CN1929304A - 谐振型滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种谐振型滤波器。滤波器的低频侧衰减量由于因安装的高密度化而产生的连接单元的高电阻化而劣化。在具有串臂和并臂的谐振型滤波器中，在串臂连接的谐振器的至少一个上并联地连接谐振器。这时，将并联的谐振器的谐振频率设定为与并臂连接的谐振器的谐振频率大致相同。

Description

谐振型滤波器

技术领域

本发明涉及谐振型滤波器，涉及在用于分离在移动电话等的通信装置中使用的GHz带的高频发送信号或接收信号的滤波器装置中使用时合适的谐振型滤波器。

背景技术

近几年，移动电话不仅具有简单的通话功能而且具有高速数据通信功能渐渐成为必须。因此，实现通信的高频部分的面积/体积的小型化的要求变得严格。在高频部分中的用于分离通信所必需的信号的滤波器部分也和高频部分的小型化一样，渐渐要求小型、高性能的特性。

作为用于实现在移动通信中所要求的高性能的滤波器的手段，组合了在下面的专利文献1中披露的串臂谐振器和并臂谐振器的所谓的谐振型滤波器被较多使用。在该专利文献1中作为实现谐振器的手段披露了在压电性基板上形成帘状电极、激发表面弹性波的表面弹性波谐振器。然而，在专利文献1中披露的谐振型滤波器中使用的谐振器不限于表面弹性波谐振器。例如，在下面的非专利文献1中介绍了通过使压电性薄膜在下部电极上堆积后在其上面堆积上部电极来激发压电性薄膜在膜厚方向上的纵向振动以作为谐振器的FBAR(薄膜体声波谐振器，Filmed Bulk Acoustic Resonator)谐振器的实用例。

另一方面，作为通过在谐振型滤波器中在谐振器上并联某个高频电路元件来改善滤波器特性的公知手段，披露了下面的技术。

在专利文献2中，披露了通过在串臂谐振器上并列地并联静电电容来控制串联谐振频率和并联谐振频率的间隔，以提高频率特性的技术。

并且，在专利文献3中披露了通过在串臂谐振器上并列地并联静电电容、根据静电电容的温度特性来补偿谐振器的温度特性的技术。

并且，在专利文献4中披露了通过在串臂谐振器上并联电感来控制串联谐振频率和并联谐振频率的间隔，以提高频率特性的技术。

并且，作为改善表面弹性谐振器的滤波特性的技术，知道有专利文献5和专利文献6。

专利文献5通过将串联的弹性波谐振器和并联的弹性波谐振器的复合谐振器的谐振频率和反谐振频率维持为规定的关系来改善低频侧的减推量恶化。

专利文献6涉及在具有规定谐振频率的并臂的弹性波谐振器和具有反谐振频率的串臂的弹性波谐振器中设置有在串臂的弹性波谐振器上串联的阻抗和并联的阻抗的滤波器。

[专利文献1]特开平11-195957号公报

[专利文献2]特开平2001-345675号公报

[专利文献3]特开平2001-44790号公报

[专利文献4]特开平2004-242281号公报

[专利文献5]特开平2003-347896号公报

[专利文献6]特开平2002-223147号公报

[非专利文献1]ELECTRONICS LETTERS 5月13日卷35第10期794-795页

在上述的表面弹性波谐振器、FBAR谐振器的任一谐振器中，如果在压电振动体的上部不确保中空空间，则振动衰减，因此滤波芯片被容纳在由陶瓷等的材料构成的封装中，通过封装实现必要的电气连接。作为滤波芯片与外部电路的连接方法，适时使用引线接合法、倒装式接合法、穿过封装的通孔等，为了连接单元的电阻变小，接线等被尽可能地变短、增加根数地使用。并且，通孔被尽可能地增大孔径、增多孔数地使用。

谐振型滤波器作为实现移动通信中所必要的频率选择特性的设备其应用正在扩大，然而如上所述小型化的要求也很严格。如果小型化容纳滤波芯片的封装，则作为与外部电路的连接手段的引线接合、封装的通孔等就难以无视材料所具有的电阻成分。尤其是在并臂谐振器的阻抗不限于串联谐振频率、利用接近于0在通频带的低频侧形成衰减频带的谐振型滤波器中，与外部电路的连接单元的高电阻化作为低频侧衰减频带的衰减量的劣化而显露出来。

美国的PCS规格、第三代移动电话W-CDMA规格等，世界上被采用的多数移动电话系统中，与发送频带的频率相比，接收频带的频率被设定在低频侧。在这种系统中为了分离来自移动终端的发送信号和从基站飞来的微弱的接收信号，发送频带的衰减量大约50dB左右、接收频带的通过损失为数dB的接收滤波器成为必要。

在谐振型滤波器设计了上述接收滤波器的情况下，作为滤波芯片虽然满足了要求性能然而当容纳在小型的封装中、通过高电阻的连接单元与外部电路相连接的时候存在着发送频带衰减量劣化的问题。

该倾向在利用了今后将推进实用化的SiP(系统级封装，System inPackage)、SoC(系统级芯片，System on Chip)等的技术的被动能动统一设备中，有可能进一步成为严重的问题。

下面，利用图12至图15对于小型化了封装的情况下滤波器特性劣化的问题进行说明。

图12为示出了现有技术的谐振型滤波器的等价电路的图。图13为示出了大型的封装和小型封装的结构的对比的图。图14为表示串臂谐振器和并臂谐振器的频率特性的表格。图15为示出了对于大型封装和小型封装的滤波特性的劣化的表格。

如上所述，在现有技术中存在着小型化封装、高电阻化与外部电路的连接单元、滤波特性劣化的问题。

图12例如是专利文献1中描述的谐振型滤波器的等价电路，明确地示出了与外部电路的连接单元3的电阻成分。

在该谐振型滤波器中，串臂谐振器1的并联谐振频率与通频带相比在高频侧形成衰减域，并臂谐振器2的串联谐振频率在通频带的低频侧形成衰减极。图14为示出了串臂、并臂、各自的谐振器的阻抗的虚部的频率特性的图。阻抗的虚部，如图14中所示在串联谐振频率上为0，然而由于并臂的阻抗串联有谐振器的阻抗和连接单元3的阻抗，即使谐振器的阻抗的虚部为0、由连接单元的电阻而引起的阻抗的实部在串联谐振频率上也会残留。如已描述的那样，由于在并臂谐振器的串联谐振频率上形成低频侧的衰减频带，残留的电阻成分大，衰减频带的衰减量比理想状态劣化。

在图13中，模式地示出了承载滤波芯片的封装的大小与外部连接端子(输入输出端子S、接地端子G)以及通孔V的关系。比较如图13(a)所示的封装相对较大的情况和如图13(b)所示的封装相对较小的情况，根据制造上的物理制约与输入输出端子S相对应的接地端子G对于封装大的情况下为6个、在封装小的情况下减少为4个。并且，通孔V的数目也从7个减为4个，与此同时通孔V的直径也不得不变小。

这些封装小型化引起的变化，从电气的角度看，对应于在图12中图示的连接单元的电阻成分3等价地变大。由于存在于并臂谐振器和接地电位之间的电阻成分变大导致低频侧的衰减量的劣化，由封装小型化引起的滤波特性劣化变成图15的实线(封装大的情况)和虚线(封装小的情况)所示的样子。

这样在现有技术的谐振型滤波器的结构中，不能避开由连接单元的高电阻化所引起的滤波特性的劣化，安装越密集滤波器的低频侧衰减量的劣化就越严重。

上述专利文献2至专利文献6，均没有披露针对伴随封装的小型化低频侧衰减量的特性劣化的改善的内容。

发明内容

本发明提出了改善由于伴随这些封装的安装的连接单元的高电阻化而产生的衰减频带的衰减量劣化的方法，在利用了表面弹性波谐振器、利用纵波振动的FBAR谐振器等的谐振器的谐振型滤波器中可广泛应用。

本发明的谐振型滤波器中，通过在具有专利文献1中记载的串臂谐振器和并臂谐振器的谐振型滤波器中的至少一个的串臂谐振器上并联地追加衰减频带衰减量改善用的谐振器，从而改善由于伴随封装的安装的连接单元的高电阻化而产生的衰减频带的衰减量劣化。通过将在串臂上并联地追加的谐振器的串联谐振频率和并臂的谐振器的串联谐振频率设定为大致相同，并联有2个谐振器的串臂的合成导纳由于2个谐振器的相互作用，除了在追加谐振器之前存在的导纳＝0的频率，在其他频率上产生导纳＝0的频率。在串臂的合成电路中导纳＝0的频率产生2个，即表示由串臂的谐振器(2个谐振器被并联)产生2个衰减极。如专利文献1记载的那样，在谐振型滤波器中，串臂谐振器的并联谐振频率(导纳＝0)上形成通频带的宽频侧的衰减频带，在并臂谐振器的串联谐振频率(导纳＝0)上形成通频带的低频侧衰减域。在串臂上追加的谐振器而新产生的导纳＝0的频率由于产生于并臂谐振器的串联谐振频率(导纳＝0)附近，因此由串臂产生的第二衰减极产生于通频带的低频侧的衰减频带中。此处，由于新产生的第二衰减极自串臂的谐振器产生，因此如发明将要解决的课题所述，不受由于封装的小型化而引起的同外部电路的连接单元的高电阻化的影响。

如上面说明的那样，本发明的谐振型滤波器由于不受同外部电路的连接单元的影响的串臂谐振器的功能，可确保低频侧衰减频带的衰减量。这样，即便封装小型化、采用SiP、SoC等的第二代安装形态时，也可实现必要的衰减特性。

根据本发明，可以改善由于伴随封装的安装的连接单元的高电阻化而产生的衰减频带的衰减量劣化，在利用了表面弹性波谐振器、利用纵波振动的FBAR谐振器等的谐振器的谐振型滤波器中可被广泛应用。

附图说明

图1为示出了本发明的谐振型滤波器的等价电路的图。

图2为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的阻抗的虚部的频率特性的图表。

图3为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的导纳的频率特性的图表。

图4为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的合成导纳的频率特性的图表。

图5为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的通过特性的图表。

图6为表示在串臂谐振器上并联了电感的情况下的通频特性的图表。

图7为示出了本发明的谐振型滤波器的频率特性的改善例的图表。

图8为示出了表面弹性波谐振器的情况下的模型例的图。

图9为在并联地追加的串臂的谐振器6上、进一步串联地追加了电感的情况下的等价图。

图10为利用了本发明的谐振型滤波器的分波器的构成图。

图11为利用了本发明的谐振型滤波器的前端组件的构成图。

图12为示出了现有技术的谐振型滤波器的等价电路的图。

图13为示出了对比大型的封装和小型封装的结构的图。

图14为表示串臂谐振器和并臂谐振器的频率特性的表格。

图15为示出了对于大型封装和小型封装的滤波特性的劣化的表格。

具体实施方式

下面，使用图1至图11说明本发明的各个实施方式。

[实施例1]

下面，使用图1至图6说明本发明的第一实施方式。

本发明为了改善由于安装的高密度化而引起的连接单元的高电阻化所导致的滤波特性的劣化，在串臂谐振器的至少一个上并联新的谐振器。在下面，针对通过在串联谐振器上追加并联谐振器可改善低频侧衰减量的情形，在示出表示具体的频率特性的图表的同时进行详细说明。

图1为示出了本发明的谐振型滤波器的等价电路的图。图2为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的阻抗的虚部的频率特性的图表。图3为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的阻抗的频率特性的图表。图4为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的合成导纳的频率特性的图表。图5为表示构成本发明的谐振型滤波器的串臂谐振器的通过特性的图表。图6为表示在串臂谐振器上并联了电感的情况下的通过特性的图表。图7为示出了本发明的谐振型滤波器的频率特性的改善例的图表。

图1中所示的例子显示了在构成现有技术的谐振型滤波器的一个串臂谐振器上并联地连接了谐振器的情况下的等价电路。如图1中所示，在串臂的谐振器1上并联地连接有谐振器6，在并臂上连接有谐振器2，通过由与外部电路的连接单元而产生的电阻3接地。并且，图2是为了说明并联地连接了谐振器的效果而图示了图1的虚线中所示的2个谐振器的阻抗的频率特性的图。串臂的谐振器具有与图10和图12中所示内容相同的频率特性。根据串臂谐振器上并联的谐振器的阻抗特性，非常明显地，并联的谐振器的串联谐振频率被设定成与图12所示的并臂连接的谐振器大致相同。

由谐振器6和谐振器1组成的合成电路通过谐振器6和谐振器1的相互作用，在比谐振器6具有的谐振频率稍高的频率fc上导纳变为0，即产生衰减极。在本发明中通过在并臂的谐振器的串联谐振频率附近设定上述频率fc来提高衰减特性。

因此，希望图1的谐振器6和谐振器2的谐振频率在衰减频带频率宽度(例如，在PCS系统中60MHz)的范围内一致。该条件如果被满足，则在并臂谐振器的串联谐振频率上所形成的衰减频带特性通过追加谐振器6而被改善就是显而易见的了。

为了理解由图1的虚线内所示的2个谐振器构成的电路的动作，有必要计算合成电路的导纳，因此基于图2的阻抗的频率特性，计算了各个谐振器的导纳特性的情形为图3。根据图3可知，在点化线表示的频率fc上各个谐振器的导纳的正分量和负分量相等。由于合成电路的导纳可用各个谐振器的导纳的和来计算，在fc上合成电路的导纳变为0。实际的合成导纳的计算结果变为如图4所示的情形。

众所周知，在现有技术的谐振型滤波器中也在为了形成通频域的高频侧的衰减频带而利用的频率fa的导纳0的频率以外，还在频率fc产生新的导纳0的频率。将由图1的虚线内所示的2个谐振器构成的串臂电路的通频特性根据图4的导纳特性进行计算则得到图5那样的特性。图5的通频特性示出了：通过在串臂谐振器上并联谐振器，从串臂的电路不仅形成通频带的高频侧的衰减极，而且在通过域的低频侧也形成衰减极。由于这些衰减极均由串臂谐振器(2个谐振器被并联)而引起，与在谐振型滤波器的等价电路中所示的连接单元3的高电阻化无关，即便在高密度安装中也可形成不劣化的低频侧衰减频带。

如上所示，由于串臂谐振器的并联化而形成新的衰减极在并联了谐振器的情况中是特有的现象，如在专利文献2和专利文献3中记载的那样，在并联了静电电容的情况下，只要现存的串臂谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率的间隔变化，新的衰减极就不会形成。并且，如在专利文献4中记载的那样，在并联电感的情况下，可使合成导纳产生新的0点，然而由于电感的单一频率特性、合成电路的通频特性不得不变为图6所示的那样。

根据图6可知，将在并联的电感中产生2个衰减极作为条件，则fa同原来的谐振器的fa相比、大幅度地向高频率侧移动，原来谐振器具有的陡峭性被损坏、没有实用的意义。

如上面说明的那样，通过在串臂的谐振器1上并联地连接谐振器6(图1)，则可通过由串臂引起的衰减极来增强因为同外部电路的连接单元的高电阻化而导致的劣化的通频带的低频侧衰减频带(由图7的实线图示)。

[实施例2]

下面，利用图8对本发明的第二实施方式进行说明。

图8为示出了表面弹性波谐振器的情况下的模型例的图。

本实施方式例示了在表面弹性波滤波器中具体地并联了2个谐振器的情况。表面弹性波谐振器的情况下，通过在由IDT7和反射器8构成的谐振器上将由IDT9和反射器10构成的反射器如图8(a)那样配置，可并联串臂的谐振器。并且，如图8(b)那样通过将配置在IDT7和IDT9中间的反射器一体化、变成反射器11那样，可将由并联到串臂的谐振器上的谐振器所引起的芯片面积的增大限于最小限度。

[实施例3]

下面，利用图9对本发明的第三实施方式进行说明。

图9为在并联地追加的串臂的谐振器6上、进一步串联地追加了电感的情况下的等价图。

本实施方式为说明在FBAR(薄膜体声波谐振器)、SMR(固态粘着谐振器)等的BAW(体声波谐振器)中应用本发明的结构时的具体例。

在表面弹性波谐振器的情况下，谐振频率可在IDT的基本周期内任意设定，然而由于BAW的情况的谐振频率有必要利用压电薄膜的膜厚进行控制，过分追求自由度则制造工序的工时增加、花费变高。本实施方式提出了解决该问题点的方法。如已说明的那样，通过将并联到串臂谐振器上的谐振器的谐振频率设定为与并臂谐振器的谐振频率大致相同可改善通频域的低频侧衰减量，然而从设计论的角度，有时希望在谐振频率的设定上有自由度。在该情况下，如图13所示那样，通过在并联到串臂上的谐振器6上导入串联的电感12，可微调由谐振器6的追加而产生的衰减极的频率。这样，用于实现滤波特性的膜厚的种类不增加、可提高设计自由度。

[实施例4]

下面，使用图10对本发明的第四实施方式进行说明。

图10为利用了本发明的谐振型滤波器的分波器的构成图。

如上面说明的那样根据本发明的构成，改善了在现有技术中成为问题的由于安装的小型化引起的性能劣化的高频滤波器的实现成为可能。这些高频滤波器例如如图10中图示的构成那样，通过适用于由发送滤波器、接收滤波器和相位电路组成的分波器，可实现高性能的分波器。

[实施例5]

下面，使用图11对本发明的第四实施方式进行说明。

图11为利用了本发明的谐振型滤波器的前端组件的构成图。

本发明的谐振型的高频滤波器可适用于例如如图11中图示的构成那样的组合多个频带的接收滤波器和开关电路形成的高频前端组件(FEM)，成为用于实现高性能FEM的要素技术。

根据本发明的构成可实现能够小型安装的谐振型滤波器。这些内置滤波器的分波器、前端组件、RF模块以及无线系统的性能得到提高。

Claims (8)

1.一种谐振型滤波器，其特征在于：

具有串臂谐振部分和并臂谐振部分，上述串臂谐振部分并联有不同的2个谐振器，上述串臂谐振部分一方的谐振频率与上述并臂谐振部分的谐振器的谐振频率大致相等。

2.根据权利要求1的谐振型滤波器，其特征在于：

在上述并臂谐振部分与接地电位间的连接上使用引线接合或通孔。

3.根据权利要求1的谐振型滤波器，其特征在于：

谐振器由表面弹性波元件构成。

4.根据权利要求1的谐振型滤波器，其特征在于：

谐振器由BAW元件构成。

5.根据权利要求3的谐振型滤波器，其特征在于：

上述串臂的并联的双方的谐振器的反射器成为一体。

6.根据权利要求4的谐振型滤波器，其特征在于：

在上述串臂的并联的谐振器的一方上串联有电感。

7.一种使用谐振型滤波器的分波器，其特征在于：

上述谐振型滤波器具有串臂谐振部分和并臂谐振部分，上述串臂谐振部分并联有不同的2个谐振器，上述串臂谐振部分的一方的谐振频率与上述并臂谐振部分的谐振器的谐振频率大致相等。

8.一种使用谐振型滤波器的前端组件，其特征在于：

上述谐振型滤波器具有串臂谐振部分和并臂谐振部分，上述串臂谐振部分并联有不同的2个谐振器，上述串臂谐振部分的一方的谐振频率与上述并臂谐振部分的谐振器的谐振频率大致相等。

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