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Die Erfindung betrifft eine mit akustischen Volumenwellen arbeitende Schaltung, insbesondere einen Bandpass.
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Aus der Druckschrift
US 5,910,756 sind mit akustischen Volumenwellen arbeitende Filter – Stacked Crystal Filter – mit übereinander gestapelten Dünnschichtresonatoren (FBAR = Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator) bekannt. Aus
12 dieser Schrift ist eine Schaltung bekannt, die zwei symmetrische elektrische Tore aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere mit akustischen Wellen arbeitende Schaltung anzugeben, die zu einem symmetrisch/symmetrischen oder unsymmetrisch/symmetrischen Betrieb sowie zur Realisierung weiterer Funktionalitäten geeignet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist durch eine Schaltung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft eine mit akustischen Volumenwellen arbeitende Schaltung mit mindestens zwei elektroakustischen Systemen, die jeweils in einem Zweig angeordnet sind. Jedes elektroakustische System weist mindestens zwei im jeweiligen Zweig hintereinander geschaltete Resonatoren auf, die mittels eines dazwischen angeordneten Koppelsystems galvanisch voneinander getrennt und akustisch miteinander gekoppelt sind.
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Dabei sind zwei verschiedene elektroakustischen Systeme in voneinander unterschiedlichen Zweigen angeordnet. Die elektroakustische Systeme sind über ihre Koppelsysteme elektroakustisch miteinander gekoppelt. Unter einer elektroakustischen Kopplung versteht man eine akustische und/oder elektrische Kopplung.
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Die elektroakustische Kopplung zwischen zwei elektroakustischen Systemen mittels ihrer Koppelsysteme wird im Folgenden einfach als Kopplung bezeichnet.
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Ein mit Volumenwellen arbeitender Resonator – vorzugsweise ein Dünnschichtresonator, oder FBAR (Thin Film Balk Acoustic Wave Resonator) – umfasst eine zwischen zwei Elektroden angeordnete piezoelektrische Schicht. Jeder Resonator wird durch seine Resonanz- und Antiresonanzfrequenz charakterisiert. Resonatoren können jeweils dazu beitragen, dass in der Übertragungsfunktion der Schaltung Polstellen erscheinen. Zwei gekoppelte Resonatoren erzeugen eine zusätzliche Polstelle.
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Die Kopplung zwischen verschiedenen Zweigen einer Schaltung kann daher zum Erzeugen von zusätzlichen Polstellen ausgenutzt werden, wodurch z. B. die Unterdrückung in einem Sperrband der Schaltung erhöht werden kann.
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Durch die galvanische Entkopplung der ein- und ausgangsseitig angeordneten Resonatoren gelingt es, die Schaltung im balanced/balanced oder unbalanced/balanced Modus zu betreiben. In einer Variante gelingt es, durch die Kopplung von zwei als symmetrische Signalpfade ausgebildeten Zweigen und die Einstellung der Phasen in den z. B. derselben Seite zugeordneten Resonatoren eine differenzbildende Schaltung zu realisieren. Die Phasen der in verschiedenen Pfaden anzuregenden akustischen Wellen können z. B. durch eine entsprechende, unten näher erläuterte Verschaltung der in den verschiedenen Signalpfaden angeordneten Resonatoren eingestellt werden.
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Die Schaltung ist zwischen zwei elektrischen Toren mit zwei Anschlüssen geschaltet, wobei mindestens eines der Tore symmetrisch betrieben wird. Zwischen den ersten Anschlüssen der beiden Tore ist ein erster Signalpfad angeordnet. Zwischen den zweiten Anschlüssen der beiden Tore ist ein zweiter Signalpfad angeordnet. Es kann mindestens ein Querzweig (Parallelzweig) vorgesehen sein, der zwischen den beiden Anschlüssen des ersten (bzw. des zweiten) Tores angeordnet ist.
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In einer Variante entspricht der erste Zweig dem ersten Signalpfad und der zweite Zweig dem zweiten Signalpfad. Das erste elektroakustische System ist dann im ersten Signalpfad und das zweite elektroakustische System im zweiten Signalpfad angeordnet. In diesem Fall wird ein in der Schaltung eingangsseitig angeordneter Resonator als erster Resonator des jeweiligen elektroakustischen Systems bezeichnet. Ein in der Schaltung ausgangsseitig angeordneter Resonator wird als zweiter Resonator des jeweiligen elektroakustischen Systems bezeichnet.
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Verschiedene elektroakustische Systeme können auch in verschiedenen, zwischen dem ersten und dem zweiten Signalpfad angeordneten Parallelzweigen angeordnet sein. Dabei entspricht der erste Zweig einem – den ersten und den zweiten Signalpfad verbindenden – ersten Querzweig und der zweite Zweig einem parallel zum ersten Querzweig geschalteten zweiten Querzweig.
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Möglich ist es auch, ein erstes elektroakustisches System in einem Signalpfad, z. B. im ersten Signalpfad bzw. im ersten Zweig und ein an dieses gekoppeltes zweites elektroakustisches System im Parallelzweig anzuordnen. Vorzugsweise ist in den beiden Signalpfaden (bzw. Zweigen) jeweils ein elektroakustisches System angeordnet, das über sein Koppelsystem an das Koppelsystem eines weiteren, im Parallelzweig angeordneten elektroakustischen Systems akustisch und/oder elektrisch gekoppelt ist.
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Die Schaltung ist in einer vorteilhaften Variante, bei einer entsprechenden, unten beschriebenen Verschaltung der Resonatoren zu einer Impedanzwandlung – z. B. um den Faktor 4 – zwischen an die Schaltung angeschlossenen elektrischen Toren geeignet.
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In einer Variante können die in verschiedenen Zweigen angeordneten ersten Resonatoren eine Serienschaltung bilden, die an das erste Tor angeschlossen ist. Die in verschiedenen Zweigen angeordneten zweiten Resonatoren bilden dabei vorzugsweise eine Parallelschaltung, die an das zweite Tor angeschlossen ist. Die zweiten Resonatoren können alternativ eine Serienschaltung bilden.
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In einer weiteren Variante können die in verschiedenen Zweigen angeordneten ersten Resonatoren eine Parallelschaltung bilden, die an das erste Tor angeschlossen ist. Die in verschiedenen Zweigen angeordneten zweiten Resonatoren bilden dabei vorzugsweise eine Serienschaltung, die an das zweite Tor angeschlossen ist. Die zweiten Resonatoren können alternativ eine Parallelschaltung bilden.
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Bei mehr als nur zwei miteinander verkoppelten Zweigen ist es möglich, einen Teil der ersten (bzw. den zweiten) Resonatoren in Serie und die restlichen ersten (bzw. den zweiten) Resonatoren parallel zu schalten.
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Das erste und das zweite Koppelsystem können galvanisch – d. h. direkt vorzugsweise über eine floatende Metallfläche – miteinander gekoppelt sein, wobei ein z. B. im ersten Signalpfad übertragenes elektroakustisches Signal über eine elektrische Verbindung in den zweiten Signalpfad eingekoppelt wird. Das eingekoppelte Signal kann sich (konstruktiv oder destruktiv) mit dem im zweiten Signalpfad übertragenen Signal überlagern. Auch eine Induktive Kopplung von Koppelsystemen über eine Induktivität ist möglich.
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Auch eine kapazitive Kopplung des ersten und des zweiten Koppelsystems anstelle der durchgehenden floatenden Metallfläche ist möglich. Es ist grundsätzlich möglich, verschiedene Kopplungen (kapazitiv, induktiv, galvanisch, akustisch) miteinander zu kombinieren. Ferner ist eine elektromagnetische Kopplung der Koppelsysteme z. B. durch einen Übertrager (beispielsweise elektromagnetisch gekoppelte Spulen, die jeweils gegen Masse geschaltet sind) möglich.
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Bei Kopplung von (derselben Seite der Schaltung zugeordneten) Resonatoren ist eine akustische, galvanische, kapazitive oder kapazitive Kopplung möglich.
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Die akustische Kopplung kann zwischen übereinander angeordneten Resonatoren in vertikaler Richtung stattfinden. Die akustische Kopplung kann auch über laterale akustische Moden zwischen nebeneinander angeordneten Resonatoren in lateraler Richtung erfolgen.
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Eine elektrische Verbindung z. B. zwischen den Koppelsystemen oder zwischen den ersten (bzw. den zweiten) Resonatoren verschiedener elektroakustischer Systeme kann floatend sein.
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Die floatende elektrische Verbindung stellt vorzugsweise eine Metallfläche dar, die gegen die mit den Toren elektrisch leitend verbundenen Elektroden der Resonatoren elektrisch isoliert ist.
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Das erste und das zweite Koppelsystem und/oder z. B. zwei erste Resonatoren können auch über eine an ein erstes Bezugspotential angeschlossene elektrische Verbindung elektrisch miteinander verbunden sein. In einer Variante ist der zweite Anschluss des ersten Tores elektrisch mit dem ersten Bezugspotential verbunden.
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In einer Variante ist der zweite Resonator des ersten elektroakustischen Systems zwischen dem ersten Anschluss des zweiten Tores und einem zweiten Bezugspotential angeordnet. Vorzugsweise ist dabei der zweite Resonator des zweiten elektroakustischen Systems zwischen dem zweiten Anschluss des zweiten Tores und einem dritten Bezugspotential angeordnet.
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In einer vorteilhaften Variante sind der erste Resonator, das erste Koppelsystem und der zweite Resonator des ersten elektroakustischen Systems übereinander in einem ersten Resonatorstapel angeordnet. Vorzugsweise sind dabei der erste Resonator, das zweite Koppelsystem und der zweite Resonator des zweiten elektroakustischen Systems übereinander im einem zweiten Resonatorstapel angeordnet. In einer Variante sind die beiden Resonatorstapel elektrisch miteinander verbunden.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante weist das erste (bzw. das zweite) Koppelsystem zwei über eine vorzugsweise gegenüber dem Rest der Schaltung, insbesondere den Anschlüssen der elektrischen Tore floatende elektrische Verbindung elektrisch miteinander verbundene Teilstrukturen auf. Der erste Resonator des ersten (bzw. des zweiten) elektroakustischen Systems und die erste Teilstruktur des ersten (bzw. des zweiten) Koppelsystems sind übereinander angeordnet und bilden einen ersten Resonatorstapel. Der zweite Resonator des ersten (bzw. des zweiten) elektroakustischen Systems und die zweite Teilstruktur des ersten (bzw. des zweiten) Koppelsystems sind übereinander angeordnet und bilden einen zweiten Resonatorstapel.
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Die eingangsseitigen (bzw. ausgangsseitigen) Resonatoren können seriell, antiseriell, parallel oder antiparallel verschaltet sein.
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Die Resonatoren sind seriell verschaltet, wenn sie elektrisch hintereinander und akustisch im Gleichtakt geschaltet sind. Dabei wird der elektroakustische Impuls in den beiden hintereinander geschalteten, vorzugsweise in verschiedenen Stapeln angeordneten Resonatoren in gleicher Richtung angeregt. Die Resonatoren sind antiseriell verschaltet, wenn sie elektrisch hintereinander und akustisch im Gegentakt geschaltet sind. Dabei sind die – in den beiden hintereinander geschalteten, vorzugsweise in verschiedenen Stapeln angeordneten Resonatoren – angeregten Impulse gegenläufig.
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Die Resonatoren sind parallel verschaltet, wenn sie elektrisch parallel und akustisch im Gleichtakt geschaltet sind. Die Resonatoren sind antiparallel verschaltet, wenn sie elektrisch parallel sind und akustisch im Gegentakt geschaltet sind.
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Bei einer Gleichtaktverschaltung, d. h. bei serieller oder paralleler Verschaltung von zwei Resonatoren werden die Wellen in den beiden Resonatoren bezogen auf eine Richtung in gleicher Phase angeregt. Bei einer Gegentaktverschaltung, d. h. bei antiserieller oder antiparalleler Verschaltung werden die Wellen in den beiden Resonatoren bezogen auf eine Richtung in Gegenphase angeregt.
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Vorzugsweise wird ein- und ausgangsseitig entweder eine Gleichtaktverschaltung oder eine Gegentaktverschaltung verwendet. Dabei ist es möglich, das Eingangstor und das Ausgangstor symmetrisch zu betreiben. Ein Balun mit dem unsymmetrisch betriebenen Ein- oder Ausgang ist auch möglich. Möglich ist es auch, beide Tore unsymmetrisch zu betreiben.
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In einer Variante ist es auch möglich, eingangsseitig eine Gleichtaktverschaltung und ausgangsseitig eine Gegentaktverschaltung zu verwenden. Damit wird (bei auf Masse gelegter elektrischer Verbindung der in Reihe geschalteten Eingangsresonatoren) ausgangsseitig eine zur Differenzspannung ΔU = U1 – U2 der Eingangsspannungen U1 und U2 proportionale Spannung gebildet, wobei die Spannung U1 an den ersten eingangsseitigen Anschluss und die Spannung U2 an den zweiten eingangsseitigen Anschluss angelegt wird.
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Mit einer seriellen oder antiseriellen Verschaltung am Eingang und einer parallelen oder antiparallelen Verschaltung am Ausgang gelingt es, eine Impedanztransformation zu erzielen, bei der die Ausgangsimpedanz Zout ein Viertel der Eingangsimpedanz Zin beträgt. Insbesondere gelingt es, mit dieser Verschaltung eine Impedanzwandlung von 200 Ohm auf 50 Ohm zu realisieren.
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Mit einer parallelen oder antiparallelen Verschaltung am Eingang und einer seriellen oder antiseriellen Verschaltung am Ausgang gelingt es, eine Impedanztransformation zu erzielen, bei der die Ausgangsimpedanz Zout ein Vierfaches der Eingangsimpedanz Zin beträgt. Insbesondere gelingt es, mit dieser Verschaltung eine Impedanzwandlung von 50 Ohm auf 200 Ohm zu realisieren.
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Der Eingang und der Ausgang sind in allen Varianten miteinander im Prinzip vertauschbar. Werden anstelle von zwei Signalpfaden drei oder mehr verwendet, so können durch geeignete Verschaltung auch andere Transformationsverhältnisse erzielt werden. Der Transformationsfaktor kann auch durch die Einstellung der Fläche von Resonatorelektroden der Ein- oder Ausgangsseite fein angepasst werden. Beispielsweise kann durch die größere Elektrodenfläche bei Resonatoren der Ein- oder Ausgangsseite der Transformationsfaktor der Resonatoranordnung z. B. bis Faktor 2 (zusätzlich zu dem durch die Verschaltung definierten Transformationverhältnis) verringert bzw. vergrößert werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
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1A das Ersatzschaltbild eines bekannten elektroakustischen Systems mit zwei akustisch und elektrisch miteinander gekoppelten Resonatoren
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1B im Querschnitt das System gemäß 1A
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2A das Ersatzschaltbild eines bekannten elektroakustischen Systems mit zwei akustisch miteinander gekoppelten und galvanisch voneinander getrennten Resonatoren
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2B im Querschnitt das System gemäß 2A
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3 das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit zwei elektrisch miteinander gekoppelten elektroakustischen Systemen
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4A das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit zwei akustisch und elektrisch gekoppelten elektroakustischen Systemen, die jeweils einen Resonatorstapel bilden
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4B im Querschnitt das Bauelement gemäß 4A
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5A das Ersatzschaltbild eines Bauelements, bei dem ein Koppelsystem zwei in verschiedenen Resonatorstapeln angeordnete, elektrisch miteinander verbundene Teile aufweist
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5B im Querschnitt das Bauelement gemäß 5A
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5C, 5D, 5E die Draufsicht auf verschiedene Metallisierungsebenen des in 5B gezeigten Bauelements
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6, 7 jeweils das Ersatzschaltbild eines weiteren Bauelements mit zwei akustisch und elektrisch gekoppelten elektroakustischen Systemen, die jeweils einen Resonatorstapel bilden
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8 zwei zu verkoppelnde elektroakustische Systeme mit Anschlüssen
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9 drei zu verkoppelnde elektroakustische Systeme mit Anschlüssen
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10 vier zu verkoppelnde elektroakustische Systeme mit Anschlüssen
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11 Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gleichtaktverschaltung und Impedanztransformation
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12A, 12B jeweils eine Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gleichtaktserienverschaltung von Resonatoren
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13A Resonatoranordnung mit eingangsseitiger Gleichtaktverschaltung, ausgangsseitiger Gegentaktverschaltung und Impedanztransformation
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13B Resonatoranordnung mit eingangsseitiger Gleichtaktserienverschaltung und ausgangsseitiger Gegentaktserienverschaltung
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14 Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gleichtaktparallelverschaltung von Resonatoren
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15 Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gleichtaktverschaltung und Impedanztransformation
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16 Resonatoranordnung mit eingangsseitiger Gleichtaktverschaltung, ausgangsseitiger Gegentaktverschaltung und Impedanztransformation
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17 Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gegentaktserienverschaltung von Resonatoren
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18 Resonatoranordnung mit ein- und ausgangsseitiger Gegentaktverschaltung und Impedanztransformation
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19 Resonatoranordnung mit eingangsseitiger Gegentaktserienverschaltung und ausgangsseitiger Gleichtaktserienverschaltung
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20 Resonatoranordnung mit eingangsseitiger Gegentaktserienverschaltung, ausgangsseitiger Gleichtaktparallelverschaltung und Impedanztransformation
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21A im Querschnitt einen mit geführten akustischen Wellen arbeitenden Resonatorstapel
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21B die Draufsicht auf einen elektroakustischen Wandler
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22 ausschnittsweise im Querschnitt ein mit GBAW arbeitendes Bauelement mit in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordneten Resonatorstapeln
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23 ausschnittsweise im Querschnitt einen mit GBAW arbeitenden Resonatorstapel mit einer Massefläche
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1A zeigt ein Ersatzschaltbild und 1B eine Realisierung eines – auf einem Trägersubstrat TS angeordneten – Resonatorstapels mit zwei elektrisch und akustisch miteinander verkoppelten Resonatoren R11, R12. Der Resonatorstapel ist zwischen dem Anschluss A1 des ersten Tores und dem Anschluss B1 des zweiten Tores angeordnet. Die innen liegende Elektrode ist mit einem Bezugspotential G1 verbunden.
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2A zeigt ein Ersatzschaltbild und 2B eine Realisierung eines weiteren Resonatorstapels mit zwei mittels einer Koppelschicht K akustisch miteinander verkoppelten und mittels dieser Schicht elektrisch voneinander isolierten Resonatoren R11, R12. Der Resonator R11 ist an ein Eingangstor mit den Anschlüssen A1, A2 und der Resonator R12 an ein symmetrisches Ausgangstor mit den Anschlüssen B1, B2 angeschlossen. Das Eingangstor ist unsymmetrisch beschaltet, wobei der Anschluss A2 auf ein Bezugspotential G1 gelegt ist.
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3 zeigt eine Schaltung mit zwei Signalpfaden SP1 und SP2, wobei in jedem Signalpfad SP1, SP2 ein elektroakustisches (vorzugsweise durch einen Resonatorstapel relaisiertes) System mit akustisch sowie elektrisch miteinander gekoppelten Resonatoren – R11, R12 bzw. R21, R22 – angeordnet ist. Ein elektroakustisches System kann wie in 1B übereinander gestapelte Resonatoren aufweisen, die eine gemeinsame Elektrode teilen und durch eine vertikale elektrische Kopplung akustisch miteinander gekoppelt sind. Der erste Signalpfad SP1 ist zwischen den ersten Anschlüssen A1, B1 des ersten und des zweiten Tores angeordnet. Der zweite Signalpfad SP2 ist zwischen den zweiten Anschlüssen A2, B2 des ersten und des zweiten Tores angeordnet. Die beiden elektroakustischen Systeme sind mittels einer floatenden elektrischen Verbindung FE elektrisch miteinander verbunden.
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In einer Variante ist das erste Tor unsymmetrisch beschaltet, wobei der zweite Anschluss A2 mit einem Bezugpotential G1 leitend verbunden ist.
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Im weiteren Variante wird das erste elektrische Tor als Eingangstor und das zweite elektrische Tor als Ausgangstor bezeichnet.
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In 4A ist eine Schaltung gemäß einer Variante der Erfindung gezeigt. Die Schaltung weist einen ersten Zweig Z1 auf, der als ein Signalpfad SP1 ausgebildet ist, und einen zweiten Zweig Z2, der als ein Signalpfad SP2 ausgebildet ist.
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Im ersten Zweig Z1 ist ein erstes elektroakustisches System angeordnet, das zwei mittels eines ersten Koppelsystems K1 akustisch miteinander gekoppelte sowie galvanisch voneinander getrennte Resonatoren R11 und R12 aufweist. Im zweiten Zweig Z2 ist ein zweites elektroakustisches System angeordnet, das zwei mittels eines zweiten Koppelsystems K2 akustisch miteinander gekoppelte sowie galvanisch voneinander getrennte Resonatoren R21 und R22 aufweist.
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Die eingangsseitigen Resonatoren R11, R21 sind hier über eine floatende elektrische Verbindung FE in Serie miteinander verbunden und an die Anschlüsse A1, A2 des ersten Tors angeschlossen. In einer Variante ist das erste Tor symmetrisch beschaltet. Möglich ist aber auch, das erste Tor unsymmetrisch zu beschalten, indem z. B. der zweite Anschluss A2 mit einem ersten Bezugspotential G1 leitend verbunden wird.
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Es ist möglich, die derselben Seite zugeordneten Resonatoren – in 4A die ausgangsseitigen Resonatoren – galvanisch voneinander zu isolieren. Dabei kann jeder Resonator symmetrisch betrieben werden.
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Der Ausgangsresonator R12 ist in 4A zwischen dem ersten Anschluss B1 des Ausgangstores und einem zweiten Bezugspotential G2 angeordnet. Der Ausgangsresonator R22 ist zwischen dem zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores (oder eines vom ersten Ausgangstor unabhängigen weiteren Ausgangstores) und einem dritten Bezugspotential G3 angeordnet. Vorzugsweise sind die Bezugspotentiale G2, G3 nicht identisch. Möglich ist aber auch G2 = G3.
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Möglich ist aber auch, das Ausgangstor symmetrisch zu betreiben, wobei die in 4A mit der Masse G2, G3 verbundenen Elektroden der Ausgangsresonatoren floaten. Dies entspricht bei unsymmetrisch beschaltetem Eingangstor einem Balun.
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Die eingangsseitigen Resonatoren R11, R21 bilden eine erste Teilschaltung 1 (Eingangsschaltung) und die ausgangsseitigen Resonatoren R12, R22 eine zweite Teilschaltung 2 (Ausgangsschaltung). Die Teilschaltungen 1, 2 sind akustisch über das im ersten Signalpfad SP1 angeordnete erste Koppelsystem K1 und das im zweiten Signalpfad SP2 angeordnete zweite Koppelsystem K2 miteinander gekoppelt und durch diese Koppelsysteme elektrisch voneinander isoliert.
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Die akustische Anregungsrichtung in den Eingangswandlern R11, R21 ist in 4A um 180° zueinander versetzt.
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4B zeigt eine beispielhafte Realisierung der Schaltung gemäß 4A als ein Mehrschichtsystem mit zwei piezoelektrischen Schichten PS1, PS2, die jeweils zwischen zwei zu Elektroden der entsprechenden Resonatoren strukturierten Metallschichten ME1 und ME2 bzw. ME3 und ME4 angeordnet sind, wobei zwischen den Metallschichten ME2 und ME3 eine akustisch teildurchlässige Koppelschicht K liegt.
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Ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, z. B. der Resonator R11, ist durch einander gegenüber liegende Elektroden und eine dazwischen liegende piezoelektrische Schicht PS2 gebildet.
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Beide Koppelsysteme K1, K2 sind in 4B durch eine gemeinsame, akustisch zumindest teilweise durchlässige Koppelschicht K realisiert. Durch die Anregung von lateralen Wellenmoden in der Koppelschicht K ist es möglich, die Koppelsysteme K1 und K2 in lateraler Richtung akustisch miteinander zu koppeln. Durch die Anregung von lateralen Wellenmoden können auch die nebeneinander, aber in verschiedenen Stapeln angeordneten Resonatoren, z. B. R11 und R21 (und/oder R12 und R22) in lateraler Richtung akustisch miteinander gekoppelt sein.
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Der eingagsseitige Resonator R11, das Koppelsystem K1 und der ausgangsseitige Resonator R12 bilden einen ersten Resonatorstapel SCF1. Der eingagsseitige Resonator R21, das Koppelsystem K2 und der ausgangsseitige Resonator R22 bilden einen zweiten Resonatorstapel SCF2. Die Resonatoren R11 und R12 (bzw. R21 und R22) sind über das Koppelsystem K1 (bzw. K2) in vertikaler Richtung akustisch miteinander gekoppelt.
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In der Metallschicht ME3 ist die floatende elektrische Verbindung FE ausgebildet, die vorzugsweise eine durchgehende leitende Fläche darstellt. Mit der elektrischen Verbindung FE ist die elektrische Kopplung von Resonatorstapeln SCF1 und SCF2 realisiert.
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Das erste K1 und das zweite K2 Koppelsystem sind in 4A, 5A, 6 und 7 über die floatende elektrische Verbindung FE elektrisch miteinander gekoppelt.
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5A zeigt das Ersatzschaltbild einer Variante der Schaltung gemäß 4A und 5B die Realisierung dieser Schaltung.
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Das erste elektroakustische System ist hier in zwei Stapel aufgeteilt, wobei das erste Koppelsystem K1 (bzw. das zweite Koppelsystem K2) zwei in verschiedenen Stapeln angeordnete Teile K11 und K12 (bzw. K21 und K22) aufweist. Die Teile K11, K12 des ersten Koppelsystems K1 sind über eine floatende elektrische Verbindung FE1 bzw. die Teile K21, K22 des zweiten Koppelsystems K2 über eine floatende elektrische Verbindung FE2 elektrisch miteinander verbunden. Die beiden floatenden elektrischen Verbindungen FE1, FE2 sind in der untersten Metallschicht ME1 angeordnet.
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Der erste Teil K11 des ersten Koppelsystems K1 und der Resonator R11 sind übereinander angeordnet und bilden einen ersten Stapel SCF1. Der zweite Teil K12 des ersten Koppelsystems K1 und der Resonator R12 sind übereinander angeordnet und bilden einen zweiten Stapel SCF2. Analog dazu ist der dritte Stapel aus dem Resonator R21 und dem darunter angeordneten ersten Teil K21 des zweiten Koppelsystems K2 sowie der vierte Stapel aus dem Resonator R22 und dem darunter angeordneten zweiten Teil K22 des zweiten Koppelsystems K2 gebildet.
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Die Teile K11, K12, K21, K22 des ersten bzw. zweiten Koppelsystems K1, K2 weisen eine piezoelektrische Schicht auf und bilden jeweils zusammen mit den diese Schicht umgebenden Elektroden einen Koppelresonator. Die Koppelresonatoren sind elektrisch miteinander verbunden.
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In 5C ist die Draufsicht auf die Metallschicht ME3 der Stapelanordnung gemäß 5B gezeigt. In 5D und 5E ist die Draufsicht auf die Metallschichten ME2 und ME1 der Stapelanordnung gemäß 5B gezeigt.
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In 4B und 5B kann zwischen dem Trägersubstrat TS und der untersten Metallschicht ME1 der Resonatorstapel SCFj (j = 1 bis 4) ein akustischer Spiegel mit abwechselnd angeordneten Schichten einer niedrigen und einer hohen akustischen Impedanz vorgesehen sein.
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Die Serienverschaltung der Eingangsresonatoren R11 und R21 ist in 5B über eine in der Metallschicht ME3 ausgebildete elektrische Verbindung realisiert, wobei die im Stapel innen liegenden Elektroden der genannten Resonatoren miteinander verbunden sind. Möglich ist es auch, bei der Serienverschaltung der Resonatoren ihre außen liegenden Elektroden elektrisch miteinander zu verbinden und ihre innen liegenden Elektroden an die Anschlüsse A1, A2 des Eingangstores anzuschließen.
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6 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Verschaltung von zwei elektroakustischen Systemen. Das erste bzw. das zweite elektroakustische System entspricht z. B. dem Resonatorstapel SCF1 bzw. SCF2 gemäß 4B. In diesem Fall ist im Unterschied zu 4A die innen liegende, in der Metallschicht ME2 ausgebildete Elektrode des ersten Resonatorstapels an den ersten Anschluss B1 des Ausgangstores angeschlossen. Die äußere (in 4B unterste, in der Metallschicht ME1 liegende) Elektrode des ersten Resonatorstapels ist mit einer innen liegenden, in der Metallschicht ME2 ausgebildeten, im zweiten Resonatorstapel angeordneten Elektrode leitend verbunden.
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Die akustische Anregungsrichtung in den Eingangswandlern R11, R21 ist in 6 um 180° zueinander versetzt. Die akustische Anregungsrichtung in den Ausgangswandlern R12, R22 erfolgt hier dagegen phasenrichtig. Falls die elektrische Verbindung zwischen R11 und R21 auf Masse G1 liegt, wird an den ausgangsseitigen Anschlüssen B1 und B2 die Signaldifferenz zwischen den auf Masse G1 bezogenen Anschlüssen A1 und A2 abgegriffen.
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Die Serienverschaltung der Resonatoren (in 6 der Ausgangsresonatoren R12 und R22) über ihre in unterschiedlichen Metallschichten liegenden Elektroden, die in unterschiedlichen Resonatorstapeln angeordnet bzw. den verschiedenen Signalpfaden zugeordnet sind, dient zur Einstellung einer Phasenbeziehung von z. B. 180° zwischen den Signalen, die in den Signalpfaden SP1 und SP2 übertragen werden.
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In einer Variante der in 4A, 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Anschluss A2 des Eingangstores auf Masse G1 gelegt, wobei das Ausgangstor B1, B2 symmetrisch betrieben wird.
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In 7 ist eine Variante der Schaltung vorgestellt, bei der die Signalpfade SP1, SP2 ausgangsseitig z. B. parallel miteinander verschaltete Teilpfade aufweist. In einer Variante sind die Anschlüsse B11 und B21 an den ersten Anschluss B1 bzw. die Anschlüsse B12 und B22 an den zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores angeschlossen.
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In einer weiteren Variante ist der Anschluss B11 an den ersten Anschluss B1 bzw. der Anschluss B21 an den zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores angeschlossen, wobei die Anschlüsse B12 und B22 vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ kann der Anschluss B12 an den ersten Anschluss B1 bzw. der Anschluss B22 an den zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores angeschlossen, wobei die Anschlüsse B11 und B21 elektrisch miteinander verbunden sind.
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Bei dem in einer Variante symmetrisierten Eingangstor ist die elektrische Verbindung zwischen den Eingangsresonatoren R11 und R21 auf Masse G1 gelegt. Bei im Gleichtakt hintereinander geschalteten Ausgangsresonatoren R12, R22 wird ausgangsseitig ein Differenzsignal gebildet, das zu der Differenz der Eingangssignale proportional ist.
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Die in den 4A, 6 und 7 vorgestellten Verschaltungsmöglichkeiten können durch die allgemeine Anordnung gemäß 8 zusammengefasst werden.
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In 8 ist ein erster Zweig Z1 mit einem darin angeordneten ersten elektroakustischen System und ein zweiter Zweig Z2 mit einem darin angeordneten zweiten elektroakustischen System gezeigt. A11 und A12 sind Anschlüsse des ersten Systems, die an die Elektroden des eingangsseitigen Resonators R11 angeschlossen sind. B11 und B12 sind Anschlüsse des ersten Systems, die an die Elektroden des ausgangsseitigen Resonators R12 angeschlossen sind. A21 und A22 sind Anschlüsse des zweiten Systems, die an die Elektroden des eingangsseitigen Resonators R21 angeschlossen sind. B21 und B22 sind Anschlüsse des zweiten Systems, die an die Elektroden des ausgangsseitigen Resonators R22 angeschlossen sind.
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Die Anschlüsse Aij (i, j = 1, 2) sind elektrisch miteinander verschaltet und an ein Eingangstor angeschlossen. Die Anschlüsse Bij sind elektrisch miteinander verschaltet und an ein Ausgangstor angeschlossen. Mit Aij, Bij (j = 1) sind vorzugsweise die Anschlüsse bezeichnet, die mit einer im Resonatorstapel außen liegenden Elektrode leitend verbunden sind. Mit Aij, Bij (j = 2) sind dabei die Anschlüsse bezeichnet, die mit einer im Resonatorstapel innen liegenden Elektrode leitend verbunden sind. Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die außen und/oder innen liegenden Elektroden an das entsprechende elektrische Tor anzuschließen.
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Vorzugsweise ist der Anschluss 11 an den ersten Anschluss A1 des Eingangstores und der Anschluss B21 an den zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores angeschlossen.
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Der Anschluss A21 ist vorzugsweise an den zweiten Anschluss A2 des Eingangstores angeschlossen. Die Anschlüsse A12 und A22 können elektrisch miteinander verbunden sein. Diese elektrische Verbindung kann in einer Variante (vgl. 6) floatend sein. Diese elektrische Verbindung kann in einer weiteren Variante (vgl. 7) an ein erstes Bezugspotential angeschlossen sein. In diesem Fall sind die Eingangsresonatoren R11, R21 der beiden elektroakustischen Systeme in Serie miteinander verbunden, wobei die Serienschaltung an das Eingangstor (A11 = A1, A21 = A2) angeschlossen ist.
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Der Anschluss B11 ist in einer Variante an den ersten Anschluss B1 des Ausgangstores angeschlossen. Dabei können die Anschlüsse B12 und B22 elektrisch miteinander verbunden und ggf. an ein weiteres Bezugspotential angeschlossen sein. In diesem Fall sind die Ausgangsresonatoren R12, R22 der beiden elektroakustischen Systeme in Serie miteinander verbunden, wobei die Serienschaltung an das Ausgangstor (B11 = B1, B21 = B2) angeschlossen ist.
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Möglich ist es auch, den Anschluss B12 an ein zweites Bezugspotential und den Anschluss B22 an ein drittes Bezugspotential anzuschließen (vgl. 4A).
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Möglich ist es auch, einerseits die Anschlüsse A11 und A21 miteinander sowie mit dem ersten Anschluss A1 des Eingangstores und andererseits die Anschlüsse A12 und A22 miteinander sowie mit dem zweiten Anschluss A2 des Eingangstores zu verbinden (A11, A21 = A1; A12, A22 = A2). In diesem Fall sind die Eingangsresonatoren R11, R21 der beiden elektroakustischen Systeme parallel miteinander verschaltet, wobei die Parallelschaltung an das Eingangstor (A1, A2) angeschlossen ist.
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In einer Variante sind einerseits die Anschlüsse B11 und B21 miteinander sowie mit dem ersten Anschluss B1 des Ausgangstores und andererseits die Anschlüsse B12 und B22 miteinander sowie mit dem zweiten Anschluss B2 des Ausgangstores verbunden (B11, B21 = B1; B12, B22 = B2). In diesem Fall sind die Ausgangsresonatoren R12, R22 der beiden elektroakustischen Systeme parallel miteinander verschaltet, wobei die Parallelschaltung an das Ausgangstor (B1, B2) angeschlossen ist.
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Der Eingangstor kann in einer Variante als Ausgangstor bzw. der Ausgangstor als Eingangstor betrieben werden.
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Bei einer Impedanztransformation um den Faktor 4 bzw. 1/4 werden zwei Eingangsresonatoren R11, R21 in Serie und zwei Ausgangresonatoren R12, R22 parallel miteinander verschaltet, oder umgekehrt.
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In 9 sind drei Zweige Z1, Z2, Z3 mit jeweils einem elektroakustischen System gezeigt. Der dritte Zweig Z3 weist die Anschlüsse A31, A32, B31, B32 und zwei durch das dritte Koppelsystem K3 galvanisch voneinander entkoppelte Resonatoren R31, R32 auf.
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Zwei Eingangsresonatoren oder alle Eingangsresonatoren Rj1 (j = 1, 2, 3) können parallel oder in Serie verschaltet und zwischen den Anschlüssen des Eingangstores angeordnet sein. Zwei Ausgangsresonatoren oder alle Ausgangsresonatoren Rj2 (j = 1, 2, 3) können parallel oder in Serie verschaltet und zwischen den Anschlüssen des Ausgangstores angeordnet sein. Zur Erzielung einer Impedanztransformation ist es vorteilhaft, in 9 und 10 alle Eingangsresonatoren seriell oder antiseriell und alle Ausgangsresonatoren parallel oder antiparallel zu verschalten.
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Bei drei und mehr Zweigen kann die Kombination einer Serien- und einer Parallelschaltung der derselben Seite zugeordneten Resonatoren insbesondere zu einer ungeradzahligen Impedanztransformation eingesetzt werden.
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Bei der Serienschaltung aller Eingangsresonatoren ist beispielsweise der Anschluss A11 an den ersten Anschluss A1 des Eingangstores und der Anschluss A31 an den zweiten Anschluss A2 des Eingangstores angeschlossen. Der Anschluss A12 ist in einer Variante an den Anschluss A22 bzw. der Anschluss A21 an den Anschluss A32 angeschlossen. Möglich ist aber auch, zwei Eingangsresonatoren, z. B. die Resonatoren R11 und R21 in Serie miteinander zu verschalten (A11 = A1, A21 = A2), wobei der dritte Eingangsresonator (Resonator R31) entweder parallel zu einem der Resonatoren R11, R21 (z. B. A31 = A21, A32 = A22) oder parallel zur Serienschaltung der Resonatoren R11 und R21 (A31 = A1, A32 = A2) geschaltet ist.
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Mindestens zwei, in einer Variante alle Ausgangsresonatoren können miteinander ebenfalls beliebig verschaltet sein. Die Beschreibung der Verschaltung von Eingangsresonatoren gilt auch für Ausgangsresonatoren.
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In 10 sind vier Zweige Z1 bis Z4 mit jeweils einem elektroakustischen System gezeigt. Der vierte Zweig Z4 weist die Anschlüsse A41, A42, B41, B42 und zwei durch das vierte Koppelsystem K4 galvanisch voneinander entkoppelte Resonatoren R41, R42 auf.
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Es ist möglich, alle Eingangsresonatoren Rj1 und/oder Ausgangsresonatoren Rj2 in Serie miteinander zu verschalten. Möglich ist es auch, alle Eingangsresonatoren Rj1 und/oder Ausgangsresonatoren Rj2 parallel miteinander zu verschalten.
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Alternativ ist es möglich, zwei Resonatoren, z. B. Eingangsresonatoren (z. B. einerseits R11 und R21 und andererseits R31 und R41) in Serie miteinander zu verbinden und die Serienschaltungen parallel miteinander zu verschalten. Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen von Serien- und Parallelschaltungen möglich, wobei stets die Eingangsresonatoren von den Ausgangsresonatoren durch die akustischen Koppelsysteme Kj (j = 1 bis 4) galvanisch entkoppelt sind.
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Bisher war in den 8 bis 10 die elektrische Verschaltung von als Signalpfade ausgebildeten Zweigen beschrieben. Möglich ist aber auch, die elektroakustischen Systeme in Querzweigen anzuordnen und die Resonatoren – einerseits die Resonatoren Rj1 bzw. andererseits die Resonatoren Rj2 – wie beschrieben elektrisch miteinander zu verbinden.
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Eine Schaltung gemäß Erfindung kann auch mehr als vier elektroakustisch miteinander verkoppelte Zweige aufweisen. Es ist möglich, die in verschiedenen Zweigen angeordneten elektroakustischen Systeme z. B. durch die Koppelsysteme Kj akustisch miteinander zu koppeln. Möglich ist es auch, die in verschiedenen elektroakustischen Systemen befindlichen Resonatoren durch eine weitere akustische Kopplung akustisch miteinander zu verkoppeln. Dabei kann es sich um eine laterale akustische Kopplung von zwei nebeneinander angeordneten und dabei in verschiedenen Resonatorstapeln angeordneten Resonatoren handeln.
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In 11 bis 20 sind verschiedene Varianten zur Beschaltung von gekoppelten Resonatoren vorgestellt. Dabei ist der jeweilige Eingangsresonator mit dem vorzugsweise in demselben Stapel angeordneten Ausgangsresonator akustisch gekoppelt, vgl. 8.
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Der Eingang (bzw. Ausgang) ist in allen Ausführungen bei einem symmetrisch betriebenen Eingangstor (bzw. Ausgangstor) vorzugsweise symmetrisiert, d. h. die elektrische Verbindung zwischen den hintereinander geschalteten Eingangsresonatoren R11, R21 (bzw. Ausgangsresonatoren R12, R22) ist auf Masse gelegt. Bei dem unsymmetrisch betriebenen Eingangstor (bzw. Ausgangstor) ist der zweite Anschluss A2, B2 des entsprechenden Tores auf Masse (G1 bzw. G2) gelegt. In einer bevorzugten Variante ist die Eingangsseite auf die erste Masse G1 und die Ausgangsseite auf die zweite Masse G2 bezogen. Die zweite Masse G2 ist vorzugsweise von der ersten Masse G1 isoliert. Möglich ist aber auch, dass die erste und die zweite Masse elektrisch miteinander verbunden sind (G2 = G1). Die optionale Verbindung zur Masse ist in den 11 bis 20 mit gestrichelten Pfeilen gezeigt.
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Es ist möglich, beide Tore symmetrisch zu betreiben. Es ist auch möglich, beide Tore unsymmetrisch zu betreiben. Durch zwei miteinander verschaltete Resonatorstapel kann alternativ ein Balun realisiert werden, wobei eines der Tore symmetrisch und das übrige Tor unsymmetrisch betrieben wird. Durch zwei miteinander verschaltete Resonatorstapel kann ferner ein Impedanzwandler und/oder eine spannungsdifferenzbildende Schaltung realisiert werden. Ferner ist es möglich, eine Aufteilung eines Signals in zwei Teilsignale vorzunehmen (Signalsplitter).
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Die inverse Verschaltung von Eingangsresonatoren, wobei die elektrische Anregung in diesen Resonatoren gegenüber den in den Figuren gezeigten Ausführungen um 180° gedreht ist, ist in allen Varianten möglich. Dies gilt auch für Ausgangsresonatoren. Die Inversion kann auf einer Seite – entweder der Eingangsseite oder der Ausgangsseite – vorgesehen sein. Die inverse Verschaltung kann aber auch beidseitig vorgesehen sein.
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In 11 bis 13B ist jeweils eine Resonatoranordnung gezeigt, bei der die Eingangsresonatoren R11, R21 seriell, also im Gleichtakt hintereinander geschaltet sind.
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Die Ausgangsresonatoren R12, R22 sind in 11 im Gleichtakt parallel zueinander geschaltet, wobei die Ausgangsimpedanz Zout ein Viertel der Eingangsimpedanz Zin beträgt. Weitere Resonatoranordnungen, die eine Impedanzwandlung realisieren, sind in 13A, 13B, 15, 16, 18 und 20 vorgestellt.
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Die Ausgangsresonatoren R12, R22 können auch wie in 12A oder 12B seriell verschaltet sein, wobei gilt Zout = Zin. In 12B ist die Ausgangsseite invers verschaltet, wobei die elektrische Anregung in den im jeweiligen Signalpfad angeordneten Resonatoren R11 und R12 (bzw. R21 und R22) in den zueinander entgegengesetzten Richtungen erfolgt.
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Die Ausgangsresonatoren R12, R22 sind in 13A antiparallel und in 13B antiseriell verschaltet. In 13B liegt an den Anschlüssen B1 und B2 gleiches Potential an, wenn die elektrische Verbindung zwischen den Ausgangsresonatoren R12 und R22 auf Masse G2 liegt. Somit kann ein Eingangssignal auf zwei Ausgänge mit gleicher Polarität aufgeteilt werden.
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In 14 bis 16 ist jeweils eine Resonatoranordnung gezeigt, bei der die Eingangsresonatoren R11, R21 im Gleichtakt parallel verschaltet sind.
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In 14 sind die Ausgangsresonatoren R12, R22 im Gleichtakt parallel verschaltet. In 15 sind die Ausgangsresonatoren R12, R22 im Gleichtakt seriell und in 16 antiseriell verschaltet, wobei gilt Zout ≈ 4Zin.
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In 17 bis 20 ist jeweils eine Resonatoranordnung gezeigt, bei der die Eingangsresonatoren im Gegentakt seriell verschaltet sind. In 17 sind auch die Ausgangsresonatoren im Gegentakt seriell verschaltet. In 18 sind die Ausgangsresonatoren antiparallel verschaltet. In 19 sind die Ausgangsresonatoren im Gleichtakt seriell verschaltet. An beiden ausgangsseitigen Anschlüssen B1 und B2 können identische, vorzugsweise gleichphasige, auf die Masse G2 bezogene Signale anliegen, wobei ausgangsseitig die Aufspaltung des an die eingangsseitigen Anschlüsse A1 und A2 angelegten Signals erfolgt. Der auf Masse G2 bezogene Anschluss B1 definiert ein erstes und der auf Masse G2 bezogene Anschluss B2 ein zweites Ausgangstor. Die elektrische Verbindung zwischen den ausgangsseitigen Resonatoren R12, R22 liegt dann auf Masse G2. In 20 sind die Ausgangsresonatoren im Gleichtakt parallel verschaltet.
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In einer Variante der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Bezugszeichen A1, A2, B1, B2 jeweils auf einen Anschluss eines auf die eigene Masse bezogenen Tores beziehen. Dabei sind die Anschlüsse A1 und A2 zwei verschiedenen Eingangstoren bzw. die Anschlüsse B1 und B2 zwei verschiedenen Ausgangstoren zugeordnet.
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In einer Variante ist in 17 der Anschluss A1 einem auf die erste Masse bezogenen ersten Eingangstor und der Anschluss A2 einem auf die zweite Masse bezogenen zweiten Eingangstor zugeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen den hintereinander geschalteten Eingangsresonatoren ist auf eine dritte Masse bezogen. Die elektrische Verbindung zwischen den hintereinander geschalteten Ausgangsresonatoren ist floatend. Dabei wird am Ausgangstor eine Spannung gebildet, die zu der Differenzspannung zwischen den beiden Eingangstoren proportional ist.
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Die Schaltung gemäß Erfindung kann auch mit geführten akustischen Volumenwellen (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave) arbeiten, die sich in einer piezoelektrischen Schicht in lateraler Richtung ausbreiten.
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In 21A ist die Realisierung einer mit GBAW arbeitenden Schaltung gezeigt. Ein Resonator, der dem Resonator R11 in 4A, 4B, 5A, 5B, 6 und 7 entspricht, ist durch einen in der Metallschicht ME2 ausgebildeten Wandler W11 und die darunter liegende piezoelektrische Schicht PS1 gebildet. Ein z. B. in 21B gezeigter Wandler weist ineinander greifende kammartige Elektroden A und B. Die Wellenausbreitungsrichtung (in 11A bis 13 die x-Achse) wird als die longitudinale Richtung und die zu ihr senkrechte laterale Richtung als die transversale Richtung bezeichnet.
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Ein Resonator, der dem Resonator R12 entspricht, ist durch einen in der Metallschicht ME1 ausgebildeten Wandler W12 und die darüber liegende piezoelektrische Schicht PS1 gebildet. Der Wandler W12, die piezoelektrische Schicht PS1 und der Wandler W11 bilden zusammen einen ersten Resonatorstapel SCF1.
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In 22 ist eine Variante gezeigt, bei der zwei Resonatorstapel SCF1 und SCF2 in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordnet sind. Möglich ist es auch, die Resonatorstapel in transversaler Richtung nebeneinander anzuordnen.
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Der dem Resonator R21 entsprechende Resonator ist hier durch einen Wandler W21 und die darüber liegende piezoelektrische Schicht PS1 gebildet. Der dem Resonator R22 entsprechende Resonator ist durch einen Wandler W22 und die darunter liegende piezoelektrische Schicht PS1 gebildet. Der Wandler W21, die piezoelektrische Schicht PS1 und der Wandler W22 bilden zusammen den zweiten Resonatorstapel SCF2.
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Die dem ersten Zweig zugeordneten, den Wandler W11 bzw. W12 umfassenden Resonatoren (sowie die dem zweiten Zweig zugeordneten, den Wandler W21 bzw. W22 umfassenden Resonatoren) sind über die piezoelektrische Schicht PS1 in vertikaler Richtung akustisch miteinander gekoppelt. Die Richtung der akustischen Kopplung ist in 11A, 12 und 13 mit Pfeilen gezeigt.
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Der zwischen den Wandlern W11 und W12 angeordnete Teil der piezoelektrischen Schicht PS1 dient als das erste Koppelsystem K1. Der zwischen den Wandlern W21 und W22 angeordnete Teil der piezoelektrischen Schicht PS1 dient als das zweite Koppelsystem K2.
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Die Koppelsysteme K1 und K2 von zwei wie in 22 in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordneten Resonatorstapeln SCF1, SCF2 können durch eine longitudinale akustische Wellenmode akustisch miteinander gekoppelt sein. Bei in transversaler Richtung nebeneinander angeordneten Resonatorstapeln SCF1, SCF2 können die Koppelsysteme K1 und K2 durch eine transversale akustische Wellenmode in transversaler Richtung akustisch miteinander gekoppelt sein.
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In 23 ist ein weiterer mit GBAW arbeitender Resonatorstapel im Querschnitt gezeigt. Im Unterschied zu 21A sind hier zwischen den strukturierten Metallschichten ME1 und ME2 zwei piezoelektrische Schichten PS1 und PS2 anstatt nur einer piezoelektrischen Schicht vorgesehen. Die piezoelektrischen Schichten PS1 und PS2 sind durch eine dritte Metallschicht ME3, in der eine durchgehende Massefläche ausgebildet, voneinander getrennt. Die piezoelektrischen Schichten PS1, PS2 und die dazwischen angeordnete Massefläche bilden zusammen ein Koppelsystem.
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Die zwischen den Wandlern W11 und W12 angeordnete Massefläche kann, muss aber nicht mit einem Bezugspotential G1 elektrisch verbunden sein.
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Die Erfindung ist anhand nur weniger Ausführungsbeispiele vorgestellt, ist aber auf diese nicht beschränkt. Die in verschiedenen Resonatorstapeln angeordneten eingangsseitigen (bzw. ausgangsseitigen) Resonatoren können durch eine akustische Mode akustisch miteinander gekoppelt sein, die sich quer zu der Anregungsrichtung (bei Volumenwellen vertikalen Richtung) ausbreitet. Die in demselben Resonatorstapel angeordneten eingangsseitigen (bzw. ausgangsseitigen) Resonatoren können durch eine gemeinsame Elektrode elektrisch miteinander gekoppelt sein.
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Die miteinander verschalteten Eingangsresonatoren können z. B. durch laterale akustische Moden akustisch miteinander gekoppelt sein. Dies gilt auch für die Ausgangsresonatoren. Bei GBAW-Ausführungen können die Wandler der akustisch miteinander zu koppelnden Resonatoren in einer Metallisierungsebene ausgebildet sein, wobei die Resonatoren (anstelle der vertikalen akustischen Kopplung) in lateraler Richtung akustisch miteinander gekoppelt sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Koppelsystem einen Verbund aus der piezoelektrischen Schicht und einer darunter liegenden durchgehenden Massefläche darstellt, wobei die Massefläche unterhalb der beiden Wandler angeordnet ist. Zur elektrischen Verkopplung von Resonatoren oder Resonatorgruppen der Eingangsseite (bzw. der Ausgangsseite) kann eine floatende elektrische Verbindung benutzt werden.
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Beliebige Kombinationen von ein- und ausgangsseitigen Serien- und/oder Parallelschaltungen sind möglich (betrifft Gleich- und Gegentaktschaltungen).
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Das Koppelsystem kann durch die Einstellung seiner Dicke zur Einstellung einer bestimmten Phasenverschiebung zwischen den gekoppelten Resonatoren benutzt werden, welche z. B. der Unterdrückung von Oberwellen dienen kann.
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Je Seite kann eine gerade Anzahl von Resonatoren verwendet werden. Je Seite kann auch eine ungerade Anzahl von Resonatoren verwendet werden.
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Bei drei und mehr Zweigen kann die Kombination einer Serien- und einer Parallelschaltung der derselben Seite zugeordneten Resonatoren eingesetzt werden.
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In 8 bis 10 können die ein- bzw. ausgangsseitigen Resonatoren jeweils an ein eigenes Ein- bzw. Ausgangstor angeschlossen sein. Die Resonatoren können so verschaltet sein, dass die Anzahl der Eingangstore der Anzahl der Ausgangstore ungleich ist. Ein Resonator kann prinzipiell zwischen den Anschlüssen von zwei verschiedenen Toren geschaltet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Teilschaltung (Eingangsschaltung)
- 2
- zweite Teilschaltung (Ausgangsschaltung)
- FE, FE'
- floatende elektrische Verbindung
- R11
- erster Resonator
- R12
- zweiter Resonator
- R21
- dritter Resonator
- R22
- vierter Resonator
- K
- Koppelschicht
- K1
- erstes Koppelsystem
- K2
- zweites Koppelsystem
- K11, K12
- Teilstruktur des ersten Koppelsystems K1
- K21, K22
- Teilstruktur des zweiten Koppelsystems K2
- K3, K4
- Koppelsysteme
- A1, A2
- Anschlüsse des ersten Tores
- B1, B2
- Anschlüsse des zweiten Tores
- Aj1
- erster Anschluss des j. Zweiges, j = 1 bis 4
- Aj2
- zweiter Anschluss des j. Zweiges, j = 1 bis 4
- Bj1
- erster Anschluss des j. Zweiges, j = 1 bis 4
- Bj2
- zweiter Anschluss des j. Zweiges, j = 1 bis 4
- Gj
- j. Bezugspotential, j = 1 bis 3
- MEj
- j. Metalllage, j = 1 bis 4
- SP1
- erster Signalpfad
- SP2
- zweiter Signalpfad
- SCFj
- j. Resonatorstapel, j = 1 bis 4
- Z1
- erster Zweig
- Z2
- zweiter Zweig
