DE102017120304A1 - Electroacoustic resonator with increased power stability and improved linearity, RF filters and multiplexers - Google Patents

Electroacoustic resonator with increased power stability and improved linearity, RF filters and multiplexers Download PDF

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Abstract

Es wird ein elektroakustischer Resonator mit einer erhöhten Leistungsbeständigkeit und einer verbesserten Linearität bereitgestellt. Der Resonator weist zwei Sätze von Interdigitalstrukturen auf. Beide Sätze sind in Bezug aufeinander elektrisch parallel verschaltet. Mindestens zwei Interdigitalstrukturen des ersten Satzes sind in Reihe verschaltet. Jede Interdigitalstruktur des ersten Satzes entspricht bezüglich des Verbindungsschemas einer Interdigitalstruktur des zweiten Satzes.

Figure DE102017120304A1_0000
There is provided an electroacoustic resonator having increased power resistance and improved linearity. The resonator has two sets of interdigital structures. Both sets are electrically connected in parallel with respect to each other. At least two interdigital structures of the first set are connected in series. Each interdigital structure of the first set corresponds with respect to the connection scheme of an interdigital structure of the second set.
Figure DE102017120304A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektroakustische Resonatoren, die in HF-Filtern verwendet werden können. HF-Filter können in Multiplexern verwendet werden.The present invention relates to electroacoustic resonators that can be used in RF filters. RF filters can be used in multiplexers.

Die Tendenz zur Miniaturisierung auf der einen Seite und die Tendenz zum Erhöhen einer Anzahl von Funktionen und Bändern einer mobilen Kommunikationsvorrichtung auf der anderen Seite führen zu widersprüchlichen Anforderungen für entsprechende Filter. Außerdem erfordern neue Anforderungen, wie z.B. HPUE-Anforderungen für Time-Division-LTE-Systeme, HF-Filter mit einer hohen Leistungsbeständigkeit. Jedoch ist es schwierig, eine hohe Leistungsbeständigkeit zu erzielen, wenn gleichzeitig Linearitätsanforderungen erfüllt werden sollten. Insbesondere ist das Erzeugen von Harmonischen problematisch, wenn die Frequenzen von Harmonischen nahe an Downlink-Frequenzen anderer Standards liegen.The tendency for miniaturization on the one hand and the tendency to increase a number of functions and bands of a mobile communication device on the other hand lead to contradictory requirements for corresponding filters. In addition, new requirements such as e.g. HPUE requirements for time-division LTE systems, high-performance RF filters. However, it is difficult to achieve high performance resistance if linearity requirements should be met at the same time. In particular, generating harmonics is problematic when the frequencies of harmonics are close to downlink frequencies of other standards.

Die Beiträge „Generation mechanisms of second-order nonlinearity in surface acoustic wave devices“, K. Hashimoto, R. Kodaira, T. Omori, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 und „Application of a rigorous non-linear P-matrix method to the simulation of third order intermodulation in test devices in duplexers“, M. Mayer, W. Ruile, J. Johnson, J. Kiwitt, R. San Jose, E. Schmidhammer, I. Bleyl, K. Wagner, E. Mayer, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 beziehen sich auf Mechanismen, die die Erzeugungen von Nichtlinearitätseffekten in akustischen Oberflächenwellenkomponenten betreffen.The posts "Generation mechanisms of second-order nonlinearity in surface acoustic wave devices", K. Hashimoto, R. Kodaira, T. Omori, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 and "Application of a rigorous non-linear P-matrix method to the simulation of third order intermodulation in test devices in duplexers", M. Mayer, W. Ruile, J. Johnson, J. Kiwitt, R. San Jose, E. Schmidhammer , I. Bleyl, K. Wagner, E. Mayer, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 refer to mechanisms that affect the generation of nonlinearity effects in surface acoustic wave components.

Dementsprechend ist es erwünscht, über elektroakustische Komponenten zu verfügen, die ein Erhöhen einer HF-Leistung erlauben, und die eine Reduzierung störender, nicht linearer Beiträge erlauben.Accordingly, it is desirable to have electroacoustic components that allow for an increase in RF power, and that allow for a reduction in spurious, non-linear contributions.

Zu diesem Zweck werden ein elektroakustischer Resonator, ein HF-Filter und ein Multiplexer gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.For this purpose, an electroacoustic resonator, an RF filter and a multiplexer according to the independent claim are provided. Dependent claims provide preferred embodiments.

Der elektroakustische Resonator, der eine erhöhte Leistungsbeständigkeit aufweist und der eine verbesserte Linearität erlaubt, umfasst einen ersten Satz von I Interdigitalstrukturen und einen zweiten Satz von I Interdigitalstrukturen. Die Anzahl I von Interdigitalstrukturen pro Satz ist größer gleich null. Einige der Interdigitalstrukturen des ersten Satzes sind mit dem Eingangsanschluss des ersten Satzes verschaltet, einige der Interdigitalstrukturen des ersten Satzes sind mit dem Ausgangsanschluss des ersten Satzes verschaltet. Symmetrisch sind einige der Interdigitalstrukturen des zweiten Satzes mit dem Eingangsanschluss des zweiten Satzes verschaltet, einige der Interdigitalstrukturen des zweiten Satzes sind mit dem Ausgangsanschluss des zweiten Satzes verschaltet. Der erste Satz von Interdigitalstrukturen ist mit dem zweiten Satz von Interdigitalstrukturen elektrisch parallel verschaltet, dann sind Eingangsanschlüsse S1 und S2 miteinander verschaltet und Ausgangsanschlüsse S1 und S2 sind miteinander verschaltet. Im ersten Satz von Interdigitalstrukturen sind mindestens zwei Interdigitalstrukturen in Reihe oder parallel verschaltet. The electroacoustic resonator, which has increased power stability and allows improved linearity, comprises a first set of I interdigital structures and a second set of I interdigital structures. The number I of interdigital structures per set is greater than or equal to zero. Some of the interdigital structures of the first set are connected to the input terminal of the first set, some of the interdigital structures of the first set are connected to the output terminal of the first set. Symmetrically, some of the interdigital structures of the second set are connected to the input terminal of the second set, some of the interdigital structures of the second set are connected to the output terminal of the second set. The first set of interdigital structures is electrically connected in parallel with the second set of interdigital structures, then input terminals S1 and S2 interconnected and output connections S1 and S2 are interconnected. In the first set of interdigital structures, at least two interdigital structures are connected in series or in parallel.

Jede Interdigitalstruktur des ersten Satzes entspricht einer Interdigitalstruktur des zweiten Satzes bezüglich ihres Verbindungsschemas. Das Verbindungsschema des ersten und des zweiten Satzes ist symmetrisch.Each interdigital structure of the first set corresponds to an interdigital structure of the second set with respect to its connection scheme. The connection scheme of the first and second sets is symmetric.

Das Verbindungsschema kann die Art von Beziehung hinsichtlich einer elektrischen Verbindung der Interdigitalstrukturen, wie zum Beispiel parallel oder in Reihe, sein. Interdigitalstrukturen von S1 und S2 können entlang einer Symmetrielinie miteinander verschaltet sein, wodurch sie eine parallele Zwischenverbindung eines Teilabschnitts von S1 mit seinem Gegenstück in S2 bilden.The connection scheme may be the type of relationship regarding electrical connection of the interdigital structures, such as parallel or in series. Interdigital structures of S1 and S2 may be interconnected along a line of symmetry, thereby providing a parallel interconnection of a subsection of S1 with his counterpart in S2 form.

Die Symmetrie kann eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Symmetrielinie sein. Das heißt, die entsprechenden Strukturen können eine gespiegelte Form an einer versetzten Position aufweisen.The symmetry may be a mirror symmetry with respect to the symmetry line. That is, the respective structures may have a mirrored shape in a staggered position.

Jedoch kann die Symmetrie auch eine Translationssymmetrie sein. Das heißt, die entsprechenden Strukturen können eine ähnliche oder identische Form an einer versetzten Position aufweisen.However, the symmetry may also be translational symmetry. That is, the respective structures may have a similar or identical shape at a staggered position.

Es ist bevorzugt, dass ein verhältnismäßig hoher Grad an Symmetrie des Verbindungsschemas durchgesetzt ist. Dies hilft bei der Aufhebung einer Nichtlinearsignalauslöschung. Außerdem kleine Unterschiede Dies belässt die Möglichkeit, dass ein Unterschied hinsichtlich von IDS vorhanden ist, was eine Feinoptimierung ergeben könnte.It is preferred that a relatively high degree of symmetry of the connection scheme is enforced. This helps in eliminating non-linear signal cancellation. In addition, small differences This leaves the possibility that a difference in terms of IDS is present, which could result in a fine optimization.

Daher wird ein elektroakustischer Resonator bereitgestellt, der eine gerade Anzahl von 2 × I = 4 oder mehr Interdigitalstrukturen aufweist. Eine Interdigitalstruktur kann eine wandlerartige Interdigitalstruktur sein, die zwischen HF-Signalen und elektroakustischen Wellen umwandelt. Durch Aufteilen der 2 × I Interdigitalstrukturen in einen ersten Satz und einen zweiten Satz und durch Bereitstellen von Entsprechungen zwischen den Interdigitalstrukturen der zwei Sätze in Bezug auf das Verbindungsschema, werden Verbesserungen hinsichtlich beider Anforderungen: der Leistungsbeständigkeit und der Linearität erzielt. Die Entsprechung zwischen Resonatoren der zwei Sätze verbessert die Linearität, da unerwünschte Beiträge, die durch eine Interdigitalstruktur eines Satzes erzeugt werden, durch die entsprechende Interdigitalstruktur des jeweils anderen Satzes ausgeglichen werden können. Eine Verbesserung der Leistungsbeständigkeit wird erzielt, da das Kaskadieren das Anlegen der HF-Leistung an eine größere Fläche verteilt, was zusätzlich zu einer weiteren Verbesserung der Linearität aufgrund einer reduzierten Leistungsdichte einer an ein konkretes Flächenelement angelegten HF-Leistung beiträgt.Therefore, an electroacoustic resonator is provided which has an even number of 2 × I = 4 or more interdigital structures. An interdigital structure may be a transducer-type interdigital structure that converts between RF signals and electroacoustic waves. By dividing the 2 × I interdigital structures into a first set and a second set, and by providing correspondences between the interdigital structures of the two sets with respect to the connection scheme, improvements are achieved in both the requirements of power durability and linearity. The correspondence between resonators of the two sets improves linearity unwanted contributions that are generated by an interdigital structure of a sentence, can be compensated by the corresponding interdigital structure of the other set. Improved power stability is achieved because cascading distributes the application of RF power to a larger area, which adds to further improvement in linearity due to reduced power density of RF power applied to a particular area element.

Demzufolge ist ein elektroakustischer Resonator bereitgestellt, der eine Symmetrie aufweist. Das Verbindungsschema von Interdigitalstrukturen von S1 ist entlang der Symmetrielinie symmetrisch zu dem Verbindungsschema von Interdigitalstrukturen in S2. In diesem Kontext ist es möglich, dass mindestens zwei entsprechende Strukturen in S1 und S2 Strukturen ähnlicher Konstruktion (d.h. Geometrie) und ähnlicher Abmessungen bezüglich einer Länge und einer Breite der Struktur bezeichnen. Selbstverständlich ist es möglich, dass entsprechende Interdigitalstrukturen die gleiche Geometrie und die gleichen räumlichen Abmessungen aufweisen.As a result, an electroacoustic resonator is provided which has a symmetry. The connection scheme of interdigital structures of S1 is symmetric along the symmetry line to the interconnection scheme of interdigital structures in S2 , In this context it is possible that at least two corresponding structures in S1 and S2 Designate structures of similar construction (ie geometry) and similar dimensions with respect to a length and a width of the structure. Of course, it is possible that corresponding interdigital structures have the same geometry and the same spatial dimensions.

Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator I = 4 Interdigitalstrukturen im ersten Satz aufweist.It is possible that the electroacoustic resonator has I = 4 interdigital structures in the first set.

Es ist außerdem möglich, dass die Interdigitalstrukturen im ersten Satz in Reihe verschaltet sind.It is also possible that the interdigital structures in the first set are connected in series.

Es ist möglich, dass die Konstruktionen einer Interdigitalstruktur des ersten Satzes und ihrer entsprechenden Interdigitalstruktur im zweiten Satz mit einer antiparallelen Symmetrie umgesetzt sind. Daher ist für die Interdigitalstruktur des ersten Satzes, die ein nichtlineares Signal einer geraden Ordnung auslösen kann, eine entsprechende Interdigitalstruktur des zweiten Satzes vorhanden, die ein nichtlineares Signal einer geraden Ordnung derselben Stärke, jedoch der entgegengesetzten Polarisation auslösen kann. Aufgrund der Entsprechung der elektrischen Konfiguration innerhalb jedes Satzes und aufgrund der parallelen Verbindung der zwei Sätze heben beide unerwünschte Anregungen einander auf und die Linearität wird verbessert. Zu diesem Zweck kann die Geometrie der Interdigitalstruktur des ersten Satzes in Bezug auf eine Symmetrielinie gespiegelt sein, um die Geometrie der entsprechenden Interdigitalstruktur des zweiten Satzes zu erzielen.It is possible that the constructions of an interdigital structure of the first set and its corresponding interdigital structure in the second set are implemented with an antiparallel symmetry. Therefore, for the interdigital structure of the first set, which can trigger a nonlinear even order signal, there is a corresponding interdigital structure of the second set which can trigger a nonlinear even order signal of the same magnitude but opposite polarization. Due to the correspondence of the electrical configuration within each set and due to the parallel connection of the two sets, both unwanted excitations cancel each other and the linearity is improved. For this purpose, the geometry of the interdigital structure of the first set may be mirrored with respect to a symmetry line to obtain the geometry of the corresponding interdigital structure of the second set.

Jedoch stellt es keine Notwendigkeit dar, dass jede Interdigitalstruktur des ersten Satzes und ihr Gegenstück im zweiten Satz eine streng antisymmetrische Konstruktion aufweisen. Unterschiede zwischen dem ersten Satz und dem zweiten Satz, die von einer streng antisymmetrischen Konstruktion abweichen, können dabei helfen, unerwünschte harmonische Signale zu eliminieren.However, there is no need for each interdigital structure of the first set and its counterpart in the second set to have a strictly antisymmetric construction. Differences between the first set and the second set, which differ from a strictly antisymmetric construction, can help to eliminate unwanted harmonic signals.

Außerdem bietet das Kaskadieren von elektroakustischen Strukturen im ersten Satz (und entsprechend das Kaskadieren von elektroakustischen Strukturen im zweiten Satz) die Möglichkeit, Resonatoren des ersten Satzes in eine erste Gruppe und weitere Resonatoren des ersten Satzes in eine zweite Gruppe einzuordnen. Entsprechend sind Resonatoren des zweiten Satzes auch in eine erste und eine zweite Gruppe eingeordnet. Wenn jeder der zwei Sätze von elektroakustischen Strukturen vier elektroakustische Strukturen aufweist, dann können diese vier elektroakustischen Strukturen in zwei Gruppen eingeordnet werden. Jede Gruppe kann zwei elektroakustische Strukturen aufweisen.In addition, the cascading of electroacoustic structures in the first set (and correspondingly the cascading of electroacoustic structures in the second set) offers the possibility of arranging resonators of the first set in a first group and further resonators of the first set in a second group. Correspondingly, resonators of the second set are also classified into a first and a second group. If each of the two sets of electroacoustic structures has four electroacoustic structures, then these four electroacoustic structures can be classified into two groups. Each group can have two electroacoustic structures.

Entsprechend ist es möglich, dass mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen eine antiparallele Konstruktion aufweisen.Accordingly, it is possible that at least two corresponding interdigital structures have an antiparallel construction.

Außerdem ist es möglich, dass mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen parallel kaskadiert sind und eine antiparallele Konstruktion aufweisen. Außerdem ist es möglich, dass mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen Konstruktionen aufweisen, die von einer antiparallelen Konstruktion verschieden sind.Moreover, it is possible that at least two corresponding interdigital structures are cascaded in parallel and have an antiparallel construction. In addition, it is possible that at least two corresponding interdigital structures have constructions different from an antiparallel construction.

Außerdem ist es möglich, dass mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen in Reihe kaskadiert sind und Konstruktionen aufweisen, die von einer antiparallelen Konstruktion verschieden sind.In addition, it is possible that at least two corresponding interdigital structures are cascaded in series and have structures that are different from an antiparallel construction.

Es ist möglich, dass mindestens zwei Interdigitalstrukturen innerhalb derselben akustischen Spur angeordnet sind. It is possible that at least two interdigital structures are arranged within the same acoustic track.

Eine akustische Spur bezeichnet den Bereich auf oder in einem piezoelektrischen Material, wo sich elektroakustische Wellen entlang einer Richtung ausbreiten.An acoustic track refers to the area on or in a piezoelectric material where electroacoustic waves propagate along one direction.

Interdigitalstrukturen innerhalb derselben akustischen Spur können durch elektroakustische Reflektoren akustisch getrennt sein. Jedoch ist es möglich, dass die Strukturen akustisch gekoppelt sein können.Interdigital structures within the same acoustic track may be acoustically separated by electroacoustic reflectors. However, it is possible that the structures may be acoustically coupled.

Dementsprechend ist es möglich, dass mindestens zwei Interdigitalstrukturen zwischen elektroakustischen Reflektoren angeordnet sind.Accordingly, it is possible for at least two interdigital structures to be arranged between electroacoustic reflectors.

Elektroakustische Reflektoren begrenzen akustische Energie auf den Bereich zwischen den Reflektoren innerhalb einer akustischen Spur.Electroacoustic reflectors confine acoustic energy to the area between the reflectors within an acoustic track.

Die elektroakustischen Strukturen können eine wandlerähnliche Interdigitalgeometrie aufweisen, wo Elektrodenfinger auf einem piezoelektrischen Material angeordnet und mit einer Sammelschiene verschaltet sind. Anregungsbereiche sind zwischen benachbarten elektroakustischen Fingern angeordnet, die mit der Sammelschiene elektrisch verschaltet sind. Der Abstand zwischen der Mitte eines Elektrodenfingers und der Mitte eines benachbarten Elektrodenfingers bestimmt hauptsächlich die Hälfte der Wellenlänge A/2 einer akustischen Welle einer Arbeitsfrequenz des Resonators. Die Elektrodenstrukturen eines Resonators können eine Schichtstruktur aufweisen, wo zwei oder mehr Metalle oder Legierungen einer unterschiedlichen Zusammensetzung aufeinander angeordnet sind. Die Elektrodenstrukturen eines elektroakustischen Resonators können mit einem dielektrischen Material, z.B. einer TCF-Ausgleichstruktur (TCF = Temperaturkoeffizient der Frequenz) bedeckt sein, um durch Temperatur verursachte Frequenzdriften auszugleichen. Eine solche TCF-Ausgleichschicht kann ein Siliziumoxid, wie z.B. ein Siliziumdioxid, umfassen. Das piezoelektrische Substrat kann ein monolithisches piezoelektrisches Material oder ein Schichtsystem sein, das piezoelektrische Schichten, dielektrische Schichten und Metallschichten umfasst.The electroacoustic structures may have a transducer-like interdigital geometry where electrode fingers are disposed on a piezoelectric material and connected to a bus bar are interconnected. Excitation regions are disposed between adjacent electroacoustic fingers, which are electrically connected to the busbar. The distance between the center of an electrode finger and the center of an adjacent electrode finger mainly determines half the wavelength A / 2 of an acoustic wave of an operating frequency of the resonator. The electrode structures of a resonator may have a layer structure where two or more metals or alloys of a different composition are arranged one on top of the other. The electrode structures of an electroacoustic resonator may be covered with a dielectric material, such as a TCF (TCF) temperature compensation structure, to compensate for frequency drift caused by temperature. Such a TCF compensation layer may comprise a silicon oxide, such as a silicon dioxide. The piezoelectric substrate may be a monolithic piezoelectric material or a layer system comprising piezoelectric layers, dielectric layers and metal layers.

Es ist möglich, dass ein HF-Filter einen oder mehrere elektroakustische Resonatoren umfasst, wie vorstehend beschrieben.It is possible that an RF filter comprises one or more electroacoustic resonators as described above.

Ein solcher elektroakustischer Resonator kann zusammen mit anderen elektroakustischen Resonatoren in einer elektrischen Konfiguration verwendet werden, um HF-Filter, wie z.B. Bandpassfilter oder Bandsperrfilter, zu bilden. Zum Beispiel sind in einer leiterartigen Konfiguration Reihenresonatoren in Reihen in einem Signalpfad elektrisch verschaltet. Parallele Resonatoren, die in Querpfaden angeordnet sind, verbinden den Signalpfad elektrisch mit Masse. In einem solchen HF-Filter können ein oder einige oder alle Resonatoren die vorstehend erwähnten Strukturen umfassen, um eine Leistungsbeständigkeit und Linearität zu ermöglichen.Such an electroacoustic resonator may be used in conjunction with other electroacoustic resonators in an electrical configuration to provide RF filters, e.g. Bandpass filter or bandstop filter to form. For example, in a ladder-like configuration, series resonators are electrically connected in series in a signal path. Parallel resonators arranged in transverse paths electrically connect the signal path to ground. In such an RF filter, one or some or all of the resonators may include the above-mentioned structures to enable power durability and linearity.

Es ist möglich, dass ein oder mehrere solche HF-Filter elektrisch verschaltet sind, um einen Multiplexer zu bilden. Daher kann ein Multiplexer ein oder mehrere HF-Filter umfassen, wie vorstehend beschrieben. Multiplexer können Duplexer mit einem Bandpassfilter für Sendesignale und einem Bandpassfilter für Empfangssignale sein. Zwischen einem Bandpassfilter für Empfangssignale (einem Empfangsfilter) und einem Bandpassfilter für Sendesignale (einem Transmissionsfilter) kann eine Impedanzanpassungsschaltung bereitgestellt sein, um die zwei Filter elektrisch zu entkoppeln. Jedoch sind Multiplexer höherer Ordnungen, z.B. Quad-Plexer, die vier Bandpassfilter umfassen, oder Hex-Plexer, die sechs Bandpassfilter umfassen, ebenfalls möglich.It is possible that one or more such RF filters are electrically interconnected to form a multiplexer. Therefore, a multiplexer may include one or more RF filters as described above. Multiplexers may be duplexers with a bandpass filter for transmit signals and a bandpass filter for receive signals. Between a received-signal bandpass filter (a reception filter) and a transmission-type band-pass filter (a transmission filter), an impedance matching circuit may be provided to electrically decouple the two filters. However, higher order multiplexers, e.g. Quad plexers comprising four bandpass filters or hex plexers comprising six bandpass filters are also possible.

Der Resonator kann in HF-Filtern von Kommunikationsvorrichtungen, die Band-13-Frequenzen zusammen mit GPS-Frequenzen nutzen, die Band-8-Frequenzen zusammen mit Band-3-Frequenzen nutzen, die Band-41-Frequenzen zusammen mit 5-GHz-WLAN-Frequenzen nutzen, oder ähnlichen Kombinationen verwendet werden, in denen Harmonische eines verwendeten Frequenzbandes mit anderem verwendeten Frequenzband kollidieren. Die genannten Bänder und Frequenzen beziehen sich auf Standards, die am Tag der Einreichung der vorliegenden Anmeldung gültig sind.The resonator can be used in RF filters of communication devices that use Band-13 frequencies together with GPS frequencies, the Band-8 frequencies together with Band-3 frequencies, the Band-41 frequencies together with 5-GHz Use Wi-Fi frequencies, or similar combinations are used in which harmonics of a frequency band used collide with other frequency band used. The said bands and frequencies refer to standards which are valid on the date of filing of the present application.

Zentrale Aspekte des elektroakustischen Resonators und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen sind in den schematischen Figuren dargestellt.Central aspects of the electroacoustic resonator and details of preferred embodiments are shown in the schematic figures.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Anordnung von Interdigitalstrukturen eines elektroakustischen Resonators.
  • 2 eine mögliche Umsetzung mit einer Kaskade 4-ten Grades in jedem Satz.
  • 3 eine Implementierung, in der in jedem Satz zwei Interdigitalstrukturen in Reihe kaskadiert sind.
  • 4 eine Ausführungsform mit vier Interdigitalstrukturen, die in jedem Satz in Reihe elektrisch kaskadiert sind.
  • 5 eine Implementierung, in der Zwischensammelschienen der zwei Sätze galvanisch getrennt sind.
  • 6 eine mögliche Konstruktion eines Bandpassfilters in einer leiterartigen Konfiguration.
  • 7 eine mögliche Konstruktion eines Duplexers, der zwei elektroakustische Filter umfasst.
  • 8 Leistungskompressionsmessungen.
  • 9 simulierte Werte für Störungen von zweiten Harmonischen.
  • 10 simulierte Werte für Störungen von dritten Harmonischen.
  • 11 Extrapolationen eines Lebensdauermodells einer ersten Ausführungsform eines elektroakustischen Resonators.
  • 12 frequenzabhängige Eigenerwärmungsleistungen für verschiedene TCF-Ausgleichschichten einer ersten Ausführungsform.
  • 13 extrapolierte Lebensdauerwerte für eine zweite Ausführungsform.
  • 14 frequenzabhängige Eigenerwärmungsleistungen für eine zweite Ausführungsform.
Show it:
  • 1 a schematic arrangement of interdigital structures of an electroacoustic resonator.
  • 2 a possible implementation with a cascade of 4th degree in each sentence.
  • 3 an implementation in which two interdigital structures are cascaded in series in each set.
  • 4 an embodiment with four interdigital structures that are electrically cascaded in series in each set.
  • 5 an implementation in which intermediate busbars of the two sets are galvanically isolated.
  • 6 a possible construction of a bandpass filter in a ladder-like configuration.
  • 7 a possible construction of a duplexer comprising two electro-acoustic filters.
  • 8th Power compression measurements.
  • 9 simulated values for second harmonic distortion.
  • 10 simulated values for third harmonic distortion.
  • 11 Extrapolations of a lifetime model of a first embodiment of an electroacoustic resonator.
  • 12 frequency-dependent self-heating powers for different TCF compensation layers of a first embodiment.
  • 13 extrapolated lifetime values for a second embodiment.
  • 14 frequency-dependent self-heating powers for a second embodiment.

1 zeigt die Beziehungen verschiedener Interdigitalstrukturen von elektroakustischen Resonatoren EAR in Bezug aufeinander. Jede Interdigitalstruktur IDS gehört entweder zu einem ersten Satz S1 oder zu einem zweiten Satz S2 von Interdigitalstrukturen des elektroakustischen Resonators. Interdigitalstrukturen können in Reihe oder parallel kaskadiert sein. Dementsprechend sind Interdigitalstrukturen IDS durch zwei Zahlen indiziert. Die erste Zahl bezeichnet die „Zeile“. Die zweite Zahl bezeichnet die „Spalte“. Dementsprechend weist jeder Satz S1, S2 N Spalten und M Zeilen von Interdigitalstrukturen. 1 shows the relationships of different interdigital structures of electroacoustic resonators EAR in relation to each other. Every interdigital structure IDS belongs either to a first sentence S1 or to a second sentence S2 of interdigital structures of the electroacoustic resonator. Interdigital structures can be cascaded in series or in parallel. Accordingly, interdigital structures IDS indicated by two numbers. The first number denotes the "line". The second number denotes the "column". Accordingly, each sentence points S1 . S2 N columns and M rows of interdigital structures.

Reihenverbindungen innerhalb derselben Zeile und eine parallele Verbindung innerhalb derselben Spalte sind möglich. Bevorzugt ist, dass mindestens eine Reihenverbindung in S1 und S2 vorhanden ist, um die Leistungsbeständigkeit zu verbessen, und dass eine parallele Verbindung zwischen S1 und S2 vorhanden ist, um Harmonische aufzuheben.Row connections within the same row and a parallel connection within the same column are possible. It is preferred that at least one series compound in S1 and S2 is present to improve the constancy of performance, and that a parallel connection between S1 and S2 is present to pick up harmonics.

Für jede Interdigitalstruktur IDS des ersten Satzes S1 besteht eine entsprechende Interdigitalstruktur mit der gleichen Indizierung im zweiten Satz, die der entsprechenden Interdigitalstruktur des ersten Satzes bezüglich ihrer Kaskadierung gleicht.For every interdigital structure IDS of the first sentence S1 There is a corresponding interdigital structure with the same indexing in the second set, which is similar to the corresponding interdigital structure of the first set with respect to their cascading.

Der Klarheit wegen sind elektrische Verbindungen in der Darstellung von 1 weggelassen.For clarity, electrical connections in the illustration of 1 omitted.

2 zeigt eine Ausführungsform, in der der erste Satz eine vierfache Reihenkaskade von vier Interdigitalstrukturen IDS1,1 bis IDS1,4 aufweist. Die Wandler der Interdigitalstrukturen sind zwischen elektroakustischen Reflektoren REF angeordnet. Eine erste, zentrale Sammelschiene verbindet elektrisch die ersten Interdigitalstrukturen IDS1,1. Zwei zweite Sammelschienen BB verbinden die entsprechenden letzten Interdigitalstrukturen IDS1,4. 2 FIG. 12 shows an embodiment in which the first set comprises a four-fold row cascade of four interdigital structures IDS1,1 to IDS1,4. The transducers of the interdigital structures are between electroacoustic reflectors REF arranged. A first central busbar electrically connects the first interdigital structures IDS1,1. Two second busbars BB connect the corresponding last interdigital structures IDS1,4.

Die akustischen Reflektoren REF, die Sammelschienen BB und die Elektrodenfinger sind auf einem piezoelektrischen Substrat PS angeordnet und bilden einen SAW-Resonator (SAW = akustische Oberflächenwelle) oder einen GBAW-Resonator (GBAW = geführte akustische Volumenwelle).The acoustic reflectors REF , the busbars BB and the electrode fingers are on a piezoelectric substrate PS arranged and form a SAW resonator (SAW = surface acoustic wave) or a GBAW resonator (GBAW = guided bulk acoustic wave).

Eine konkrete Ausführungsform können ThinFilm-SAW-Vorrichtungen und/oder HQTCF-SAW-Vorrichtungen darstellen.A specific embodiment may be thin film SAW devices and / or HQTCF SAW devices.

3 zeigt eine mögliche Anordnung zweier Interdigitalstrukturen IDS1,1, IDS1,2 pro Satz von Interdigitalstrukturen. Die zwei Interdigitalstrukturen sind in einer Linie innerhalb derselben akustischen Spur angeordnet. Akustische Energie wird durch akustische Reflektoren begrenzt. Optional ist ein weiterer akustischer Reflektor zwischen den zwei Interdigitalstrukturen desselben Satzes angeordnet. 3 shows a possible arrangement of two interdigital structures IDS1,1 . IDS1,2 per set of interdigital structures. The two interdigital structures are arranged in a line within the same acoustic track. Acoustic energy is limited by acoustic reflectors. Optionally, another acoustic reflector is arranged between the two interdigital structures of the same set.

4 zeigt die Möglichkeit des Anordnens von vier in Reihe kaskadierten Interdigitalstrukturen in einer einzelnen akustischen Spur zwischen zwei akustischen Reflektoren. Eine zentrale Sammelschiene am Eingangsanschluss, eine zentrale Sammelschiene am Ausgangsanschluss und eine Zwischensammelschiene werden durch beide Sätze verwendet. 4 shows the possibility of arranging four series cascaded interdigital structures in a single acoustic track between two acoustic reflectors. A central bus bar at the input terminal, a central bus bar at the output terminal and an intermediate bus bar are used by both sets.

Dagegen zeigt 5 eine Ausführungsform, in der die Zwischensammelschiene in zwei getrennte Sammelschienen aufgeteilt ist, so dass eine galvanische Trennung erzielt wird.On the other hand shows 5 an embodiment in which the sub-busbar is divided into two separate busbars, so that a galvanic isolation is achieved.

6 zeigt die Möglichkeit eines elektrischen Verbindens von elektroakustischen Resonatoren EAR in einer leiterartigen Konfiguration, um ein elektroakustisches Filter EAF, wie z.B. ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter, zu bilden. Wenn das Filter EAF ein Empfangsfilter ist, dann können HF-Signale am Anschluss P2 empfangen und an eine externe Schaltungsumgebung durch Anschluss P1 bereitgestellt sind. Wenn jedoch das Filter EAF ein Transmissionsfilter ist, dann werden die Sendesignale am Anschluss P1 von einer externen Schaltungsumgebung empfangen und an eine Antenne oder ein Antennensystem am Anschluss P2 bereitgestellt. 6 shows the possibility of electrically connecting electroacoustic resonators EAR in a ladder-like configuration to form an electro-acoustic filter EAF, such as a band-pass filter or a band-stop filter. If the filter EAF is a receive filter, then RF signals can be sent to the port P2 received and sent to an external circuit environment through connection P1 are provided. However, if the filter EAF is a transmission filter, then the transmission signals at the terminal P1 from an external circuit environment and to an antenna or antenna system at the port P2 provided.

Dementsprechend zeigt 7 die Möglichkeit des Kombinierens zweier elektroakustischer Filter EAF1, EAF2, um einen Duplexer DU zu bilden. EAF1 realisiert ein Empfangsfilter. EAF2 realisiert ein Transmissionsfilter, eine Anpassungsschaltung MN ist zwischen den zwei elektroakustischen Filtern angeordnet, um eine elektrische Entkopplung bereitzustellen.Accordingly shows 7 the possibility of combining two electroacoustic filters EAF1 . EAF2 to a duplexer YOU to build. EAF1 implements a receive filter. EAF2 implements a transmission filter, a matching circuit MN is disposed between the two electroacoustic filters to provide electrical decoupling.

8 zeigt Ergebnisse von Leistungskompressionsmessungen, die die Leistungsfähigkeit einer Konfiguration gemäß 2 (Kurven 1) mit einer Leistungsfähigkeit einer Konfiguration gemäß 5 (Kurven 2) vergleichen. Die Ausgangsleistung ist hauptsächlich linear zu der Eingangsleistung, wobei sie einen großen Eingangsleistungsbereich abdeckt. 8th shows results of power compression measurements that demonstrate the performance of a configuration according to 2 (Curves 1) with a performance of a configuration according to 5 (Curves 2) compare. The output power is mainly linear with the input power, covering a large input power range.

9 zeigt Messungen der zweiten Harmonischen für die zwei Ausführungsformen für eine Vielzahl von verschiedenen Materialien einer gedruckten Leiterplatte, auf der die Filterkomponente angeordnet ist. Erneut beziehen sich Kurven 1 auf die in 2 gezeigte Ausführungsform. Kurven 2 beziehen sich auf die Ausführungsform von 5. Die Eingangsleistung beträgt 31 dBm. 9 shows second harmonic measurements for the two embodiments for a variety of different printed circuit board materials on which the filter component is disposed. Again, curves relate 1 on the in 2 shown embodiment. curves 2 refer to the embodiment of 5 , The input power is 31 dBm.

10 zeigt die Ergebnisse von Messungen dritter Harmonischen für die zwei Ausführungsformen (2, 5) für eine Eingangsleistung von 31 dBm. 10 shows the results of third harmonic measurements for the two embodiments ( 2 . 5 ) for an input power of 31 dBm.

11 zeigt Extrapolationen eines Lebensdauermodells auf der Grundlage eines Tests bei 125 °C und 55 °C für ein Bandpassfilter, das einen Resonator, wie in 2 dargestellt, aufweist. 11 Figure 12 shows extrapolations of a lifetime model based on a test at 125 ° C and 55 ° C for a bandpass filter employing a resonator as in 2 shown, has.

12 zeigt frequenzabhängige Eigenerwärmungsdichten für ein Bandpassfilter, das eine Struktur, wie in 2 dargestellt, und verschiedene TCF-Schichten, die verschiedene Temperaturkoeffizienten der Frequenzen bereitstellen, aufweist. 12 shows frequency-dependent self-heating densities for a band-pass filter having a structure as in FIG 2 and various TCF layers providing different temperature coefficients of frequencies.

13 und 14 zeigen den entsprechenden Wert für eine Ausführungsform, die auf einer Resonatorkonfiguration, wie in 5 dargestellt, basiert. 13 and 14 show the corresponding value for an embodiment based on a resonator configuration as in FIG 5 shown, based.

Somit sind Resonatorkonfigurationen bereitgestellt, die Verbesserungen hinsichtlich der Leistungsbeständigkeit und Linearität ermöglichen. Der elektroakustische Resonator ist nicht durch die genannten Einzelheiten und die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Elektroakustische Resonatoren, die weitere Interdigitalstrukturen, Reihenverbindungen und Parallelverbindungen von Schaltungselementen umfassen, sind ebenfalls aufgenommen.Thus, resonator configurations are provided that allow for improvements in performance and linearity. The electroacoustic resonator is not limited by the details and the illustrated embodiments. Electroacoustic resonators comprising other interdigital structures, series connections and parallel connections of circuit elements are also included.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AN:AT:
Antenne oder AntennenstrukturAntenna or antenna structure
BB:BB:
Sammelschienebus
C:C:
Entsprechung zwischen Interdigitalstrukturen verschiedener SätzeCorrespondence between interdigital structures of different sentences
DU:YOU:
Duplexerduplexer
EAF1, EAF2:EAF1, EAF2:
Erstes, zweites elektroakustisches Filter eines DuplexersFirst, second electro-acoustic filter of a duplexer
EAR:EAR:
Elektroakustischer ResonatorElectro-acoustic resonator
IDS:IDS:
InterdigitalstrukturenInterdigital structures
MN:MN:
AnpassungsnetzwerkMatching network
P1, P2:P1, P2:
Erster, zweiter Anschluss eines elektroakustischen FiltersFirst, second connection of an electro-acoustic filter
PS:PS:
Piezoelektrisches SubstratPiezoelectric substrate
REF:REF:
Akustischer ReflektorAcoustic reflector
S1, S2:S1, S2:
Erster, zweiter Satz von InterdigitalstrukturenFirst, second set of interdigital structures
SL:SL:
Symmetrielinie, die zwei Aspekte von Symmetrie anzeigtSymmetry line indicating two aspects of symmetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Generation mechanisms of second-order nonlinearity in surface acoustic wave devices“, K. Hashimoto, R. Kodaira, T. Omori, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 [0003]"Generation mechanisms of second-order nonlinearity in surface acoustic wave devices", K. Hashimoto, R. Kodaira, T. Omori, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 [0003]
  • „Application of a rigorous non-linear P-matrix method to the simulation of third order intermodulation in test devices in duplexers“, M. Mayer, W. Ruile, J. Johnson, J. Kiwitt, R. San Jose, E. Schmidhammer, I. Bleyl, K. Wagner, E. Mayer, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 [0003]"Application of a rigorous non-linear P-matrix method to the simulation of third order intermodulation in test devices in duplexers", M. Mayer, W. Ruile, J. Johnson, J. Kiwitt, R. San Jose, E. Schmidhammer , I. Bleyl, K. Wagner, E. Mayer, IEEE International Ultrasonic Symposium Proceedings 2014 [0003]

Claims (11)

Elektroakustischer Resonator mit erhöhter Leistungsbeständigkeit und verbesserter Linearität, umfassend: - einen ersten Satz von I ≥ 2 Interdigitalstrukturen, - einen zweiten Satz von I ≥ 2 Interdigitalstrukturen, wobei - der erste Satz von Interdigitalstrukturen mit dem zweiten Satz von Interdigitalstrukturen elektrisch parallel verschaltet ist, - in dem ersten Satz von Interdigitalstrukturen mindestens zwei Interdigitalstrukturen in Reihe verschaltet sind, - jede Interdigitalstruktur des ersten Satzes einer Interdigitalstruktur des zweiten Satzes entspricht und das Verbindungsschema des ersten und des zweiten Satzes symmetrisch ist.An electroacoustic resonator with increased power stability and improved linearity, comprising: a first set of I ≥ 2 interdigital structures, a second set of I ≥ 2 interdigital structures, wherein the first set of interdigital structures is electrically connected in parallel with the second set of interdigital structures, in the first set of interdigital structures at least two interdigital structures are connected in series, - Each interdigital structure of the first set of an interdigital structure of the second set corresponds and the connection scheme of the first and the second set is symmetrical. Elektroakustischer Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, der I = 4 Interdigitalstrukturen im ersten Satz umfasst.An electroacoustic resonator according to the preceding claim, comprising I = 4 interdigital structures in the first set. Elektroakustischer Resonator nach Anspruch 1, wobei die Interdigitalstrukturen im ersten Satz in Reihe verschaltet sind.Electroacoustic resonator after Claim 1 , wherein the interdigital structures are connected in series in the first set. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen eine antiparallele Konstruktion aufweisen.Electroacoustic resonator according to one of the preceding claims, wherein at least two corresponding interdigital structures have an antiparallel construction. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Gruppen von entsprechenden Interdigitalstrukturen parallel verschaltet sind und eine antiparallele Konstruktion aufweisen.Electroacoustic resonator according to one of the preceding claims, wherein at least two groups of corresponding interdigital structures are connected in parallel and have an antiparallel construction. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen Konstruktionen aufweisen, die von einer antiparallelen Konstruktion verschieden sind.An electroacoustic resonator according to any one of the preceding claims, wherein at least two corresponding interdigital structures have constructions different from an antiparallel construction. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei entsprechende Interdigitalstrukturen in Reihe verschaltet sind und Konstruktionen aufweisen, die von einer antiparallelen Konstruktion verschieden sind.An electroacoustic resonator according to any one of the preceding claims, wherein at least two corresponding interdigital structures are connected in series and have constructions different from an antiparallel construction. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Interdigitalstrukturen innerhalb derselben akustischen Spur angeordnet sind.Electroacoustic resonator according to one of the preceding claims, wherein at least two interdigital structures are arranged within the same acoustic track. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Interdigitalstrukturen zwischen elektroakustischen Reflektoren angeordnet sind.Electroacoustic resonator according to one of the preceding claims, wherein at least two interdigital structures are arranged between electroacoustic reflectors. HF-Filter, das einen oder mehrere elektroakustische Resonatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.An RF filter comprising one or more electroacoustic resonators according to any one of the preceding claims. Multiplexer, der ein oder mehrere HF-Filter nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.A multiplexer comprising one or more RF filters according to the preceding claim.
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