR 120之间的声阻抗基本上不匹配，所以与通过声谐振电绝缘体216与FBAR120之间的直接接触进行耦合相比，声去耦器230更少将声信号从声谐振电绝缘体216耦合到FBAR 120。与上面参考图2所述的、每个DSBAR都具有一个声去耦器130的声耦合器100相比，声耦合器200的带宽多少要窄一些。
可以用电绝缘材料构成的共同的四分之一波层来提供声谐振电绝缘体216和声谐振电绝缘体256。在图7A-7C所示的示例中，电绝缘材料的四分之一波层217提供了声谐振电绝缘体216和256。或者，也可以单独提供声谐振电绝缘体216和256。
图8是示出根据本发明第三实施例的声耦合器300一种示例的示意图。图9A是示出声耦合器300实际示例的俯视图，图9B和图9C分别是沿图9A中所示剖面线9B-9B和9C-9C的剖视图。在图8与图9A-9C中，采用相同的标号来标记声耦合器300的元件。
声耦合器300包括输入端26和28、输出端32和34以及电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)305。FACT 305由第一绝缘去耦堆叠声体波谐振器(IDSBAR)306、第二IDSBAR 308、电路140和电路141组成，电路140对IDSBAR 306和IDSBAR 308进行互连，还将IDSBAR 306、308连接到输入端26、28，电路141对IDSBAR 306和IDSBAR 308进行互连，还将IDSBAR 306、308连接到输出端32、34。在电隔离FACT 305中，IDSBAR 306与IDSBAR 308各自是根据第二IDSBAR实施例的IDSBAR。根据第二IDSBAR实施例的IDSBAR的最简形式具有依次位于组成它的FBAR之间的第一半波声谐振电绝缘体、声去耦器和第二半波声谐振电绝缘体。半波声谐振电绝缘体提供了额外的电绝缘性能而并未削弱从输入端26、28声耦合到输出端32、34的调制电信号SM的传输完整性。根据第二IDSBAR实施例的IDSBAR 306使声耦合器300具有比上面参考图6所述的声耦合器200和上面参考图2所述的声耦合器100的其他类似实施例高得多的击穿电压。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器300将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器300有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差。
在声耦合器300中，FACT 305包括根据第二IDSBAR实施例的各个绝缘去耦堆叠声体波谐振器(IDSBAR)306和IDSBAR 308。IDSBAR306和IDSBAR 308各自具有依次位于其FBAR之间的第一半波声谐振电绝缘体、声去耦器和第二半波声谐振电绝缘体。半波声谐振电绝缘体的数目有两个，并且厚度是上面参考图6和图7A-7C所述的声谐振电绝缘体216、256的两倍，因此，总共提供的电隔离性能是声谐振电绝缘体216或声谐振电绝缘体256的大约四倍。结果，与上面参考图2所述的声耦合器100和上面参考图6所述的声耦合器200的其他类似实施例相比，声耦合器300的实施例在输入端26、28与输出端32、34之间具有更高的击穿电压。
在图8和图9A-9C所示声耦合器300的示例中，IDSBAR 306包括下部薄膜声体波谐振器(FBAR)110、堆叠在FBAR 110上的上部FBAR120、以及依次位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之间的第一半波声谐振电绝缘体316、声去耦器130和第二半波声谐振电绝缘体326。IDSBAR308包括下部FBAR 150、堆叠在FBAR 150上的上部FBAR 160、以及依次位于下部FBAR 150和上部FBAR 160之间的第一半波声谐振电绝缘体356、声去耦器170和第二半波声谐振电绝缘体366。IDSBAR 306和IDSBAR 308的其他实施例在各个FBAR之间交错包括偶数个(2n)半波声谐振电绝缘体和相应数目(2n-1)的声去耦器。
这里将不再对上面参考图2和图4A-4C说明的FBAR 110、120、150和160、声去耦器130和170、电路140和141以及衬底102进行说明。可以用上面参考图5A和图5B说明的声去耦器130的示例性实施例来提供各个声去耦器130、170。可以用一个或多个共同的四分之一波层材料提供声去耦器130和声去耦器170。在图9A-9C所示的示例中，声去耦材料构成的声去耦层131提供了声去耦器130、170。或者，也可以单独提供各个声去耦器130、170。
现在将对半波声谐振电绝缘体316进行说明。下面的说明也适用于半波声谐振电绝缘体326、356和366。所以将不再对声谐振电绝缘体326、356和366进行单独说明。声谐振电绝缘体316是由电绝缘材料构成的半波层，该材料的标称声阻抗与FBAR 110、120的声阻抗匹配。用一倍半波层作为半波声谐振电绝缘体316的那些实施例通常会以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。
在声耦合器300的中心频率处，半波声谐振电绝缘体316和半波声谐振电绝缘体326是透声的。半波声谐振电绝缘体316将FBAR 110产生的声信号耦合到声去耦器130，半波声谐振电绝缘体326将声去耦器130传输的声信号耦合到FBAR 120。因此，IDSBAR 306具有与上面参考图2和图4A-4C说明的DSBAR 106类似的传输特性。另外，半波声谐振电绝缘体316、326使FBAR 120与FBAR 110电绝缘。压电元件126以及通常的声去耦器130也如上所述提供另外的电绝缘。IDSBAR 308也具有类似的特性。因此，声耦合器300有效地将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，而将输出端32、34与输入端26、28电隔离开来。
上面参考图6和图7A-7C所述的、适用于四分之一波声谐振电绝缘体216的材料，也适合用作半波声谐振电绝缘体316、326、356和366。因此将不再对半波声谐振电绝缘体316、326、356和366的材料进行进一步的说明。
半波声谐振电绝缘体316的厚度是压电元件126的两倍，并且有两个半波声谐振电绝缘体316、326将FBAR 120与FBAR 110隔开。结果，输入端26、28与输出端32、34之间一定的电压施加在半波声谐振电绝缘体316和326、声去耦器130以及压电元件126的两端时，与施加在上面参考图2所述声耦合器100的实施例中声去耦器130和压电元件126两端时相比，产生的电场小得多。因此，声耦合器300通常具有比声耦合器100大得多的击穿电压。
可以用电绝缘材料构成的共同的半波层来提供半波声谐振电绝缘体316和半波声谐振电绝缘体356，并用电绝缘材料构成的共同的半波层来提供半波声谐振电绝缘体326和半波声谐振电绝缘体366。在图9A-9C所示的示例中，电绝缘材料的半波层317提供了半波声谐振电绝缘体316和356，电绝缘材料的半波层327提供了半波声谐振电绝缘体326和366。或者，也可以单独提供声谐振电绝缘体316、326、356和366。
图10是示出根据本发明第四实施例的声耦合器400一种示例的示意图。图11A是示出声耦合器400实际示例的俯视图，图11B和图11C分别是沿图11A中剖面线11B-11B和11C-11C的剖视图。在图10与图11A-11C中，采用相同的标号来标记声耦合器400的元件。声耦合器400提供了比上面参考图2和图4A-4C所述的声耦合器100更高的击穿电压，而不带另外的绝缘层。
声耦合器400包括输入端26和28、输出端32和34、以及电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)405。在声耦合器400中，FACT 405包括第一去耦堆叠声体波谐振器(DSBAR)106、第二DSBAR 108、电路440和电路141，电路440对DSBAR 106和DSBAR 108进行互连，还将DSBAR106、108连接到输入端26、28，电路141对DSBAR 106和DSBAR 108进行互连，还将DSBAR 106、108连接到输出端32、34。在电隔离FACT405中，电路440使DSBAR 106、108串联连接。这样将DSBAR 106、108各自的两个薄膜声体波谐振器(FBAR)中的压电元件串联在输入端26、28与输出端32、34之间，其中压电元件提供电隔离。因此，对于一定的压电材料和压电材料厚度，以及对于一定的声去耦器结构和材料，声耦合器400具有与上面参考图6所述的声耦合器200近似的击穿电压，但是更便于制造，因为组成其的层数更少。组成声耦合器400的层数与上面参考图2所述的声耦合器100相同，但是声耦合器100的击穿电压更低。
在用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16时，声耦合器400将调制电信号SM从输入端26、28声耦合到输出端32、34，同时在输入端26、28与输出端32、34之间提供电隔离。因此，声耦合器400有效地将输出端子36、38与输入端子22、24电隔离开来，并使输出端子与输入端子在电压方面可以具有高达其额定击穿电压的电压差。
上面已经参考图2和图4A-4C对DSBAR 106、108和衬底102进行了说明。电路440将DSBAR 106的FBAR 110与DSBAR 108的FBAR 150串联在输入端26、28之间，电路141将DSBAR 106的FBAR 120与DSBAR 108的FBAR 160串联在输出端32、34之间。具体地说，在电路440中，输入端26连接到FBAR 110的电极112，FBAR 110的电极114连接到FBAR 150的电极154，FBAR 150的电极152连接到输入端28。此外，在电路141中，输出端32连接到FBAR 120的电极124，FBAR 120的电极122连接到FBAR 160的电极162，FBAR 160的电极164连接到输出端34。上述电路440、141的结构分别将输入端26、28连接到电极112、152，并将输出端32、34分别连接到电极124、164。连接到输出端32、34的电极124、164通过压电元件116和156、声去耦器130和170、以及压电元件126和166而与连接到输入端26、28的电极112、152物理上分隔开来。至少压电元件116、156和压电元件126、166是电绝缘性的。通常，声去耦器130、170也是电绝缘性的。因此，对于类似的材料和层厚，声去耦器400具有与上面参考图6和图7A-7C所述的声去耦器200近似的击穿电压，但是由于具有较少的层而更便于制造。
在图11A-11C所示的声耦合器400实际示例中，图10所示输入端26、28是用位于衬底102主要表面上的端子焊盘26、28来实现的。图10所示电路440包括电迹线133、177和173，电迹线133从端子焊盘26延伸到FBAR 110的电极112，电迹线177从FBAR 110的电极114延伸到FBAR 150的电极154，电迹线173从FBAR 150的电极152延伸到端子焊盘28。电迹线133、173在衬底102的部分主要表面上方和部分压电层117下方延伸。电迹线177在压电层117的部分主要表面上方延伸。
输出端32、34是用位于衬底102主要表面上的端子焊盘32、34来实现的。图11A-11C所示示例中电路141的实施例已经在上面参考图4A-4C进行了说明。
在声电隔离器10的某些实施例中，调制器14与电隔离声耦合器16是在同一衬底102中或其上制造的。在这些实施例中，通常略去端子焊盘26、28，并使电迹线133、173延伸来连接到组成部分调制器14的相应迹线。另外或者可替换地，解调器18与电隔离声耦合器16在同一衬底102中或其上制造。在这些实施例中，通常略去端子焊盘32、34，并使电迹线135、175延伸来连接到组成部分解调器18的相应迹线。
在声电隔离器10(见图1)的某些实施例中，用上面参考图2、图6和图8所述的声耦合器中任意一种作为电隔离声耦合器16，在这样的实施例中，调制器14以单端调制电信号SM来驱动声耦合器的输入端26、28。但是，在声电隔离器10的某些实施例中，声耦合器400用作电隔离声耦合器16且调制器14具有对声耦合器400的输入端26、28进行差分驱动的差分输出电路，这样的实施例可以以最佳的信号完整性将调制电信号SM从输入端26、28耦合到输出端32、34。差分输出电路是本领域公知的，因此将不在此处加以说明。
声耦合器400还可以在图1所示声电隔离器10的某些实施例中用作电隔离声耦合器16，在这些实施例中，通过把与上面参考图2所述的FACT105类似的额外的薄膜声耦合变换器(FACT)***输入端26、28与FACT 405之间，而使调制器14具有单端输出。额外的FACT将调制器14的单端输出转换为适于驱动FACT 405的差分信号。
图12A是示出根据本发明第五实施例的声耦合器500示例的示意图，其中，在输入端26、28与FACT 405之间***额外的FACT 505。声耦合器500可以用作图1所示声电隔离器10中的电隔离声耦合器16。
上面参考图2和图4A-4C对FACT 105进行的说明也适用于FACT505，只是用于指示后者元件的标号用5代替1作为其第一位数字。例如，FACT 505的FBAR 510相应于上面参考图2所述FACT 105的FBAR110。在图12A所示的FACT 505实施例中，都与上面参考图2进行的说明一样，电路540将FBAR 510、550以反并联方式连接并连接到输入端26、28，电路541将FBAR 520、560串联。反并联的FBAR 510、550可以通过具有单端输出的调制器14实施例来驱动。串联的FBAR 520、560产生适于对FACT 405的串联FBAR 110、150进行驱动的差分输出信号。FACT 505的电路541连接到FACT 405的电路440，从而将FACT 505的串联FBAR 520、560分别连接到FACT 405的串联FBAR 110、160。
FACT 505和FACT 405可以彼此独立地在单独的衬底上制造。这样独立制造的FACT 505和FACT 405看上去分别与图4A-4C中所示FACT 105和图11A-11C中所示FACT 405类似。采用独立制造的方式时，通过在FACT 505的端子焊盘32、34(见图4A)与FACT 405的端子焊盘26、28(见图11A)之间建立电连接(未示出)，而将FACT 505的电路541连接到FACT 405的电路440。FACT 505的端子焊盘26A、26B和28(见图4A)提供了声耦合器500的输入端26、28，FACT 405的端子焊盘32、34(见图11A)提供了声耦合器500的输出端32、34。可以使用引线键合、倒装芯片连接或其他适用的连接工艺来在FACT 505的电路541与FACT405的电路440之间建立电连接。
或者，FACT 505和FACT 405也可以制造在同一衬底上。在这样的实施例中，FACT 505的电路541可以如上所述电连接到FACT 405的电路440。不过，通过将通到FACT 405的电连接反转，可以对这种共用衬底的实施例结构进行简化，因此FACT 405的电路141连接到FACT 505的电路541，FACT 405的电路440连接到输出端32、34。图12B是示出根据本发明第五实施例的声耦合器500实施例一种示例的示意图，其中FACT405、505制造在同一衬底上。图13是示出声耦合器500这样一种实施例的实际示例的俯视图。FACT 450的剖视图示于图11A和图11B中，FACT505的剖视图示于图4B和图4C中。
在图12B和图13所示的示例中，FACT 405和FACT 505制造为悬挂在共用衬底102中限定的共用腔104上方，并具有共同的金属层、共同的压电层117和127、以及共同的声去耦层131，在所述共同的金属层中限定了FACT 405和FACT 505的电极和电迹线，所述共同的压电层117和127提供了它们的压电元件，所述共同的声去耦层131提供了它们的声去耦器。或者，FACT 405和FACT 505可以制造成悬挂在共用衬底中限定的各自的腔(未示出)上方，并具有共同的金属层、压电层和声去耦层。又或者，FACT 405和FACT 505可以制造成悬挂在共用衬底中限定的各自的腔(未示出)上方，并具有各自的金属层、压电层和声去耦层。
如上所述，将通到FACT 405的电连接反转来简化FACT 505与FACT405之间的电连接。与上面参考图10和图11A-11C所述的示例相比，这样会使FACT 405中的声信号流方向反转。因此，FACT 405中的声信号流方向与FACT 505中相反。在图12B和图13所示的示例中，FACT 405中的串联FBAR 120、160接收分别来自FACT 505中FBAR 520、560的差分电信号，并响应于其而产生声信号，所述声信号由各个声去耦器130、170分别耦合到串联FBAR 110、150。FBAR 110、150响应于声信号而产生差分电输出信号SO。在FACT 505中采用反转的信号流时，通过电迹线135与电迹线535之间的电连接以及电迹线175与电迹线575之间的电连接，将FACT 405的电路141电连接到FACT 505的电路541。电迹线535、135在压电层127的主要表面上方从FACT 505的电极524延伸到FACT405的电极124，电迹线575、175在压电层127的主要表面上方从FACT505的电极564延伸到FACT 405的电极164。连接到FACT 505各个电极512、552的端子焊盘26A、26B和端子焊盘28提供了声耦合器500的输入端26、28，连接到FACT 405各个电极112、152的端子焊盘32、34提供了声耦合器500的输出端32、34。
或者，也可以在同一衬底上制造FACT 405和FACT 505而不反转FACT 405中声信号的方向。在此情况下，电迹线535、575将FACT 505的各个电极524、564连接到FACT 405的各个电极112、152，连接到FACT 405各个电极124、164的端子焊盘32、34提供了声耦合器500的输出端32、34。
通过晶片级制造，一次制造几千个与声电隔离器10相似的声电隔离器。这种晶片级制造使声电隔离器制造便宜。对晶片进行选择性的刻蚀，以在晶片上将要制造各个声电隔离器的电隔离器声耦合器16的位置处限定腔。用牺牲材料(sacrificial material)填充腔并将晶片表面平面化。用传统的半导体制造工艺，在晶片表面中和表面上制造要在晶片上制造的各个声电隔离器的本地振荡器12、调制器14和解调器18。然后用保护层覆盖制造出的电路元件。用于保护层的示例性材料是氮化铝和氮化硅。
此后通过对下列层依次进行沉积和图案化来制造上面参考图4A-4C所述的声耦合器100、上面参考图11A-11C所述的声耦合器400或上面参考图13所述的声耦合器500的实施例：电极材料的第一层、压电材料的第一层、电极材料的第二层、声去耦材料层或声布拉格结构层、电极材料的第三层、压电材料的第二层和电极材料的第四层。这些层形成了各个声耦合器的FACT以及电路。电路还将FACT连接到调制器14和解调器18上的暴露连接点。
上面参考图7A-7C所述的声耦合器200的实施例也如上所述进行制造，但是在对组成额外的声去耦器的一个或多个层进行沉积和图案化之后，对电绝缘材料构成的四分之一波层和组成该声去耦器的一个或多个层进行沉积和图案化。上面参考图9A-9C所述的声耦合器300的实施例也如上所述进行制造，但是在对组成声去耦器的一个或多个层进行沉积和图案化之前和之后，分别对电绝缘材料构成的第一半波层进行沉积和图案化，以及对电绝缘材料构成的第二半波层进行沉积和图案化。
在制造声耦合器之后，除去牺牲材料，使组成其的各个FACT悬挂在其相应的腔上方。位置119处所示的操作孔使得可以对牺牲材料进行操作以便将其除去。然后从制造出的电路元件除去保护材料。之后将衬底划分为一个个与声电隔离器10相似的声电隔离器。美国专利申请公开No.20050093655中更详细地说明了可用于制造FACT的示例性工艺，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合，可以采用该工艺来制造上述声电隔离器的FACT。
或者，声耦合器100、200、300、400或500可以在不同于其上制造了本地振荡器12、调制器14和解调器18的晶片的晶片上制造。在此情况下，可以用晶片键合工艺连接各个晶片来制造声电隔离器，以形成与下述结构类似的结构，所述结构是John D.Larson III等参考美国专利申请公开No.20050093659的图8A-8E说明的，该申请转让给了本发明的受让人并通过引用而结合。
在再一种可替换形式中，本地振荡器12、调制器14和声耦合器100、200、300、400或500在一个晶片上制造，相应的解调器18在另一晶片上制造。然后像刚说明的那样将这些晶片键合在一起以形成声电隔离器。或者，在一个晶片上制造本地振荡器12和调制器14，并在另一晶片上制造声耦合器100、200、300、400或500以及解调器18。然后像刚说明的那样将这些晶片键合在一起以形成声电隔离器。
在适用于本申请的另一种可替换形式中，规定声电隔离器在输入端子22、24与输出端子36、38之间具有大的击穿电压，则在半导体晶片中以及晶片上制造多个输入电路和多个输出电路，每个输入电路都包括本地振荡器12的实例和调制器14的实例，每个输出电路都包括解调器18的实例。然后将晶片单个化成为一个个半导体芯片，每个芯片都实现了一个输入电路或一个输出电路。将每个声电隔离器的电隔离声耦合器16制造成悬挂在陶瓷晶片中限定的腔的上方，所述晶片具有位于其主要表面上的导电迹线。对于在晶片上制造的每个声电隔离器，将实现了输入电路的一个半导体芯片和实现了输出电路的一个半导体芯片安装在与导电迹线电接触的陶瓷晶片上。例如，可以通过球焊(ball bonding)或倒装芯片焊接(flip-chip bonding)将半导体芯片安装在陶瓷晶片上。带有所安装的半导体芯片的陶瓷晶片也可以用在上述双晶片结构中。
在以约1.9GHz的载波频率工作的声电隔离器10一种示例性实施例中，电极112、114、122、124、152、154、162和164的材料是钼。每个电极都具有约300nm的厚度，形状为五边形，面积约为12,000μm2。不同的面积给出不同的特征阻抗。如Larson III等在转让给本发明的受让人并通过引用而结合的美国专利No.6,215,375中所说明那样，电极的边不平行使FBAR 110、120、150和160中的横模(lateral mode)最小化。对限定了电极112、114、122、124、152、154、162和164的金属层进行图案化，使得在平行于晶片主要表面的各个平面中，FBAR 110的电极112和114具有同样的形状、尺寸、方向和位置，FBAR 120的电极122和124具有同样的形状、尺寸、方向和位置，FBAR 150的电极152和154具有同样的形状、尺寸、方向和位置，FBAR 160的电极162和164具有同样的形状、尺寸、方向和位置。通常，电极114和122也具有相同的形状、尺寸、方向和位置，电极154和162具有相同的形状、尺寸、方向和位置。可替换的电极材料包括例如钨、铌和钛之类的金属。电极可以具有多层结构。
压电元件116、126、156和166的材料是氮化铝。每个压电元件的厚度约为1.4μm。可替换的压电材料包括氧化锌、硫化镉和极化铁电材料，所述极化铁电材料例如钙钛矿铁电材料，包括锆钛酸铅(PZT)、偏铌酸铅以及钛酸钡。
如上所述，组成图5A所示声去耦器130实施例的声去耦层131的声去耦材料是聚酰亚胺、聚对二甲苯或交联聚亚苯基聚合物。聚酰亚胺的一倍四分之一波层约为100nm厚，而交联聚亚苯基聚合物的一倍四分之一波层约为190nm厚。如上所述，可以用三倍、五倍或更多倍四分之一波层作为声去耦层131。
在上面参考图7A-7C说明的声耦合器200的实施例中，声谐振电绝缘体216、256的材料是氮化铝。每个声谐振电绝缘体具有约1.4μm的厚度。可替换的材料包括氧化铝(Al2O3)和非压电氮化铝。如上所述，组成图7A所示声去耦器230实施例的声去耦层231的声去耦材料是聚酰亚胺、聚对二甲苯或交联聚亚苯基聚合物。
在上面参考图9A-9C说明的声耦合器300的实施例中，半波声谐振电绝缘体316、326、356和366的材料是氮化铝。每个半波声谐振电绝缘体具有约2.8μm的厚度。可替换的材料包括氧化铝(Al2O3)和非压电氮化铝。
在声电隔离器10的上述示例中，输入端26、28连接到FBAR 110、120，输出端32、34连接到FBAR 120、160。在其他实施例中，如上所述使声信号的流动方向反转，将输出端32、34连接到FBAR 110、150，并将输入端26、28连接到FBAR 120、160。
图14是示出根据本发明一种实施例用于对信息信号进行电隔离的方法180一种示例的流程图。在方框182，提供电隔离声耦合器。电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器(FACT)。在方框183，提供载波信号。在方框184，用信息信号调制载波信号以形成调制电信号。在方框185，经过电隔离声耦合器对调制电信号进行声耦合。在方框186，从经过声耦合器进行了声耦合的调制电信号恢复信息信号。
本公开采用示例性实施例对本发明进行了详细说明。但是，由权利要求限定的本发明并不限于所述的精确实施方式。

Claims (15)

1.一种声电隔离器，包括：
载波信号源；
调制器，所述调制器被连接以接收信息信号和所述载波信号；
解调器；和
连接在所述调制器与所述解调器之间的电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器，
其中，所述薄膜声耦合变换器包括：
第一去耦堆叠声体波谐振器和第二去耦堆叠声体波谐振器，所述这些去耦堆叠声体波谐振器各包括第一薄膜声体波谐振器、第二薄膜声体波谐振器以及位于所述第一薄膜声体波谐振器与第二薄膜声体波谐振器之间的声去耦器；以及
对所述那些去耦堆叠声体波谐振器的第一薄膜声体波谐振器进行互连的第一电路；和
对所述那些去耦堆叠声体波谐振器的第二薄膜声体波谐振器进行互连的第二电路，
其中：
所述第一电路还将所述那些第一薄膜声体波谐振器连接到所述调制器；
所述第二电路还将所述那些第二薄膜声体波谐振器连接到所述解调器。
2.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中：
所述第一电路将所述那些第一薄膜声体波谐振器以反并联方式连接；
所述第二电路将所述那些第二薄膜声体波谐振器串联连接。
3.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中：
所述第一电路将所述那些第一薄膜声体波谐振器串联连接；
所述第二电路将所述那些第二薄膜声体波谐振器串联连接。
4.根据权利要求3所述的声电隔离器，其中：
所述调制器具有连接到所述第一电路的差分输出；
所述解调器具有连接到所述第二电路的差分输入。
5.根据权利要求3所述的声电隔离器，其中：
所述薄膜声耦合变换器是第一薄膜声耦合变换器；
所述调制器具有单端输出；并且
所述电隔离器还包括***所述调制器与所述声耦合器之间的第二薄膜声耦合变换器，所述第二薄膜声耦合变换器包括第一去耦堆叠声体波谐振器和第二去耦堆叠声体波谐振器，每个去耦堆叠声体波谐振器包括第一薄膜声体波谐振器和第二薄膜声体波谐振器，所述第二薄膜声耦合变换器的第一去耦堆叠声体波谐振器和第二去耦堆叠声体波谐振器二者的第一薄膜声体波谐振器以反并联方式连接并连接到所述调制器的输出端，所述第二薄膜声耦合变换器的第一去耦堆叠声体波谐振器和第二去耦堆叠声体波谐振器二者的第二薄膜声体波谐振器串联连接并连接到所述第一电路。
6.根据权利要求3所述的声电隔离器，其中：
每个所述薄膜声体波谐振器包括成对的相反电极以及所述电极之间的压电元件；
所述第一电路连接到所述那些第一薄膜声体波谐振器中位于所述声去耦器远端的电极；
所述第二电路连接到所述那些第二薄膜声体波谐振器中位于所述声去耦器远端的电极。
7.根据权利要求1所述的声电隔离器，其中，每个所述去耦堆叠声体波谐振器还包括声谐振电绝缘体。
8.根据权利要求7所述的声电隔离器，其中，所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料的层，所述层与所述薄膜声体波谐振器的声阻抗相差小于一个数量级。
9.根据权利要求7所述的声电隔离器，其中，所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料的层，所述层与所述薄膜声体波谐振器的声阻抗匹配。
10.根据权利要求7所述的声电隔离器，其中：
每个所述去耦堆叠声体波谐振器还在所述那些薄膜声体波谐振器之间包括另外的声去耦器；并且
所述声谐振电绝缘体包括电绝缘材料构成的四分之一波层，所述层位于所述声去耦器与所述另外的声去耦器之间。
11.根据权利要求7所述的声电隔离器，其中：
所述声谐振电绝缘体是第一半波声谐振电绝缘体；
每个所述去耦堆叠声体波谐振器还包括第二半波声谐振电绝缘体；并且
所述声去耦器位于所述第一半波声谐振电绝缘体与所述第二半波声谐振电绝缘体之间。
12.根据权利要求11所述的声电隔离器，其中，每个所述半波声谐振电绝缘体都包括电绝缘材料构成的半波层。
13.一种对信息信号进行电隔离的方法，所述方法包括下列步骤：
提供电隔离声耦合器，所述电隔离声耦合器包括电隔离薄膜声耦合变换器；
提供载波信号；
用所述信息信号对所述载波进行调制以形成调制电信号；
经过所述电隔离声耦合器对所述调制电信号进行声耦合；以及
从经过所述电隔离声耦合器声耦合的所述调制电信号恢复所述信息信号，
其中，所述薄膜声耦合变换器包括第一去耦堆叠声体波谐振器和第二去耦堆叠声体波谐振器，所述这些去耦堆叠声体波谐振器各包括第一薄膜声体波谐振器、第二薄膜声体波谐振器和位于所述这些薄膜声体波谐振器之间的声去耦器，
每个薄膜声耦合变换器包括与所述声去耦器相邻的第一平面电极、远离所述声去耦器的第二电极以及所述这些电极之间的压电元件；
所述耦合的步骤包括：
向所述那些第一薄膜声体波谐振器的第一电极施加所述调制电信号，和
从所述那些第二薄膜声体波谐振器的第一电极接收所述调制电信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述耦合的步骤包括：
将所述调制电信号转换为声信号；
经过电绝缘体传输所述声信号；和
将所述声信号转换回调制电信号。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，每个所述去耦堆叠声体波谐振器还在所述那些薄膜声体波谐振器之间包括声谐振电绝缘体。
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