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Diese
Erfindung bezieht sich auf Filter und insbesondere bezieht sich
diese Erfindung auf Filter, die Volumenwellen-(BAW)-Resonatoren, gestapelte Kristallfilter-(SCF)-Vorrichtungen und
passive Komponenten für
das Steuern der Durchlassbandeigenschaften der Filter einschließen.
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Es
ist bekannt, monolithische Filter herzustellen, die Volumenwellen-(BAW)-Resonatorvorrichtungen einschließen (die
aus dem Stand der Technik auch als Dünnfilm-Volumenwellenresonatoren (Thin Film
Bulk Acoustic Wave Resonators (FBARs) bekannt sind). Aktuell gibt
es primär
zwei bekannte Typen von Volumenwellenvorrichtungen, nämlich BAW-Resonatoren und gestapelte
Quarzfilter (Stacked Crystal Filters, SCFs). Ein Unterschied zwischen
den BAW-Resonatoren und den SCFs ist die Anzahl der Schichten, die
in die Strukturen der jeweiligen Vorrichtungen eingefügt sind.
Beispielsweise umfassen BAW-Resonatoren typischerweise zwei Elektroden
und eine einzige piezoelektrische Schicht, die zwischen den zwei
Elektroden angeordnet ist. Eine oder mehrere Membranschichten können auch
zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem Substrat der jeweiligen
Vorrichtungen verwendet werden. SCF-Vorrichtungen umfassen im Gegensatz
dazu typischerweise zwei piezoelektrische Schichten und drei Elektroden.
In den SCF-Vorrichtungen ist eine erste der zwei piezoelektrischen
Schichten zwischen einer ersten unteren der drei Elektroden und
einer zweiten, mittleren der drei Elektroden angeordnet, und eine
zweite Schicht der piezoelektrischen Schichten ist zwischen der
mittleren Elektrode und der dritten, obersten der drei Elektroden
angeordnet. Die mittlere Elektrode wird im allgemeinen als erdende
Elektrode verwendet.
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BAW-Resonatoren
ergeben parallele und serielle Resonanzen bei Frequenzen, die sich
um eine Größe unterscheiden,
die eine Funktion eines piezoelektrischen Koeffizienten des piezoelektrischen
Materials ist, das verwendet wird, um die Vorrichtungen zu konstruieren
(zusätzlich
zu anderen Faktoren, die die Typen der Schichten und andere Materialien,
die in der Vorrichtung verwendet werden, einschließen). Beispielsweise
ist bei einem BAW-Resonator, bei dem es ein großes Verhältnis zwischen einer Dicke
einer Membranschicht des Resonators zu einer Dicke einer piezoelektrischen
Schicht des Resonators gibt, die Frequenzdifferenz zwischen den
parallelen und seriellen Resonanzen des Resonators klein. Bei BAW-Resonatoren,
die Elektroden und eine piezoelektrische Schicht einschließen, die
aber keine Membranschichten einschließen, ist die Frequenzdifferenz
zwischen den seriellen und parallelen Resonanzen der Vorrichtungen
groß.
Die Frequenzdifferenz zwischen den seriellen und parallelen Resonanzen
eines BAW-Resonators hängt
auch von der verwendeten Betriebsfrequenz ab. Wenn es beispielsweise
eine Frequenzdifferenz von 30 MHz zwischen den parallelen und seriellen
Resonanzen eines Resonators gibt, der bei 1 GHz betrieben wird,
würde es
eine Frequenzdifferenz von 60 MHz zwischen diesen Resonanzen geben,
wenn der Resonator bei 2 GHz betrieben wird (wenn man annimmt, dass
die relative Dicke der Resonatorschichten in jedem Fall gleich ist).
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BAW-Resonatoren
werden oft in Bandpassfiltern verwendet, die verschiedene Topologien
aufweisen. Beispielsweise werden Filtern, die BAW-Resonatoren einschließen, oft
so konstruiert, dass sie Abzweigtopologien (ladder topologies) aufweisen.
Für die
Zwecke dieser Beschreibung werden Abzweigfilter, die primär aus BAW-Resonatoren
konstruiert sind, auch als "BAW-Abzweigfilter" bezeichnet. Die
Gestalt von Abzweigfiltern ist in einer Publikation beschrieben
mit dem Titel "Thin
Film Bulk Acoustic Wave Filters for GPS", von K.M. Lakin et al. (Lakin), IEEE
Ultrasonic Symposium 1992, Seiten 471–476. Wie in dieser Publikation
beschrieben ist, werden BAW-Abzweigfilter typischerweise so konstruiert,
dass ein oder mehrere BAW-Resonatoren in Serie innerhalb der Filter
verbunden sind, und eine oder mehrere BAW-Resonatoren parallel in
den Filtern verbunden sind. Ein beispielhaftes BAW-Abzweigfilter 41,
das zwei BAW-Resonatoren 42 und 43 einschließt, ist in 8d gezeigt.
Ein anderes beispielhaftes (einzelnes) BAW-Abzweigfilter 44,
das zwei in Serie verbundene BAW-Resonatoren 43 und 45 und
zwei parallel verbundene BAW-Resonatoren 42 und 46 aufweist,
ist in 8f gezeigt. Eine Ersatzschaltung
des BAW-Filters 44 ist in 8h gezeigt.
Eine nochmals anderes beispielhaftes BAW-Abzweigfilter 47 ist in 8i gezeigt.
Dieses Filter 47 weist eine "ausgeglichene" Topologie auf, und ist ähnlich dem
Filter 44 der 8f, aber
umfasst auch einen BAW-Resonator 48 und einen BAW-Resonator 49.
Eine Ersatzschaltung dieses Filters 47 ist in 8j gezeigt.
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BAW-Abzweigfilter
sind typischerweise so konstruiert, dass die in Serie verbundenen
Resonatoren (die auch als "Serienresonatoren" bezeichnet werden)
eine Serienresonanz bei einer Frequenz ergeben, die ungefähr gleich
der gewünschten
(das ist "konstruierte") Mittenfrequenz
der jeweiligen Filter ist oder nahe an diese heran kommt. In ähnlicher
Weise sind die BAW-Abzweigfilter so gestaltet, dass die parallel
verbundenen Resonatoren (auch als Shunt-Resonatoren oder "Parallelresonatoren" bezeichnet) eine parallele Resonanz bei
einer Frequenz ergeben, die ungefähr gleich der gewünschten
Mittenfrequenz der jeweiligen Filter ist oder nahe an diese heran
kommt.
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BAW-Abzweigfilter
ergeben Durchlassbänder
mit Bandbreiten, die eine Funktion von beispielsweise den Typen
der Materialien, die verwendet werden, um die piezoelektrischen
Schichten der BAW-Resonatoren zu formen, und der jeweiligen Dicken
der Schichtenstapel der BAW-Resonatoren sind. Typischerweise werden die
in Serie verbundenen BAW-Resonatoren
der BAW-Abzweigfilter so hergestellt, dass sie dünnere Schichtenstapel als die
parallel verbundenen Resonatoren der Filter haben. Somit treten
die seriellen und parallelen Resonanzen, die sich bei in Serie verbundenen
BAW-Resonatoren
ergeben, bei etwas höheren
Frequenzen auf als die seriellen und parallelen Resonanzfrequenzen,
die sich bei parallel verbundenen BAW-Resonatoren ergeben (obwohl
die Serienresonanz jedes in Serie verbundenen BAW-Resonators dennoch
an einer Frequenz auftritt, die nahe der gewünschten Filtermittenfrequenz
des Frequenzspektrums liegt). In einem BAW-Abzweigfilter bewirken
die parallelen Resonanzen, die sich durch die in Serie verbundenen
BAW-Resonatoren ergeben, dass das Filter eine Einbuchtung (notch)
oberhalb des oberen Randes oder Randgebiets des Durchlassbands des
Filters zeigen, und die Serienresonanzen, die sich durch die parallel
verbundenen BAW-Resonatoren ergeben, bewirken, dass das Filter eine
Einbuchtung unterhalb des unteren Rands des Filterdurchlassbands
zeigt. Diese Einbuchtungen weisen "Tiefen" auf, die eine Funktion von akustischen
und elektrischen Verlusten der in Serie verbundenen und der parallel
verbundenen BAW-Resonatoren sind (das heißt die Einbuchtungstiefen sind
eine Funktion der Gütefaktoren
der parallelen und seriellen BAW-Resonatoren).
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Der
Unterschied in der Dicke der Schichtenstapel der in Serie verbundenen
und der parallel verbundenen BAW-Resonatoren kann während der
Herstellung der Vorrichtungen erzielt werden. Beispielsweise kann
in einem Fall, in dem die BAW-Resonatoren eine oder mehrere Membranschichten
einschließen,
eine zusätzliche
Schicht eines geeignetes Materials und einer geeignete Dicke zu
den Membranschichten der parallel verbundenen Vorrichtungen während der
Herstellung hinzugefügt
werden, so dass, nachdem die Vorrichtungen vollständig hergestellt
sind, die parallel verbundenen Vorrichtungen dickere Schichtenstapel
als die seriell verbundenen Resonatoren aufweisen. In einem anderen
Beispiel können
die Serienresonatoren so hergestellt werden, dass sie eine dünnere piezoelektrische
Schicht als die Parallelresonatoren aufweisen, und/oder die Dicken
der oberen Elektroden der Serienresonatoren können nach dem Abscheiden der
oberen Elektrodenschichten unter Verwendung einer geeigneten Technik
um einen gewählten
Betrag reduziert werden. Diese Schritte erfordern die Verwendung
von Maskierungsschichten. Dadurch dass eine Parallelresonanz, die
sich durch einen in Serie verbundenen BAW-Resonator eines BAW-Abzweigfilters
ergibt, bewirkt, dass das Filter eine Einbuchtung oberhalb des oberen
Rands oder Randbereichs des Durchlassbands des Filters zeigt, und die
Serienresonanz, die sich durch einen parallel verbundenen BAW-Resonator
des BAW-Abzweigfilters ergibt, bewirkt, dass das Filter eine Einbuchtung
unterhalb des unteren Rands des Durchlassbands des Filters zeigt,
kann man erkennen, dass die maximal erzielbare Bandbreite des Filters
durch die Frequenzdifferenz zwischen der parallelen Resonanzfrequenz
des in Serie verbundenen Resonators und der Serienresonanzfrequenz
des parallel verbundenen Resonators definiert wird. Man betrachte
beispielsweise ein BAW-Abzweigfilter,
das einen in Serie verbundenen BAW-Resonator und einen parallel
verbundenen BAW-Resonator einschließt. Es wird angenommen, dass
der in Serie verbundene BAW-Resonator eine Serienresonanzfrequenz von
947 MHz und eine Parallelresonanzfrequenz von 980 MHz aufweist,
und es wird angenommen, dass der parallel verbundene BAW-Resonator
eine Parallelresonanzfrequenz von 947 MHz und eine Serienresonanzfrequenz
von 914 MHz aufweist. In diesem Beispiel wird die Bandbreite des
BAW-Abzweigfilters durch die Differenz zwischen den Frequenzen 980
MHz und 914 MHz definiert.
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Die
Leistung eines BAW-Abzweigfilters kann weiter in Anbetracht der
Ersatzschaltung konzentrierter Elemente eines BAW-Resonators, die
in 4b gezeigt ist, verstanden werden. Die Ersatzschaltung
umfasst eine Ersatzinduktivität
(Lm), eine Ersatzkapazität
(Cm) und einen Ersatzwiderstand (R), die in Serie verbunden sind,
und eine parallele parasitäre
Kapazität
(Co). Die Serienresonanz des BAW-Resonators wird durch
die Ersatzinduktivität
(Lm) und die Ersatzkapazität
(Cm) verursacht. Bei der Serienresonanzfrequenz des BAW-Resonators
ist die Impedanz des BAW-Resonators niedrig (das heißt in einem
idealen Fall, bei dem es keine Verluste in der Vorrichtung gibt,
funktioniert der BAW-Resonator wie ein Kurzschluss). Bei Frequenzen,
die niedriger als diese Serienresonanzfrequenz sind, ist die Impedanz
des BAW-Resonators kapazitiv. Bei Frequenzen, die höher als
die Serienresonanzfrequenz des BAW-Resonators sind, aber die niedriger
als die Parallelresonanzfrequenz der Vorrichtung (die Parallelresonanz
ergibt sich aus der Ersatzkapazität (Co))
sind, ist die Impedanz des BAW-Resonators induktiv. Auch bei höheren Frequenzen
als die Parallelresonanzfrequenz des BAW-Resonators ist die Impedanz der Vorrichtung
wieder kapazitiv, und bei der Parallelresonanzfrequenz der Vorrichtung
ist die Impedanz des BAW-Resonators hoch (das heißt in einem
idealen Fall ist die Impedanz unendlich, und die Schaltung ähnelt einer
offenen Schaltung bei der Parallelresonanzfrequenz).
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Bei
einem beispielhaften Fall, bei dem zwei BAW-Resonatoren (beispielsweise
ein paralleler BAW-Resonator und ein Serien-BAW-Resonator), die Ersatzschaltungen
aufweisen, die ähnlich
der in 4b gezeigten sind, in einem
BAW-Abzweigfilter verwendet werden, ist die niedrigste Resonanzfrequenz
des Filters eine, bei dem die Serienresonanz des parallelen BAW-Resonators auftritt.
Bei dieser Frequenz wird eine Eingabe des BAW-Abzweigfilters wirksam
zur Erde kurzgeschlossen, und somit zeigt die Frequenzantwort des BAW-Abzweigfilters
eine tiefe Einbuchtung unterhalb des Durchlassbands des Filters.
Die nächst
höheren
Resonanzfrequenzen des BAW-Abzweigfilters sind die Serienresonanzfrequenz
des Serien-BAW-Resonators und die Parallelresonanzfrequenz des Parallel-BAW-Resonators.
Diese Resonanzfrequenzen liegen innerhalb der Durchlassbandfrequenzen
des BAW-Abzweigfilters und sind bei oder nahe der gewünschten
Mittenfrequenz des BAW-Abzweigfilters
auf dem Frequenzspektrum angeordnet. Bei der Parallelresonanzfrequenz
des Parallel-BAW-Resonators verhält
sich der Parallel-BAW-Resonator wie eine offene Schaltung, und bei
der Serienresonanzfrequenz des Serien-BAW-Resonators verhält sich
der Serien-BAW-Resonator wie ein Kurzschluss (und liefert somit
eine Verbindung mit niedrigem Verlust zwischen den Eingangs- und
Ausgangsanschlüssen
des BAW-Abzweigfilters).
Somit erfährt
in einem Fall, in welchem ein Signal, das eine Frequenz aufweist,
die ungefähr
gleich der Mittenfrequenz des BAW-Abzweigfilters ist, auf den Eingang
des BAW-Abzweigfilters angewandt wird, das Signal einen minimalen
Einfügungsverlust
(das heißt
es stößt auf wenig
Verluste), wenn es die Filterschaltung zwischen dem Eingang und
dem Ausgang des Filters durchquert.
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Die
höchste
Resonanzfrequenz des BAW-Abzweigfilters ist die, bei der der in
Serie verbundene BAW-Resonator eine Parallelresonanz ergibt. Bei
dieser Frequenz verhält
sich der Serien-BAW-Resonator wie eine offene Schaltung, und der
Parallel-BAW-Resonator verhält
sich wie ein Kondensator. Somit sind der Eingang und der Ausgang
des Filters wirksam voneinander entkoppelt, und die Frequenzantwort
des Filters umfasst eine tiefe Einbuchtung oberhalb des Durchlassbandes
des Filters.
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Das
Frequenzverhalten eines BAW-Abzweigfilters, das keine Abstimmelemente
einschließt,
weist typischerweise tiefe Einbuchtungen und steilflankige obere
und untere Durchlassbandränder
(das sind Randbereiche) auf. Unglücklicherweise neigen diese
Typen von Abzweigfiltern dazu, eine schlechte Sperrbereichsdämpfung (das
ist eine Zurückweisung
außerhalb
des Bandes) zu liefern. Ein Beispiel eines gemessenen Frequenzverhaltens
eines BAW-Abzweigfilters (wie das Filter 44a der 8f),
das tiefe Einbuchtungen, steilflankige Durchlassbandränder und
eine schlechte Sperrbereichsdämpfung
zeigt und das vier BAW-Resonatoren und keine Abstimmelemente einschließt, ist
in 9 gezeigt.
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Ein
anderes beispielhaftes Frequenzverhalten ist in 8e für das BAW-Abzweigfilter 41 der 8d gezeigt.
Das BAW-Abzweigfilter 41 ergibt
das Frequenzverhalten der 8e, wenn
man annimmt, dass 1) die Resonatoren 43 und 43 die
Schichten einschließen,
die in den jeweiligen Tabellen 1 und 2 unten aufgeführt sind,
2) die Schichten der Resonatoren 43 und 42 Dicken
aufweisen und Materialien umfassen, die in den jeweiligen Tabellen
1 und 2 aufgeführt
sind, 3) das Filter 41 zwischen 50 Ohm Anschlüssen verbunden
ist, und 4) das Filter 41 keine Abstimmelemente einschließt.
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Wie
man aus den Tabellen 1 und 2 sehen kann, umfasst der BAW-Resonator 42 zwei
Membranschichten, und der BAW-Resonator 43 umfasst nur
eine einzige Membranschicht. Die Verwendung der zwei Membranschichten
im Resonator 42 bewirkt, dass die Resonanzfrequenzen, die
sich aus dem Resonator 42 ergeben, niedriger sind als solche
die sich vom in Serie verbundenen Resonator 43 ergeben,
wie das oben beschrieben wurde.
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Das
Niveau der Sperrbereichsdämpfung
durch ein BAW-Abzweigfilter
kann durch das Hinzufügen
zusätzlicher
BAW-Abzweigfilters
in das Filter und/oder durch das Konstruieren des Filters so, dass
das Verhältnis der
Flächen
der parallel verbundenen BAW-Resonatoren des Filters zu den Flächen der
in Serie verbundenen BAW-Resonatoren des Filters erhöht wird,
erhöht
werden. 8g zeigt eine beispielhaftes "simuliertes" Frequenzverhalten
des Filters 44 (das eine größere Anzahl von Resonatoren
als das Filter 41 einschließt), wenn man annimmt, dass
1) die Resonatoren 43 und 45 die Schichten einschließen, die
die Dicken und Materialien aufweisen, wie sie in Tabelle 1 aufgelistet
sind, 2) die Resonatoren 42 und 46 Schichten einschließen, die
die Dicken und Materialien aufweisen, die in Tabelle 2 aufgelistet
sind, und 3) das Filter 44 keine Abstimmelemente einschließt.
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Wie
man aus den 8e und 8g sehen
kann, wird der Grad der Dämpfung,
der durch das Filter 44 bei Außer-Band-Frequenzen geliefert wird, etwas gegenüber dem
Dämpfungspegel,
der durch das Filter 41, das nur zwei BAW-Resonatoren einschließt, verbessert.
Unglücklicherweise
erhöht
jedoch die Verwendung zusätzlicher
BAW-Resonatoren in einem Filter die Gesamtgröße des Filters und kann eine
unerwünschte Zunahme
der Einfügedämpfung des
Filters verursachen. Dies gilt auch in Fällen, in denen die parallel
verbundenen BAW-Resonatoren des Filters so hergestellt werden, dass
sie größere Flächen als
die Serienresonatoren aufweisen. Darüber hinaus kann, sogar wenn
solche Maßnahmen
ergriffen werden in einem Versuch, das Frequenzverhalten des Durchlassbands
des Filters zu verbessern, der Pegel der Sperrbanddämpfung,
der durch das Filter geliefert wird, für gewisse Anwendungen ungenügend sein.
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Wie
in den 8e und 8g gezeigt
ist, sind die Mittenfrequenzen der Durchlassbänder der jeweiligen Filter 41 und 44 bei
ungefähr
947,5 MHz des Frequenzspektrums angeordnet, und die minimale Durchlassbandbandbreite,
die von jedem der Filter 41 und 44 erreicht wird,
beträgt
ungefähr
25 MHz. Wie Fachleute erkennen werden, werden diese Frequenzverhaltenseigenschaften
von Filtern gefordert, die in GSM-Empfängern verwendet werden.
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Ein
anderer Typ eines Filters, in dem BAW-Resonatoren oft verwendet
werden, ist das Multipolfilter. Multipolfilter umfassen typischerweise
entweder in Serie verbundene BAW-Resonatoren
oder parallel verbundene BAW-Resonatoren, obwohl andere geeignete
Typen von Resonatoren auch verwendet werden können, wie beispielsweise Resonatoren
in Form eines diskreten Bauteils oder Quarzkristallresonatoren.
Multipolfilter, die in Serie verbundene Resonatoren einschließen, schließen typischerweise
passive Elemente ein, insbesondere impedanzinvertierende Elemente,
die zwischen benachbarten Resonatoren gekoppelt sind. Im Gegensatz
dazu umfassen Multipolfilter, die parallel verbundene Resonatoren
aufweisen, oft admittanzinvertierende Elemente, die zwischen benachbarten
Resonatoren gekoppelt sind.
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Ein
impedanzinvertierendes Element transformiert eine Abschlussimpedanz
Z
b einer Schaltung in eine Impedanz Z
a, wobei
und wobei K einen Inversionsparameter
für das
impedanzinvertierende Element darstellt.
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Ein
admittanzinvertierendes Element transformiert eine Abschlusskonduktanz
Y
b einer Schaltung in eine Konduktanz Y
a, wobei
und wobei J einen Inversionsparameter
für das
admittanzinvertierende Element darstellt.
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In
Mikrowellenschaltungen können
verschiedene Komponenten als impedanzinvertierende Elemente verwendet
werden. Beispielsweise kann ein einfaches impedanzinvertierendes
Element durch das Verwenden einer viertel Wellenlänge einer Übertragungsleitung
(bei einer Mittenfrequenz der Übertragungsleitung)
verwirklicht werden. Für
diese Vorrichtung ist die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung
der Inversionsparameter der Vorrichtung.
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In
einer Publikation mit dem Titel "Recent
Advances in Monolithic Film Resonator Technology", Ultrasonic Symposium, 1986, Seiten
365–369
von M. M. Driscoll et al. (Driscoll) ist ein Multipolfilter beschrieben, das
BAW-Resonatoren umfasst, die in einer Serienkonfiguration verbunden
sind, und eine Anzahl von impedanzinvertierenden Elementen, insbesondere
Induktoren, die jeweils zwischen Erde und einem jeweiligen Knoten,
der zwischen einem jeweiligen Paar von BAW-Resonatoren angeordnet
ist, verbunden sind.
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Ein
Beispiel eines Multipolfilters 52 ist in 10a gezeigt. Das Filter 52 umfasst Resonatoren
X1, X2 und X3 und impedanzinvertierende Schaltungen 51a–51d.
Die Resonatoren X1, X2 und X3 haben jeweilige Impedanzen, die durch
X1(ω),
X2(ω)
und X3(ω)
dargestellt werden, wobei Xj(ω) = ωLj – 1/ωCj, wobei Lj eine Ersatzinduktanz
des jeweiligen Resonators darstellt, Cj eine
Eratzkapazität
des jeweiligen Resonators darstellt, und ω = 2 πf. Das Filter 52 weist
auch Abschlussimpedanzen auf, die durch Ra und
Rb dargestellt sind.
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Der
Impedanzinversionsparameter der impedanzinvertierenden Schaltung
51a ist
gleich K
01, wobei K
01 durch
Gleichung (1) dargestellt wird:
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Die
Impedanzinversionsparameter der impedanzinvertierenden Schaltungen
51b und
51c sind
gleich K
j,j+1, wobei K
j,j+1 durch
Gleichung (2) dargestellt wird
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In ähnlicher
Weise ist der Impedanzinversionsparameter der impedanzinvertierenden
Schaltung
51d gleich K
n,n+1, wobei
K
n,n+1 durch Gleichung (3) dargestellt wird:
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In
jeder der obigen Gleichungen (1–3)
definiert die Variable Rsp einen Reaktanzneigungsparameter eines
einzelnen Resonators X1, X2 und X3. Beispielsweise kann ein Reaktanzneigungsparameter
(Rsp)
j eines Resonators durch Gleichung
(4) dargestellt werden:
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In
den vorangehenden Gleichungen (1–4) stellt der Ausdruck ω eine Winkelfrequenzvariable
dar, der Ausdruck ω
0 stellt eine spezielle Winkelfrequenz dar,
der Ausdruck w1 stellt eine Bruchteilsbandbreite dar, die Ausdrücke g
n, g
n+1, g
0, g
1, g
nj und
g
j+1 stellen normierte Kapazitäts- oder
Induktivitätswerte
der impedanzinvertierenden Schaltungen
51a–
51d des
Filters
52 dar, R
a und R
b stellen Abschlussimpedanzen des Filters
52 dar, und
der Ausdruck
ist eine Reaktanzneigung
eines Resonators (das ist eine Ableitung der Impedanz des Resonators
bei der Mittenfrequenz des Resonators (ω
0 =
2πf
0) relativ zur Frequenz ω = 2πf.
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Die
impedanzinvertierenden Schaltungen 51a–51d können jeweils
impedanzinvertierende Elemente einschließen, die ähnlich denen sind, die beispielsweise
in den Schaltungen 53 und 54 der 11a beziehungsweise 11b eingeschlossen
sind. Das heißt,
jede der impedanzinvertierenden Schaltungen 51a–51d kann
Induktoren L1–L3
umfassen, wie die, die in 11a gezeigt
sind, oder Kondensatoren C1–C3,
wie die, die in 11b gezeigt sind. In der Schaltung 53 der 11a weist jeder der Induktoren L1–L3 vorzugsweise denselben (absoluten)
Induktanzwert auf, obwohl die Induktanzwerte (dargestellt durch –L) jedes
Serieninduktors L1 und L2 vorzugsweise negativ sind, wohingegen
der Induktanzwert des Parallelinduktors L3 vorzugsweise positiv
ist (dargestellt durch +L). Wenn mehr als eine der Schaltungen in
einem Filter verwendet wird, können
sich die Induktanzwerte der Induktoren L1–L3 der einen Schaltung 53 von
solchen der Induktoren L1– L3
der anderen Schaltung 53, die im Filter eingeschlossen
sind, unterscheiden. Induktanzwerte (L) für die Induktoren L1–L3 können berechnet
werden unter Verwendung der Formel K = ωL, wobei K einen Impedanzinversionsparameter
für die
Schaltung 53 darstellt.
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In
der Schaltung 54 der 11b weist
jeder der Kondensatoren C1–C3
vorzugsweise denselben (absoluten) Kapazitätswert auf, obwohl die Kapazitätswerte
(dargestellt durch –C)
jeder der Serienkondensatoren C1 und C2 vorzugsweise negativ sind,
wohingegen der Kapazitätswert
des Parallelkondensators C3 vorzugsweise positiv ist (dargestellt
durch +C). Wenn mehr als eine einzelne der Schaltungen 54 in
einem Filter verwendet wird, so können sich die Kapazitätswerte
der Kondensatoren C1–C3
einer der Schaltungen 54 von solchen der Kondensatoren
C1–C3
der anderen der Schaltungen 54, die im Filter eingeschlossen
sind, unterscheiden. Die Kapazitätswerte
(C) für
die Kondensatoren C1–C3
können
unter Verwendung der Formel K1 = 1/ωC berechnet werden, wobei K1
einen Impedanzinversionsparameter für die Schaltung 54 darstellt.
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In
Fällen,
bei denen die Schaltung 53 in den impedanzinvertierenden
Schaltungen 51a–51d des
Multipolfilters 52 der 10a verwendet
wird, arbeitet die Schaltung 52 als ob die Induktoren L1
und L2 (die negative Induktanzwerte (–L) aufweisen) wirksam in den
Resonatoren X1– X3 "eingeschlossen" sind. Für Fälle, in
denen die Schaltung 54 in jedem der impedanzinvertierenden
Schaltungen 51a–51d des
Filters 52 verwendet wird, arbeitet die Schaltung 52,
als ob die Kondensatoren C1 und C3 (die negative Kapazitätswerte (–C) aufweisen)
wirksam in den Resonatoren X1–X3 "eingeschlossen" sind. Der "wirksame Einschluss" der Induktoren oder
Kondensatoren in Resonatoren eines Multipolfilters wird nachfolgend
weiter beschrieben in Bezug auf die Diskussion eines Multipolfilters 52', das in 10b gezeigt ist.
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Betrachtet
man nun die 10b, so ist dort das Multipolfilter 52' gezeigt. Das
Filter 52' ist ähnlich dem Filter 52 der 10a mit der Ausnahme, dass die Resonatoren X1
und X2 (aus praktischen Gründen
ist der Resonator X3 in 10b nicht
gezeigt) so gezeigt sind, dass sie Induktoren und Kondensatoren
einschließen. Insbesondere
ist der Resonator X1 gezeigt, dass er den Induktor L1' und den Kondensator
C1' einschließt, und der
Resonator X2 ist gezeigt, dass er den Induktor L2' und den Kondensator
C2' einschließt.
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In
Fällen,
bei denen die Schaltung 53 als impedanzinvertierende Schaltungen 51a–51d für das Multipolfilter 52' der 10b verwendet wird, arbeitet das Filter 52', als ob die
Induktoren L1 und L2 der Schaltung 53 (diese Induktoren
haben negative Induktanzwerte (–L))
wirksam in die Resonatoren des Filters 52' "eingefügt" sind. Insbesondere und als ein Beispiel
bewirkt die Verwendung der Schaltung 53 für die impedanzinvertierenden
Schaltungen 51a und 51b, verbunden mit dem Resonator
X2 im Filter 52',
dass eine Ersatzinduktanz erzeugt wird, die eine Kombination der
Induktanzwerte des Induktors L1' des
Resonators X1 und der Induktanzwerte der Induktoren L1 und L2 der
impedanzinvertierenden Schaltungen 51b und 51a ist.
Die Ersatzinduktanz weist einen Wert Leqv auf,
wobei Leqv = LL1 – L – L ist,
wobei LL1 den Induktanzwert des Induktors
L1' darstellt, und –L den Induktanzwert
der einzelnen Induktoren L1 und L2 darstellt. Diese Beziehung kann
auch durch die Gleichung Leqv = LL1 – ω/K01 – ω/K12 gekennzeichnet werden, wobei ω die Frequenz
darstellt, K01 einen Impedanzinversionsparameter
für die
Schaltung 51a darstellt, und K12 einen
Impedanzinversionsparameter für
die Schaltung 51b darstellt.
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In
Fällen,
bei denen die Resonatoren eines Filters so hergestellt werden, dass
sie ähnliche
Resonanzfrequenzen zeigen, kann das Einschließen der impedanzinvertierenden
Schaltungen, wie der Schaltungen 51a–51d, im Filter bewirken,
dass die Resonatoren etwas unterschiedliche Resonanzfrequenzen zeigen.
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Eine
Kurve (CV1), die eine Reaktanz X(ω) eines Serienresonators darstellt,
der einen Induktor und einen Kondensator aufweist (wie die Resonatoren
X1–X3),
ist in 11c gezeigt. Die Kurve (CV2)
stellt die Reaktanz eines ähnlichen
Resonators dar, der mit einem Parallelkondensator gekoppelt ist.
Die Serienresonanz des Resonators für jeden Fall wird durch (SR)
dargestellt, und die Parallelresonanz des Resonators, der mit dem
Parallelkondensator gekoppelt ist, wird durch (PR) dargestellt.
Wie man in der 11c sehen kann, ähneln sich
die Reaktanzkurven für
den Serienresonator und den Serienresonator, der mit einem Parallelkondensator
gekoppelt ist, bei ungefähr
den Frequenzen der Serienresonanzen der Resonatoren. In Filtern,
die ähnlich
dem Filter 52' sind,
aber die BAW-Resonatoren für
die Resonatoren X1, X2 und X3 der 10b einschließen, kann
dies bewirken, dass der Filter nur eine schmale Durchlassbandbreite
erhält.
Dies gilt insbesondere, wenn keine externe Spule im Filter verwendet
wird, um die Wirkungen des Parallelkondensators nahe der Mittenfrequenz
des Filters zu löschen
(was bewirkt, dass die Parallelresonanzfrequenz des Resonators erhöht wird).
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In
Fällen,
bei denen die Schaltung 54 als impedanzinvertierende Schaltungen 51a–51d für das Multipolfilter 52' der 10b verwendet wird, sind Ersatzkapazitäten im Filter 52' vorgesehen,
die sich aus einer Kombination der Kapazitätswerte (–C) der Kondensatoren C1 und
C3 der Schaltung 54 und der Kapazitätswerte der verschiedenen Kondensatoren
der Kondensatoren C1',
C2' etc. des Filters 52' ergeben. Beispielsweise
bewirkt die Verwendung der Schaltung 54 für die impedanzinvertierenden
Schaltungen 51a und 51b, die mit dem Resonator
X2 im Filter 52' verbunden
sind, dass eine Ersatzkapazität
geliefert wird, die eine Kombination des Kapazitätswertes des Kondensators C1' des Resonators X1
und der Kapazitätswerte
(–C) der
Kondensatoren C1 und C3 der impedanzinvertierenden Schaltungen 51b beziehungsweise 51a ist.
Diese Ersatzkapazität
weist einen Wert Ceqv auf, wobei Ceqv = CC1 – C – C ist,
wobei CC1 einen Kapazitätswert des Kondensators C1' darstellt, und –C den Kapazitätswert der
einzelnen Kondensatoren C1 und C2 darstellt. Diese Beziehung kann
auch durch die Gleichung Ceqv = CC1 – ω/K01 – ω/K12 gekennzeichnet werden, wobei ω die Frequenz
darstellt, K01 einen Impedanzinversionsparameter
für die
Schaltung 51a darstellt, und K12 einen
Impedanzinversionsparameter für
die Schaltung 51b darstellt.
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Filter,
so wie sie in 10b dargestellt sind, werden
vorzugsweise konstruiert, indem erst die Dicken und die Flächen für die Schichten
der Resonatoren der Filter ausgewählt werden. Diese Dicken und
Flächen werden
so ausgewählt,
dass die Resonatoren bei gewünschten
Frequenzen in Resonanz geraten. Danach werden die Ersatzschaltungselementwerte
(beispielsweise Lm, Cm und Co) berechnet,
wie es für
die Werte (beispielsweise Kj, Kj+1)
für die
Impedanzinversionsparameter des Filters gilt. Da diese Impedanzinversionsparameterwerte
die Ersatzkapazitätswerte
und/oder Ersatzinduktanzwerte, die im Filter vorgesehen sind, beeinflussen,
so kann es sein, dass die berechneten Werte der Ersatzschaltungselemente
(beispielsweise Lm, Cm und Co) als auch
die Dicken/Flächen
der Resonatorschichten etwas modifiziert werden müssen, um
es den Resonatoren zu ermöglichen,
an den gewünschten
Frequenzen in Resonanz zu treten.
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Ein
Beispiel eines Multipolfilters 55, das in Serie verbundene
BAW-Resonatoren 56–58 einschließt, und
das auch Kondensatoren C01, C12, C23 und C34 einschließt, die
als impedanzinvertierende Elemente dienen, ist in 12 gezeigt.
Die Kondensatoren C01, C12, C23 und C34 sind parallel innerhalb
der Schaltung 55 verbunden. Die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren
C01, C12, C23 und C34 können
ausgewählt
werden unter Verwendung bekannter Filtersyntheseverfahren, um es
dem Filter 55 zu ermöglichen,
ein gewünschtes Frequenzverhalten
zu produzieren (das beispielsweise ein Verhalten ähnlich dem
eines Butterworth- oder Chebyshev-Filters
einschließt).
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Multipolfilter,
wie das, das in 12 gezeigt ist (diese Filter
werden auch als "BAW-Resonator-Multipolfilter" bezeichnet), liefern
typischerweise schmale Bandbreiten des Durchlassbandes. Nur als
Beispiel liefern in Fällen,
bei denen diese Typen von Filtern bei Frequenzen im Gigaherzbereich
betrieben werden, diese Filter eine Bandbreite des Durchlassbandes
von nur einigen wenigen Megaherz. Typischerweise sind die BAW-Resonatoren
dieser Typen von Filtern so gestaltet, dass sie eine Serienresonanz
bei der Mittenfrequenz des Durchlassbandes dieser Filter aufweisen,
und die Bandbreiten des Durchlassbandes dieser Filter sind schmaler
als das Band der Frequenzen, die die Parallel- und Serienresonanzen
jedes einzelnen BAW-Resonators trennt.
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Die
Bandbreite des Durchlassbandes von Multipolfiltern, die BAW-Resonatoren
einschließen,
kann durch das Verbinden anderer passiver Elemente ("Abstimmelemente"), wie Induktoren
parallel zu diesen BAW-Resonatoren erhöht werden, wie das in der Publikation
von Driscoll beschrieben ist. Die hinzugefügten Induktoren bewirken normalerweise,
dass die Ersatzparallelkapazität
Co (siehe beispielsweise 4b)
der einzelnen BAW-Resonatoren bei den Mittenfrequenzen der einzelnen
Filter gelöscht
wird, und auch dass die Frequenzdifferenz zwischen den Parallel-
und Serienresonanzfrequenzen der jeweiligen Resonatoren erhöht wird.
Unglücklicherweise
können
diese Induktoren nicht immer bei Außerband-Frequenzen wirksam
sein, und das Hinzufügen
von mehr als einigen dieser Induktoren zu einem Filter kann eine
unterwünschte
Komplexität und
Größe der gesamten
Filterstruktur bewirken.
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Ein
Beispiel eines Filters 59, das Induktoren einschließt, die
parallel mit den BAW-Resonatoren verbunden sind, ist in 13 gezeigt.
Das Filter 59 umfasst BAW-Resonatoren (BAW1), (BAW2) und
(BAW3), Induktoren L01, L02 und
L03, die parallel mit den jeweiligen BAW-Resonatoren
(BAW1), (BAW2) und (BAW3) verbunden sind, und Kondensatoren C01,
C12, C23 und C34, die als impedanzinvertierende Elemente verwendet werden.
Jeder der Induktoren L01, L02 und
L03 weist einen Induktanzwert von L00 auf, wobei L00 =
1/(C0ω0 2), C0 stellt
die Ersatzparallelkapazität
der einzelnen Resonatoren (BAW1), (BAW2) und (BAW3) dar, und ω0 stellt eine Mittenfrequenz des Filters 59 dar.
Das Filter 59 zeigt ein Frequenzverhalten, das drei Pole
aufweist.
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Der
Einschluss der Induktoren L01, L02 und L03 in das
Filter ermöglicht
es dem Filter 59, eine erhöhte Bandbreite des Durchlassbandes
relativ zum Filter 55 der 12 zu
liefern. Unglücklicherweise
bewirkt jedoch der Einschluss der Induktoren L01,
L02 und L03 in das
Filter 59, dass das Filter 59 eine schlechte Sperrbereichsdämpfung bei
niedrigen Frequenzen liefert. Dies kann man in den 14a und 14b sehen,
die ein beispielhaftes Frequenzverhalten des Filters 59 zeigen,
wenn man annimmt, dass 1) die BAW-Resonatoren (BAW1), (BAW2) und
(BAW3) Schichten einschließen,
die die Materialien und Dicken aufweisen, die in Tabelle 3 gezeigt
sind, 2) die Kondensatoren C01, C12, C23 und C34 Kapazitätswerte
aufweisen, die ähnlich
denen sind, die in Tabelle 3 gezeigt sind, und 3) die Induktoren
L01, L02 und L03 Induktanzwerte aufweisen, die ähnlich denen
sind, die in Tabelle 3 gezeigt sind.
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Betrachtet
man die 14a, so kann man sehen, dass
das Filter 59 eine schlechte Sperrbereichsdämpfung bei
Frequenzen unterhalb von 800 MHz zeigt.
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Es
wird nun Bezug genommen auf anderen Typen von Multipolfiltern, nämlich Multipolfilter,
die primär aus
gestapelten Quarzfiltervorrichtungen (SCF) (die auch als "SCF-Mehrpolfilter" bezeichnet werden)
bestehen. Es ist bekannt, einen oder mehrere SCF-Vorrichtungen in
einem Bandpassfilter zu verwenden. Ein Vorteil der Verwendung von
SCF-Vorrichtungen in Bandpassfiltern ist die bessere Sperrbereichsdämpfung,
die von diesen Filtern allgemein geliefert wird, im Vergleich zu
der Sperrbereichsdämpfung
typischer BAW-Abzweigfilter (ein beispielhaftes Frequenzverhalten
eines SCF ist in 8c gezeigt).
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Eine
beispielhafte Ersatzschaltung mit konzentrierten Elementen eines
SCF ist in 8b gezeigt. Die Ersatzschaltung
umfasst eine Ersatzinduktivität
(2Lm), eine Ersatzkapazität
(Cm/2), einen Ersatzwiderstand (2R) und parallele (parasitäre) Ersatzkapazitäten (Co). Wie man aus 8b sehen
kann, kann das SCF so angesehen werden, als ob es ein LC-Resonator
ist, der Parallelkapazitäten
(C0) aufweist, die mit Erde verbunden sind.
Durch diese Parallelkapazitäten
(C0) sind SCF-Vorrichtungen gut geeignet,
um in Multipolfiltern verwendet zu werden. Beispielweise wird ein
ideales Multipolfilter, das SCF-Vorrichtungen aufweist, vorzugsweise
so konstruiert, dass die Parallelkapazitäten C0 der
Vorrichtungen als impedanzinvertierende Elemente fungieren. Die
Verwendung dieser Kapazitäten
C0 als impedanzinvertierende Elemente vermeidet
die Notwendigkeit, externe diskrete Komponenten als impedanzinvertierende
Elemente für
das Filter zu verwenden.
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In
einer SCF-Vorrichtung ist die maximale Bandbreite des Durchlassbandes,
die vorgesehen werden kann, eine Funktion des Verhältnisses
der Ersatzserienkapazität
Cm der SCF-Vorrichtung
zur Ersatzparallelkapazität
Co der SCF-Vorrichtung.
Dieses Verhältnis
hängt vom
Niveau der piezoelektrischen Kopplung, das durch die piezoelektrischen
Schichten der SCF-Vorrichtung geliefert wird, ab. Beispielsweise
führt eine
Reduktion in den Dicken einer piezoelektrischen Schicht und eine
entsprechende Zunahme in eine Dicke einer anderen Schicht (beispielsweise
einer Stützschicht
oder einer Elektrodenschicht) einer SCF-Vorrichtung (um zu bewirken, dass die
Vorrichtung dieselbe Resonanzfrequenz ergibt) zu dem Ergebnis, dass
die Vorrichtung entsprechend schmalere Bandbreiten des Durchlassbandes
ergibt (und verminderte Kopplungsniveaus). So kann das Niveau der
vorgesehenen Kopplung durch das Ändern
der relativen Dicken dieser Schichten erniedrigt werden. In einem
idealen Fall kann eine maximale Bandbreite des Durchlassbandes durch
eine SCF-Vorrichtung geliefert werden, die nur piezoelektrische
Schichten und Elektrodenschichten einschließt, obwohl eine solche Struktur
im allgemeinen in der Praxis nicht verwendet wird.
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Im
allgemeinen wird eine maximale Bandbreite des Durchlassbandes eines
Filters, das hauptsächlich aus
SCFs und keinen zusätzlichen
diskreten Elementen besteht, erzielt, wo eine Kombination der Kapazitätswerte
(2·C0) der zwei in Serie verbundenen SCFs des
Filters gleich einem gewünschten
Wert einer impedanzinvertierenden Kapazität für das Filter ist (in einem
solchen Filter wird die Impedanzinversion durch die Kombination
der Kapazitätswerte
der in Serie verbundenen SCFs geliefert). Eine nochmals breitere
Bandbreite eines Durchlassbandes kann erzielt werden durch das Verbinden
eines externen passiven Elements in diesen Filtern, wie einem Induktor,
zwischen die zwei SCF-Vorrichtungen, um so zumindest einige der
inhärenten
Parallelkapazitäten
(Co) der SCFs bei den Durchlassbandfrequenzen zu löschen. Ein
solches Filter ist im US-Patent 5,382,930 beschrieben. Typischerweise
ist die Anzahl der Induktoren, die in diesen Typen von Filtern verwendet
werden, um eines kleiner als die Anzahl der SCF-Vorrichtungen, die
in diesen Filtern verwendet werden, obwohl zusätzlich Induktoren über den
Eingangsanschlüssen
und Ausgangsanschlüssen
der Filter verwendet werden können,
um einen höheren
Grad der Anpassung und reduzierte Welligkeitspegel bei den Durchlassbandfrequenzen
zu liefern.
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Ein
beispielhaftes Multipolfilter 56, das SCF-Vorrichtungen
einschließt,
ist in 15a gezeigt. Das Multipolfilter 56 umfasst
drei SCF-Vorrichtungen, nämlich
SCFs 57, 58 und 59 und umfasst weiter
parallel verbundene Induktoren Lp1 und Lp2. 15b zeigt
ein beispielhaftes Frequenzverhalten des Filters 56 der 15a, wobei angenommen wird, dass 1) die SCF-Vorrichtungen 57–59 des
Filters 56 Schichten einschließen, die die Materialien und
Dicken aufweisen, die in Tabelle 4 gezeigt sind, 2) jede der SCF-Vorrichtungen 57–59 konstruiert
ist, um eine zweite harmonische Resonanz bei der Mittenfrequenz
des Durchlassbandes des Filters 56 zu ergeben, und 3) die
Induktanzen Lp1 und Lp2 jeweils
Induktanzwerte aufweisen, wie sie in Tabelle 4 gezeigt sind.
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Die
fundamentale Resonanz jeder SCF-Vorrichtung 57–59 erscheint
als ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei ungefähr 500 MHz. Auch die Parallelresonanzen
der parallel verbundenen Induktoren Lp1 und Lp2 und die Ersatzparallelkapazitäten C0 der SCF-Vorrichtungen 57–59 bewirken,
dass das Filter 56 ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei
ungefähr
640 MHz zeigt. Dieses Ansprechen auf Nebenfrequenzen ist unerwünscht, da
es bewirkt, dass das Filter 56 eine schlechte Dämpfung des
Sperrbereichs bei Frequenzen zeigt, die niedriger als die Frequenzen
des Durchlassbandes sind. 15c zeigt
einen Teil (nämlich
das Durchlassband) des Frequenzverhaltens der 15b detaillierter, zwischen den Frequenzen von
925 MHz und 970 MHz. Es sollte angemerkt werden, dass die SCF-Vorrichtungen 57–59 des
Filters 56 auch konstruiert sein können, um ihre fundamentalen
Resonanzen bei der Mittenfrequenz des Durchlassbandes des Filters 56 zu
erzielen. Wenn man dies annimmt, kann das Filter 56 ein
Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei Frequenzen zeigen, die höher als
die Frequenzen des Durchlassbandes des Filters 56 sind
(es kann beispielsweise ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei ungefähr 2 GHz
auftreten). Dieses Verhalten ist auch unerwünscht.
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In
Anbetracht der obigen Beschreibung kann man erkennen, dass es wünschenswert
wäre, ein
Filter zu liefern, das eine Topologie aufweist, die es dem Filter
ermöglicht,
ein wünschenswertes
Frequenzverhalten im Durchlassband zu liefern, wie eine große Bandbreite
des Durchlassbandes und einen hohen Grad der Dämpfung des Sperrbereichs, während es
eine reduzierte Anzahl passiver Komponenten verwendet (das sind diskrete
parallele Induktoren und diskrete impedanzinvertierende Elemente)
relativ zur Anzahl der passiven Komponenten, die in Multipolfilter
des Stands der Technik enthalten sind. Es würde auch wünschenswert sein, dass das
Filter ein besseres Frequenzverhalten liefert als es durch die oben
beschriebenen Multipolfilter geliefert wird.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Filter zu
liefern, das ein verbessertes Frequenzverhalten in Bezug auf solche,
die von konventionellen BAW-Resonator-Multipolfiltern und konventionellen
SCF-Multipolfiltern geliefert werden, zeigt.
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Eine
andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Bandpassfilter
zu liefern, das ein verbessertes Frequenzverhalten liefert im Vergleich
zu dem, das durch konventionelle Multipolfilter geliefert wird,
während
es eine reduzierte Anzahl passiver Komponenten im Verhältnis zur
Anzahl solcher Komponenten, die in konventionellen Multipolfiltern
verwendet werden, verwendet.
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Die
obigen Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung durch ein BAW-Filter, wie es in Anspruch 1 definiert ist,
gelöst.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden aus der Betrachtung
der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung deutlich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Multipol-BAWR-SCF-Schaltung vier Anschlüsse, eine
erste Leitung, die zwischen einem ersten und einem zweiten der Anschlüsse verbunden
ist, und eine zweite Leitung, die zwischen einem dritten und einem
vierten der Anschlüsse
verbunden ist. Die Multipol-BAWR-SCF-Schaltung umfasst auch mindestens
einen BAW-Resonator, der in Serie mit der ersten Leitung verbunden
ist, und mindestens ein gestapeltes Quarzfilter (SCF). Das SCF weist
erste und zweite Kontakte auf, die mit der ersten Leitung verbunden
sind, und einen dritten Kontakt, der mit der zweiten Leitung verbunden
ist. Die Multipol-BAWR-SCF-Schaltung umfasst ferner eine Vielzahl
von impedanzinvertierenden Elementen und mindestens ein induktives
Element: jedes einzelne der impedanzinvertierenden Elemente ist über den
ersten und zweiten Leitungen gekoppelt, und das mindestens eine
induktive Element ist parallel mit dem mindestens einen BAW-Resonator
verbunden. Die zweite Leitung ist vorzugsweise während des Gebrauchs mit Erde
verbunden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst der mindestens eine BAW-Resonator einen ersten
BAW-Resonator und einen zweiten BAW-Resonator, die Vielzahl der
impedanzinvertierenden Elemente umfassen ein erstes impedanzinvertierendes
Element und ein zweites impedanzinvertierendes Element, und das
mindestens eine induktive Element umfasst ein erstes induktives
Element und ein zweites induktives Element. Der erste BAW-Resonator
und das erste impedanzinvertierende Element weisen jeweils einen
ersten Kontakt auf, der mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist.
Der erste BAW-Resonator weist auch einen zweiten Kontakt auf, der
mit dem ersten Kontakt des SCF gekoppelt ist, und der zweite BAW-Resonator
weist einen ersten Kontakt auf, der mit dem zweiten Kontakt des
SCF gekoppelt ist. Zusätzlich
weist der zweite BAW-Resonator einen zweiten Kontakt auf, der mit
dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, das zweite impedanzinvertierende
Element weist einen ersten Kontakt auf, der mit dem zweiten Anschluss
gekoppelt ist, das erste induktive Element ist parallel mit dem
ersten BAW-Resonator verbunden, und das zweite induktive Element
ist parallel mit dem zweiten BAW-Resonator verbunden.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung weist das erste induktive Element auch ein erstes
Ende auf, das mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist, und das erste
induktive Element weist ein zweites Ende auf, das mit der ersten
Leitung zwischen dem zweiten Kontakt des ersten BAW-Resonators und dem
ersten Kontakt des SCF verbunden ist. Darüber hinaus weist das zweite
induktive Element ein jeweiliges erste Ende auf, das mit der ersten
Leitung zwischen dem zweiten Kontakt des SCF und dem ersten Kontakt
des zweiten BAW-Resonators verbunden ist, und weist auch ein entsprechendes
zweites Ende auf, das mit dem zweiten Anschluss gekoppelt ist. Auch
weist das erste impedanzinvertierende Element einen zweiten Kontakt
auf, der mit dem dritten Anschluss gekoppelt ist, und das zweite
impedanzinvertierende Element weist einen zweiten Kontakt auf, der
mit dem vierten Anschluss gekoppelt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist eine Multipol-BAWR-SCF-Schaltung vorgesehen, die ähnlich der
der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist, mit der Ausnahme,
dass die Schaltung zwei SCF-Vorrichtungen, einen einzigen BAW-Resonator,
ein induktives Element, das parallel mit dem BAW-Resonator verbunden
ist, und zwei parallel verbundene impedanzinvertierende Elemente
umfasst. Der BAW-Resonator
ist zwisschen den zwei SCF-Vorrichtungen angeordnet. Eine erste
der SCF-Vorrichtungen weist einen Kontakt auf, der mit dem ersten
Anschluss gekoppelt ist, einen Kontakt, der mit einem Kontakt des
BAW-Resonators gekoppelt ist, und einen anderen Kontakt, der mit
der zweiten Leitung gekoppelt ist. Eine zweite der SCF-Vorrichtungen
weist einen Kontakt auf, der mit dem zweiten Anschluss gekoppelt
ist, einen Kontakt, der mit dem anderen Kontakt des BAW-Resonators
gekoppelt ist, und einen Kontakt, der mit der zweiten Leitung gekoppelt
ist. Ein erstes der zwei impedanzinvertierenden Elemente weist ein
erstes Ende auf, das mit der ersten Leitung zwischen der ersten
SCF-Vorrichtung
und dem BAW-Resonator gekoppelt ist, und auch ein zweites Ende,
das mit der zweiten Leitung gekoppelt ist. Darüber hinaus weist ein zweites
der impedanzinvertierenden Elemente ein erstes Ende auf, das mit
der ersten Leitung zwischen dem BAW-Resonator und der zweiten SCF-Vorrichtung
gekoppelt ist, und auch ein zweites Ende, das mit der zweiten Leitung
gekoppelt ist.
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Gemäß der Erfindung
wird durch das Verwenden der BAW-Resonatoren,
der SCFs, der impedanzinvertierenden Elemente und der induktiven
Elemente in einer einzigen Schaltung, wie den Schaltungen der Erfindung,
wie sie oben beschrieben sind, ein Frequenzverhalten durch die Schaltung
geliefert, das eine breitere Bandbreite des Durchlassbandes hat
und einen höheren
Grad der Dämpfung
des Sperrbereichs. Gemäß der Erfindung
fungiert auch die Ersatzparallelkapazität Co der SCFs als weiteres
impedanzinvertierendes Element.
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Die
Anzahl der diskreten Elemente (beispielsweise parallele Induktoren
und impedanzinvertierende Elemente), die in den Schaltungen der
Erfindung verwendet werden, wird in Bezug auf die Anzahl solcher
Elemente, die in mindestens einigen der konventionellen Multipolfilter
verwendet werden, reduziert, und die Schaltungen der Erfindungen
liefern nichtsdestotrotz breite Bandbreiten des Durchlassbandes.
Die Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen
der Erfindung liefern im allgemeinen verbesserte Frequenzverhalten
im Vergleich zu solchen, die beispielsweise von konventionellen
BAW-Resonator-Multipolfiltern
und konventionellen SCF-Multipolfiltern, wie sie oben beschrieben
sind, gezeigt werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung können
die SCFs (die Serienresonanzen ergeben) jeder Multipol-BAWR-SCF-Schaltung
hergestellt werden, um einen Schichtenstapel einer Dicke aufzuweisen,
der es den SCFs ermöglicht,
entweder eine fundamentale Resonanzfrequenz oder eine zweite harmonische
Resonanzfrequenz bei oder nahe der gewünschten ("vorgesehenen") Mittenfrequenz der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung zu erzielen.
Vorzugsweise sind die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung so konstruiert, dass
die SCFs eine zweite harmonische Resonanz statt einer fundamentalen
Resonanz bei der "vorgesehenen" Mittenfrequenz der
jeweiligen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen ergeben. Das ist deswegen,
weil die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen in diesem Fall leichter
herzustellen sind.
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Die
Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen können
alle geeigneten Typen von BAW-Resonatoren und SCFs einschließen, die
beispielsweise fest montiert (solidly mounted) BAW-Resonatoren (das
sind akustische Spiegelstrukturen) umfassen. Die Verwendung von
akustischen Spiegeln in Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen liefert eine Anzahl von
Vorteilen gegenüber
der Verwendung von Strukturen anderen Typs. Ein Vorteil ist der,
dass die akustischen Spiegelstrukturen unempfindlicher als andere
Typen von Vorrichtungen sind. Ein anderer Vorteil ist der, dass
bei Anwendungen hoher Leistung jegliche Wärme, die durch Verluste in
den Vorrichtungen erzeugt werden kann, wirksam zu den Substraten
der jeweiligen Vorrichtungen über
die akustischen Spiegel abgeführt
wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von akustischen Spiegelvorrichtungen
in den Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung besteht darin,
dass die akustischen Spiegel helfen können, unerwünschte harmonische Frequenzen,
die in den Vorrichtungen auftreten können, zu dämpfen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die induktiven Elemente und die impedanzinvertierenden
Elemente der oben beschriebenen Schaltungen auf einem Substrat hergestellt,
und der BAW-Resonator und die SCF-Komponenten der Schaltungen werden auf
einem anderen Substrat hergestellt. Diese Elemente werden dann zusammengekoppelt,
um eine Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung gemäß der Erfindung auszubilden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Multipol-Volumenwellen-(BAW)-Filter
bereit gestellt, das umfasst: ein erstes Paar von Anschlüssen, ein
zweites Paar von Anschlüssen,
eine erste Leitung, die zwischen einem ersten und einem zweiten
Anschluss des ersten Paars der Anschlüsse gekoppelt ist; eine zweite
Leitung, die zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss des
zweiten Paars der Anschlüsse
gekoppelt ist; mindestens einen BAW-Resonator, der in Serie mit
der ersten Leitung gekoppelt ist; mindestens ein erstes gestapeltes
Quarzfilter (SCF), wobei das SCF erste und zweite Kontakte aufweist,
die mit der ersten Leitung gekoppelt sind; wobei das SCF auch einen
dritten Kontakt aufweist, der mit der zweiten Leitung verbunden
ist; eine Vielzahl von impedanzinvertierenden Elementen, wobei jedes
einzelne Element der Vielzahl der impedanzinvertierenden Elemente über den
ersten und zweiten Leitungen gekoppelt ist; und mindestens ein induktives
Element, wobei das mindestens eine induktive Element parallel mit dem
mindestens einen BAW-Resonator
gekoppelt ist, wobei das Multipol-BAW-Filter ein Durchlassbandfrequenzverhalten
ergibt, das eine Mittenfrequenz fc aufweist.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Volumenwellen-(BAW)-Filter bereitgestellt,
das umfasst: ein erstes Substrat; eine erste leitende Schicht, die
auf dem ersten Substrat angeordnet ist; eine erste Kontaktfläche, die
auf dem ersten Substrat angeordnet ist; eine zweite Kontaktfläche, die
auf dem ersten Substrat angeordnet ist; mindestens einen BAW-Resonator,
der auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wobei der mindestens
eine BAW-Resonator seriell zwischen den ersten und zweiten Kontaktflächen gekoppelt
ist; mindestens ein gestapeltes Quarzfilter (SCF), das auf dem ersten
Substrat angeordnet ist, wobei das mindestens eine SCF seriell zwischen
den ersten und zweiten Kontaktflächen
gekoppelt ist, wobei das mindestens eine SCF einen ersten Kontakt
aufweist, der mit der ersten leitenden Schicht gekoppelt ist; ein
zweites Substrat; eine zweite leitende Schicht, die auf dem zweiten
Substrat angeordnet ist und mit der ersten leitenden Schicht gekoppelt
ist; mindestens einen Induktor, der auf dem zweiten Substrat angeordnet
ist, wobei der mindestens eine Induktor parallel mit dem mindestens
einen BAW-Resonator gekoppelt ist; und mindestens ein impedanzinvertierendes
Element, das einen ersten Kontakt aufweist, der seriell zwischen
den ersten und zweiten Kontaktflächen
gekoppelt ist, wobei das mindestens eine impedanzinvertierende Element
auch einen zweiten Kontakt aufweist, der mit der zweiten leitenden
Schicht gekoppelt ist.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Volumenwellen-(BAW)-Filter bereit
gestellt, das umfasst: ein erstes Substrat; eine erste leitenden
Schicht, die auf dem ersten Substrat angeordnet ist; eine erste
Kontaktfläche,
die auf dem ersten Substrat angeordnet ist; eine zweite Kontaktfläche, die
auf dem ersten Substrat angeordnet ist; mindestens einen BAW-Resonator,
der auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wobei der mindestens
eine BAW-Resonator seriell zwischen den ersten und zweiten Kontaktflächen gekoppelt
ist; und mindestens ein gestapeltes Quarzfilter (SCF), das auf dem
ersten Substrat angeordnet ist, wobei das mindestens eine SCF seriell
zwischen den ersten und zweiten Kontaktflächen gekoppelt ist, wobei das
mindestens eine SCF auch einen ersten Kontakt aufweist, der mit
der ersten leitenden Schicht gekoppelt ist.
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Gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Volumenwellen-(BAW)-Filter bereit
gestellt, das umfasst: ein erstes Substrat, eine erste leitende
Schicht, die auf dem ersten Substrat angeordnet ist; eine Vielzahl
von Induktoren, die auf dem ersten Substrat angeordnet sind, wobei
jeder der Induktoren jeweilige erste und zweite Kontaktenden aufweist;
und eine Vielzahl von impedanzinvertierenden Elementen, die auf
dem ersten Substrat angeordnet sind, wobei jedes der impedanzinvertierenden
Elemente jeweilige erste und zweite Kontakte aufweist, wobei der
erste Kontakt von jedem der jeweiligen impedanzinvertierenden Elemente
mit dem ersten Kontaktende eines jeweiligen einen der Induktoren
gekoppelt ist, und wobei der zweite Kontakt jedes impedanzinvertierenden
Elements mit der ersten leitenden Schicht gekoppelt ist.
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Gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Multipol-Volumenwellen-(BAW)-Filter
bereit gestellt, das umfasst: ein erstes Paar von Anschlüssen; ein
zweites Paar von Anschlüssen;
mindestens einen BAW-Resonator, der zwischen dem ersten Paar von
Anschlüssen
gekoppelt ist; mindestens ein gestapeltes Quarzfilter (SCF), das
zwischen dem ersten Paar von Anschlüssen gekoppelt ist, wobei das
mindestens eine SCF einen Kontakt aufweist, der zwischen dem zweiten
Paar von Anschlüssen
gekoppelt ist, wobei das mindestens eine SCF auch mindestens ein
dem zusammengestellten Element äquivalente
Komponente aufweist; mindestens ein impedanzinvertierendes Mittel,
wobei jedes der mindestens einen impedanzinvertierenden Mittel ein
erstes Ende aufweist, das zwischen dem ersten Paar von Anschlüssen gekoppelt
ist, und ein zweites Ende, das zwischen dem zweiten Paar von Anschlüssen gekoppelt
ist; und mindestens ein Abstimmelement, wobei das mindestens eine
Abstimmelement parallel mit dem mindestens einen BAW-Resonator gekoppelt
ist, wobei das mindestens eine Abstimmelement eine Resonanz ungefähr bei einer Mittenfrequenz
fc des Multipol-BAW-Filters ergibt, um zu
bewirken, dass ein Durchlassband des Multipol-BAW-Filters eine erhöhte Bandbreite relativ zu einer
Bandbreite eines Durchlassbandes eines anderen Filters aufweist,
das nicht das mindestens eine Abstimmelement einschließt; wobei
die mindestens eine dem zusammengestellten Element äquivalente
Komponente und das mindestens eine impedanzinvertierende Mittel funktionieren,
um eine Abschlussimpedanz des Multipol-(BAW)-Filters von einer ersten
Impedanz zu einer zweiten Impedanz zu transformieren.
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Die
oben angegebenen und anderen Merkmale der Erfindung werden in der
folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, wenn diese in
Verbindung mit den angefügten
Zeichnungen gelesen wird, deutlicher.
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1 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften
Volumenwellen-(BAW)-Resonators, der eine Membran und einen Luftspalt
einschließt;
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1b zeigt
eine Aufsicht auf einen Teil des BAW-Resonators der 1a;
-
2 zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften BAW-Resonators, der eine Opferschicht einschließt;
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3a zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften festmontierten BAW-Resonators,
der einen akustischen Spiegel einschließt;
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3b zeigt
eine Aufsicht auf einen Teil des BAW-Resonators der 3a, der
eine Schutzschicht 38a und Elektroden 24 und 26 einschließt;
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4a zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften BAW-Resonators, der ein Substrat einschließt, das
ein Kontaktloch aufweist;
-
4b zeigt
eine Ersatzschaltung eines BAW-Resonators aus konzentrierten Elementen;
-
5a zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften gestapelten Quarzfilters
(SCF), das eine Membran und einen Luftspalt einschließt;
-
5b zeigt
eine Aufsicht auf einen Teil des SCF der 5a;
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6 zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften SCF, das eine Opferschicht
aufweist;
-
7a zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften fest montierten SCF, der
einen akustischen Spiegel einschließt;
-
7b zeigt
eine Aufsicht auf einen Teil des SCF der 7a;
-
8a zeigt
einen Querschnitt eines beispielhaften SCF, das ein Substrat einschließt, das
ein Kontaktloch besitzt;
-
8b zeigt
eine Ersatzschaltung eines SCF mit konzentrierten Elementen;
-
8c zeigt
das Frequenzverhaltens eines SCF;
-
8d zeigt
ein Schaltungsdiagramm eines beispielhaften BAW-Abzweigfilters,
das zwei BAW-Resonatoren einschließt, und das gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
-
8e zeigt
ein beispielhaftes Frequenzverhalten des BAW-Abzweigfilters der 8d;
-
8f zeigt
ein Schaltungsdiagramm eines beispielhaften BAW-Abzweigfilters,
das vier BAW-Resonatoren einschließt, und das gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
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8g zeigt
ein beispielhaftes Frequenzverhalten des BAW-Abzweigfilters der 8f;
-
8h zeigt
eine Ersatzschaltung des BAW-Abzweigfilters der 8f mit
konzentrierten Elementen;
-
8i zeigt
ein schematisches Diagramm eines beispielhaften "ausgeglichenen" Abzweigfilters, das gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
-
8j zeigt
eine Ersatzschaltung des ausgeglichen Abzweigfilters der 8i mit
konzentrierten Elementen;
-
9 zeigt
ein beispielhaftes Frequenzverhalten eines Abzweigfilters, das vier
BAW-Resonatoren und keine Abstimmelemente einschließt, gemäß dem Stand
der Technik;
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10a zeigt ein Schaltungsdiagramm eines beispielhaften
Multipolfilters, das Resonatoren X1, X2 und X3, impedanzinvertierende
Schaltungen 51a–51d,
und Abschlussimpedanzen Ra und Rb einschließt, wobei das Filter gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
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10b zeigt ein Schaltungsdiagramm eines anderen
Multipolfilters, das gemäß dem Stand
der Technik konstruiert ist;
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11a zeigt eine beispielhafte impedanzinvertierende
Schaltung, die Induktoren L1–L3
einschließt;
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11b zeigt eine beispielhafte impedanzinvertierende
Schaltung, die Kondensatoren C1–C3
einschließt;
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11c zeigt beispielhafte Resonatorreaktanzkurven;
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12 zeigt
ein Schaltungsdiagramm eines konventionellen Multipolfilters, das
BAW-Resonatoren 56, 57 und 58, impedanzinvertierende
Kondensatoren C01, C12, C23 und C34 einschließt;
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13 zeigt
ein Schaltungsdiagramm eines anderen konventionellen Multipolfilters
des Stands der Technik, wobei das Filter ähnlich dem in 12 ist,
aber auch Induktoren L01, L02 und
L03 einschließt;
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14a zeigt ein Frequenzverhalten des Multipolfilters
der 13;
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14b zeigt einen Teil des Frequenzverhaltens der 14a über
einen Frequenzbereich zwischen 925 MHz und 970 MHz;
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15a zeigt ein Schaltungsdiagramm eines weiteren
beispielhaften Multipolfilters, das gemäß dem Stand der Technik konstruiert
ist, wobei das Filter SCF-Vorrichtungen 57, 58 und 59 und
parallel verbundene Induktoren Lp1 und Lp2 einschließt;
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15b zeigt ein Frequenzverhaltens des Multipolfilters
der 15a;
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15c zeigt einen Teil des Frequenzverhaltens der 15b über
einen Frequenzbereich zwischen 925 MHz und 970 MHz;
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16 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines
Multipol-Volumenwellen-Resonator-gestapelten
Quarzfilters (BAWR-SCF), das gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung konstruiert ist;
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16b zeigt eine Ersatzschaltung der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung der 16a mit konzentrierten Elementen;
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17a zeigt eine Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung,
die gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung konstruiert ist;
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17b zeigt eine beispielhafte Ersatzschaltung der
Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung der 17a mit
konzentrierten Elementen;
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18a zeigt eine beispielhaftes Frequenzverhalten
der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung der 16a;
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18b zeigt einen Teil des Frequenzverhaltens der 18a über
einen Frequenzbereich zwischen 925 MHz und 970 MHz;
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19a zeigt ein beispielhaftes Frequenzverhalten
der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung der 17a;
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19b zeigt einen Teil des Frequenzverhaltens der 19a über
einen Frequenzbereich zwischen 925 MHz und 970 MHz;
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20a und 20b zeigen
jeweilige Teile 100' und 100'' einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 100''',
die in 20c gezeigt ist, wobei die Vorrichtung 100''' gemäß der Erfindung
konstruiert ist;
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20c zeigt die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 100''',
die gemäß der Erfindung
konstruiert ist;
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21a und 21b zeigen
jeweilige Teile 116 und 117 einer Vorrichtung 118,
die in 21c gezeigt ist, wobei die Vorrichtung 118 gemäß der Erfindung
konstruiert ist; und
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21c zeigt die Vorrichtung 118, die gemäß der Erfindung
konstruiert ist.
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Identisch
bezeichnete Elemente, die in verschiedenen Figuren auftreten, beziehen
sich auf dasselbe Element, aber es kann sein, dass auf sie nicht
in der Beschreibung aller Figuren eingegangen wird.
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Bevor
die aktuell bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung beschrieben werden, wird zuerst kurz Bezug genommen
auf die Volumenwellen-(BAW)-Vorrichtungen, die in den 1a–4a gezeigt
sind, und auf die gestapelten Quarzfilter (SCFs), die in den 5a–8a gezeigt
sind. Die Volumenwellen-(BAW)-Vorrichtungen, die in den 1a–4a gezeigt
sind, sind weiter beschrieben in einer gemeinsamen, akzeptierten
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/720,696 mit dem Titel "A Device Incorporating
a Tunable Thin Film Bulk Acoustic Resonator for Performing Amplitude
and Phase Modulation",
eingereicht am 2. Oktober 1996 und erfunden von Juha Ellä. Die gestapelten
Quarzfilter (SCFs), die in den 5a–8a gezeigt
sind, als auch die Volumenwellen-(BAW)-Vorrichtungen, die in den 1a–4a. gezeigt
sind, sind auch beschrieben in der gemeinsamen, anhängigen US-Patentanmeldung
mit der Seriennummer: 08/861,216 mit dem Titel "Filters Utilizing Thin Film Stacked Crystal
Filter Structures and Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators", eingereicht am
21. Mai 1997 und erfunden von Juha Ellä.
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In
den 1a und 1b sind
eine Seitenansicht eines Querschnitts beziehungsweise eine Aufsicht auf
einen Querschnitt eines BAW-Resonators 20, der eine Membran-
oder Brückenstruktur 28 aufweist,
gezeigt. Der BAW-Resonator 20 umfasst eine piezoelektrische
Schicht 22, eine Schicht 38b, eine Schutzschicht 38a (beispielsweise
Polyimid), eine erste untere Elektrode 24, eine zweite
obere Elektrode 26, die Membran 28, Ätzfenster 40a und 40b,
einen Luftspalt 34 und ein Substrat 36. Die piezoelektrische
Schicht 22 umfasst beispielsweise ein piezoelektrisches
Material, das als ein Dünnfilm
hergestellt werden kann, wie beispielsweise Zinkoxid (ZnO), Zinksulfat
(ZnS) oder Aluminiumnitrid (AIN). Die Membran 28 umfasst
zwei Schichten, nämlich
eine obere Schicht 30 und eine untere Schicht 32,
obwohl auch nur eine einzelne Membranschicht verwendet werden kann.
Die obere Schicht 30 besteht beispielsweise aus Silizium
(Si), Siliziumdioxid (SiO2), Polysilizium
(Poly-Si) oder Aluminiumnitrid (AIN), und die untere Schicht 32 besteht
beispielsweise aus Silizium, Siliziumdioxid (SiO2),
oder Galliumarsenid (GaAs). Die Schicht 38b besteht auch
beispielsweise aus SiO2 oder GaAs. Die untere
Elektrode 24 kann beispielsweise aus Gold (Au), Molybdän (Mo) oder
Aluminium (Al) bestehen, wobei aber vorzugsweise Gold verwendet
wird, da es größere Vorteile
als andere Materialien beim Wachsen der piezoelektrischen Schicht 22 liefert.
Die obere Elektrode 26 kann auch aus beispielsweise Gold
(Au), Molybdän
(Mo) oder Aluminium (Al) bestehen, obwohl vorzugsweise Aluminium
verwendet wird, da es weniger elektrische Verluste als die anderen
Materialien aufweist. Während
der Herstellung der Vorrichtung 20 werden die Schichten 38b und 32 gleichzeitig
und als eine einzige Schicht über
dem Substrat 36 der Vorrichtung 20 abgelagert.
Die Ätzfenster 40a und 40b werden
durch ein Ätzen
durch diese einzelne Schicht und die Schicht 38a ausgebildet
(als Ergebnis werden die getrennt bezeichneten Schichten 38b und 32 geliefert).
Das Substrat 36 besteht aus einem Material, wie beispielsweise
Silizium (Si), SiO2, GaAs oder Glas. Durch
die Ätzfenster 40a und 40b wird
ein Teil des Substrats 36 geätzt, um den Luftspalt 34 auszubilden,
nachdem die Membranschichten auf dem Substrat 36 abgelagert
wurden.
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Betrachtet
man die 2, so ist dort ein BAW-Resonator
gezeigt. Der BAW-Resonator 21 ist ähnlich dem in 1a dargestellten,
mit dem Zusatz einer Opferschicht 39. Während der Herstellung des Resonators 21 wird
die Opferschicht 39 über
dem Substrat 36 vor der Ablagerung der Membran 28 abgelagert.
Nachdem alle Resonatorschichten ausgebildet sind, wird die Opferschicht 39 durch Ätzfenster 40a und 40b entfernt,
um einen Luftspalt 34 zu formen. Die Schicht 32 bietet
einen Schutz für
die piezoelektrische Schicht 22 während des Entfernens der Opferschicht 39.
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Für beide
Resonatoren 20 und 21 erzeugt die piezoelektrische
Schicht 22 Vibrationen in Erwiderung auf eine Spannung,
die über
den Elektroden 24 und 26 angelegt wird. Die Vibrationen,
die die Schnittstelle zwischen der Membran 28 und dem Luftspalt 34 erreichen,
werden durch diese Schnittstelle zurück in die Membran 28 reflektiert.
Auf diese Weise isoliert der Luftspalt 34 Vibrationen,
die durch die piezoelektrische Schicht 22 erzeugt werden,
vom Substrat 36.
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Die 3a und 3b zeigen
eine Seitenansicht eines Querschnitts beziehungsweise eine Aufsicht auf
einen Querschnitt einer anderen Vorrichtung, nämlich eines fest montierten
BAW-Resonators 23a. Der BAW-Resonator 23a weist
eine ähnliche
Struktur wie der BAW-Resonator 20 der 1a auf,
mit der Ausnahme, dass keine Schicht 38b vorgesehen ist,
und die Membran 28 und der Luftspalt 34 durch
einen akustischen Spiegel 70 ersetzt sind, der Vibrationen,
die durch die piezoelektrische Schicht 22 erzeugt werden,
vom Substrat 36 akustisch isoliert. Es sollte jedoch beachtet
werden, dass eine Membran oder eine Abstimmschicht (nicht gezeigt)
auch zwischen dem akustischen Spiegel 70 und der Elektrode 24 vorgesehen
werden können, wenn
es notwendig ist, die Vorrichtung 23a abzustimmen, um es
ihr zu ermöglichen,
das gewünschte
Frequenzverhalten zu zeigen.
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Der
akustische Spiegel 70 kann eine ungerade Anzahl von Schichten
umfassen (beispielsweise drei bis neun Schichten). Der in 3a gezeigte
akustische Spiegel 70 umfasst drei Schichten, nämlich eine
obere Schicht 70a, eine mittlere Schicht 70b und
eine untere Schicht 70c. Jede Schicht 70a, 70b und 70c weist
eine Dicke auf, die beispielsweise ungefähr gleich einer viertel Wellenlänge bei
der Mittenfrequenz der Vorrichtung ist. Die obere Schicht 70a und
die untere Schicht 70c bestehen aus Materialien, die niedrige
akustische Impedanzen aufweisen, wie beispielsweise Silizium (Si),
Siliziumdioxid (SiO2), Poly-Silizium, Aluminium
(Al) oder ein Polymer. Auch die mittlere Schicht 70b besteht
aus einem Material, das eine hohe akustische Impedanz hat, wie beispielsweise
Gold (Au), Molybdän
(Mo) oder Wolfram (W) (Wolfram wird bevorzugt). Ein Verhältnis der
akustischen Impedanzen der aufeinander folgenden Schichten ist groß genug,
damit die Impedanz des Substrats auf einen niedrigeren Wert transformiert
werden kann. Wenn die piezoelektrische Schicht 22 vibriert, werden
die Vibrationen, die sie produziert, im wesentlichen durch die Schichten 70a, 70b und 70c vom
Substrat 36 isoliert. Da die Vibrationen auf diese Weise
isoliert werden, und da kein Ätzen
des Substrats 36 während der
Herstellung des BAW-Resonators 23 notwendig ist, kann das
Substrat aus verschiedenen Materialien bestehen, die niedrige oder
hohe akustische Impedanzen aufweisen, wie beispielsweise Si, SiO2, GaAs, Glas oder ein keramisches Material
(beispielweise Aluminiumoxid). Auch kann für jede der dielektrischen Schichten hoher
Impedanz, die oben beschrieben sind, Tantaldioxid statt der oben
erwähnten
Materialien verwendet werden.
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In 4a ist
ein Querschnitt eines anderen Typs eines BAW-Resonators 80 gezeigt. Der
Resonator 80 umfasst eine piezoelektrische Schicht 22,
eine erste untere Elektrode 24, eine zweite obere Elektrode 26, eine
Membran 88 und ein Substrat 90, das ein Kontaktloch 92 aufweist.
Die piezoelektrische Schicht 22, die ersten und zweiten
Elektroden 24 und 26 und die Membran 88 bilden
eine Stapel, der vorzugsweise eine Dicke von beispielsweise 2 μm bis 10 μm aufweist,
und das Substrat 90 weist vorzugsweise eine Dicke von beispielsweise
0,3 mm bis 1 mm auf. Ein Teil des Kontaktlochs 92, der
direkt unterhalb der Membran 88 angeordnet ist, weist vorzugsweise
eine Länge
von beispielsweise 100 μm
bis 400 μm
auf. Das Substrat 90 kann beispielsweise Si oder GaAs umfassen.
Der Resonator 80 funktioniert in ähnlicher Weise wie der oben
beschriebene Resonator 20, dadurch dass diese Vorrichtungen
eine Luftschnittstelle verwenden, um akustische Vibrationen zu reflektieren,
die von den piezoelektrischen Schichten 22 der jeweiligen
Vorrichtungen produziert werden. Ein primärer Unterschied zwischen diesen
Resonatoren 20 und 80 besteht jedoch im Verfahren,
das für
das Herstellen der jeweiligen Vorrichtungen verwendet wird. Beispielsweise
wird für
den Resonator 80, nachdem alle Schichten 22, 24, 26 und 88 ausgebildet
sind, ein Teil des Substrats dann von unterhalb des Substrats 90 weggeätzt, um
das Kontaktloch 92 zu bilden.
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Jeder
der oben beschriebenen BAW-Resonatoren kann unter Verwendung einer
Dünnfilmtechnik
hergestellt werden, die beispielsweise Schritte des Sputterns und
der chemischen Dampfphasenabscheidung einschließt. BAW-Resonatoren zeigen
Serien- und Parallelresonanzen, die ähnlich denen von beispielsweise Quarzresonatoren
sind. Die Resonanzfrequenzen von BAW-Resonatoren können in
Abhängigkeit
von der Schichtendicke der Vorrichtungen typischerweise im Bereich
von ungefähr
0,5 GHz bis 5 GHz liegen. Auch die Impedanzpegel der BAW-Resonatoren
sind eine Funktion der horizontalen Abmessungen der Vorrichtungen.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 5a–8a,
die verschiedene Ausführungsformen
eines anderen Typs einer BAW-Vorrichtung
zeigen, nämlich
ein gestapeltes Quarzfilter (SCF). Die 5a und 5b zeigen
ein gestapeltes Quarzfilter 20'. Das SCF 20' ist aus Schichten 36, 32, 30, 24, 22, 38a und 38b, einem
Luftspalt 34 und Ätzfenstern 40a und 40b,
die ähnlich
solchen des oben beschriebenen BAW-Resonators 20 sind, aufgebaut.
Zusätzlich
zu diesen Schichten umfasst das gestapelte Quarzfilter 20' auch eine zweite
mittlere Elektrode 26',
die ähnlich
der Elektrode 26 des oben beschriebenen BAW-Resonators 20 ist,
und die als Erdelektrode verwendet wird. Das SCF 20' umfasst auch
eine zusätzliche
piezoelektrische Schicht 23, die über der Elektrode 26' und über Teilen
der piezoelektrischen Schicht 22 abgelagert ist. Das SCF 20' umfasst weiter
eine dritte obere Elektrode 25, die über einen oberen Teil der piezoelektrischen
Schicht 23 abgelagert ist. Die Elektroden 25 und 26' können ähnliche
Materialien wie die Elektroden 24 und 26 des BAW-Resonators 20 aufweisen,
und die piezoelektrischen Schichten 22 und 23 können ähnliche
Materialien wie die piezoelektrische Schicht 22 des BAW-Resonators 20 aufweisen.
Auch kann man aus den 5a und 5b erkennen,
dass die Schutzschicht 38a Teile der piezoelektrischen
Schicht 23 und der Elektrode 25 zusätzlich zum
Abdecken von Teilen der anderen Schichten des SCF 20' abdeckt. Für die Zwecke
dieser Beschreibung werden die piezoelektrischen Schichten 22 und 23 des
SCF 20' auch
als eine erste untere piezoelektrische Schicht 22 und eine
zweite, obere piezoelektrische Schicht 23 bezeichnet.
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6 zeigt
ein gestapeltes Quarzfilter 21', das ähnlich dem der 5a und 5b ist,
mit dem Zusatz einer Opferschicht 39. Die Opferschicht 39 wird
verwendet, um einen Luftspalt auszuformen (in 6 nicht gezeigt),
in einer ähnlichen
Weise, wie das oben in Bezug auf 2 beschrieben
wurde. Die Schicht 32 liefert einen Schutz für die piezoelektrische
Schicht 22 während
des Entfernes der Opferschicht 39.
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7a zeigt
ein fest montiertes gestapeltes Quarzfilter 23', das Schichten 36, 70, 70a, 70b, 70c, 23, 22 und 38a umfasst,
die ähnlich
denen des BAW-Resonators 23a der 3a und 3b sind.
Das SCF 23' umfasst
auch eine zusätzliche
piezoelektrische Schicht 23, eine zweite, mittlere Elektrode 26' und eine dritte, obere
Elektrode 25. Die Elektroden 25 und 26' können ähnliche
Materialien wie die Elektroden 24 und 26 des BAW-Resonators 23a umfassen,
und die piezoelektrischen Schichten 22 und 23 können ähnliche
Materialien, wie die piezoelektrische Schicht 22 des BAW-Resonators 23a umfassen.
Die piezoelektrische Schicht 23 ist über Teilen der Elektrode 26' und der piezoelektrischen
Schicht 22 angeordnet, und die Elektrode 25 ist über einer
oberen Oberfläche
der piezoelektrischen Schicht 23 angeordnet. Die Elektrode 26' des SCF 23' dient als eine
Erdelektrode und bedeckt Teile des akustischen Spiegels 70 und
der piezoelektrischen Schicht 22. Die Schutzschicht 38a bedeckt
Teile der Schichten 23, 25 und 26' zusätzlich zu
anderen Teilen des SCF 23'. 7b zeigt
einen oberen Teil des SCF 23',
der die Elektroden 24, 25 und 26' einschließt, und
einen Teil der Schutzschicht 38a. Für die Zwecke dieser Beschreibung
werden die piezoelektrischen Schichten 22 und 23 des
SCF 23' auch
als eine erste, untere piezoelektrische Schicht 22, und
eine zweite, obere piezoelektrische 23 bezeichnet. Es sollt
angemerkt werden, dass eine Membran oder eine Abstimmschicht (nicht
gezeigt) auch zwischen dem akustischen Spiegel 70 und der
Elektrode 24 der Vorrichtung 23' vorgesehen werden können, wenn
das für
das Abstimmen der Vorrichtung 23' notwendig ist, um es ihr zu ermöglichen,
das gewünschte Frequenzverhalten
zu liefern.
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8a zeigt
ein gestapeltes Quarzfilter 80', das aus einem Substrat 90,
einer Membran 88, einer ersten unteren Elektrode 24,
einer ersten unteren piezoelektrischen Schicht 22 und einem
Kontaktloch 92 besteht, die ähnlich denen des oben beschriebenen
BAW-Resonators 80 sind. Zusätzlich zu diesen Komponenten
umfasst das SCF 80' auch
eine zweite, obere piezoelektrische Schicht 23, eine zweite
mittlere Elektrode 26' und eine
dritte, obere Elektrode 25, die ähnliche Materialien aufweisen,
wie sie oben beschrieben wurden. Die mittlere Elektrode 26' ist über Teilen
der piezoelektrischen Schicht 22 und der Membran 88 angeordnet.
Die piezoelektrische Schicht 23 ist über Teilen der mittleren Elektrode 26' und der piezoelektrischen
Schicht 22 angeordnet, und die dritte Elektrode 25 ist über der
piezoelektrischen Schicht 23 angeordnet. Die zweite Elektrode 26' dieser Vorrichtung
dient als Erdelektrode.
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Jeder
der in den 5a–8a gezeigten
gestapelten Quarzfilter kann unter Verwendung derselben Substratmaterialien
und Ablagerungsverfahren hergestellt werden, die verwendet wurden,
um die BAW-Resonatoren der 1a–4a herzustellen.
Wie oben angegeben ist, ist eine Ersatzschaltung des SCF in 8b gezeigt.
Auch sind, wie das oben beschrieben wurde, die SCF-Vorrichtungen
mit zwei Anschlüssen,
die gleiche Kapazitäten
(Co) aufweisen (siehe 8b) und die ähnlich wie LC-Resonanzkreise
arbeiten, versehen. Die SCFs zeigen eine Serienresonanz. Wie die
oben beschriebenen BAW-Resonatoren sind die Impedanzpegel der gestapelten
Quarzfilter eine Funktion der horizontalen Abmessungen der Vorrichtungen.
Auch ist, wie bei den oben beschriebenen BAW-Resonatoren, die fundamentale
(Serien-)Resonanzfrequenz jedes SCF eine Funktion der Dicke des
Schichtenstapels (der beispielsweise die Dicken der Elektroden,
der piezoelektrischen Schichten und, sofern vorhanden, der Membran(e)
einschließt),
der über
dem Substrat der Vorrichtung abgesetzt ist.
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Wie
vorher beschrieben wurde, können
konventionelle BAW-Resonator-Multipol-Filter
und SCF-Multipol-Filter im allgemeinen nur begrenzte Bandbreiten
des Durchlassbandes bieten. Wie vorher beschrieben wurde, kann die
Bandbreite des Durchlassbandes eines Multipolfilters zu einem Grad
erhöht
werden durch das Verbinden verschiedener passiver "Abstimmkomponenten" innerhalb des Filters.
Dies Komponenten können beispielsweise
diskrete induktive Elemente, wie monolithische spiralförmige Spulen,
diskrete Induktoren oder Übertragungsleitungen
einschließen,
die parallel mit den Resonatoren des Filters verbunden werden. Wie
vorher beschrieben wurde, umfassen konventionelle Multipolfilter, die
in Serie verbundene Resonatoren einschließen, im allgemeinen impedanzinvertierende
Komponenten wie die, die in den 11a und 11b gezeigt sind. Der Einschluss dieser Typen
von passiven Elementen in ein Filter kann zu dem Erhöhen der
Gesamtgröße und der
Komplexität
des Filters führen,
und die geringen Q-Werte der induktiven Abstimmelemente können zu
einer Zunahme des Einfügeverlust
des Filters führen.
Auch der Einschluss diskreter Induktoren in einem Filter kann bewirken,
dass das Filter ein unerwünschtes
Ansprechen auf Nebenfrequenzen zeigt, insbesondere bei niedrigen
Frequenzen. Wie man erkennt, würde
es wünschenswert
sein, ein Multipol-Filter zu liefern, das eine reduzierte Anzahl
von passiven Elementen im Vergleich zur Anzahl der passiven Elemente,
die zumindest in einigen konventionellen Multipolfiltern eingeschlossen
sind, einschließt,
und das ein besseres Frequenzverhalten liefert als das durch diese
konventionellen Multipolfilter geliefert wird.
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Unter
Berücksichtigung
dieser Betrachtungen hat der Erfinder bestimmt, dass durch das Vorsehen
von BAW-Resonatoren, SCFs und passiven Komponenten (wie (a) impedanzinvertierende
Elemente und (b) induktive Elemente, die parallel mit den BAW-Resonatoren
verbunden sind) in einer einzigen Schaltung ein gewünschtes
Frequenzverhalten geliefert werden kann, während einige der Nachteile,
die mit der Verwendung der BAW-Resonator-Multipol-Filter
des Stands der Technik und der SCF-Multipol-Filter des Stands der Technik,
die oben beschrieben wurden, verbunden sind, vermieden werden. Insbesondere
hat der Erfinder monolithische Filter entwickelt, die aus in Serie
verbunden BAW-Resonatoren und gestapelten Quarzfiltern bestehen,
und die auch eine reduzierte Anzahl von induktiven Abstimmelementen
und impedanzinvertierenden Elementen im Vergleich zur Anzahl dieser
Elemente, die in mindestens einigen der konventionellen Multipol-Filter verwendet
werden, aufweisen. Durch das Einfügen von SCF-Vorrichtungen in
die Filter hat der Erfinder die äquivalente
Parallelkapazität
C0 der SCF-Vorrichtungen zu dem Vorteil
ausgebeutet, dass die Filter der Erfindung so konstruiert sind,
dass die Parallelkapazitäten
Co als impedanzinvertierende Komponenten zwischen den Resonatoren
der Filter funktionieren, um somit die Anzahl der diskreten impedanzinvertierenden
Elemente, die in diesen Filtern verwendet werden müssen, zu
reduzieren. Diese Parallelkapazitäten funktionieren in Verbindung
mit diskreten impedanzinvertierenden Elementen in den Filtern für das Transformieren
einer Abschlussimpedanz der jeweiligen Filter von einer ersten Impedanz
zu einer zweiten Impedanz.
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Die
Filter der Erfindung liefern eine breite Bandbreite des Durchlassbandes
und einen hohen Grad der Dämpfung
des Sperrbereichs und als solche auch ein verbessertes Frequenzverhalten
im Vergleich zu solchen, die beispielsweise durch BAW-Resonator-Multipol-Filter
und SCF-Multipol-Filter des Stands der Technik geliefert werden.
Die Filter der Erfindung werden hier nachher als Multipol-Volumenwellen-Resonator-gestapelte
Quarzfilter-(BAWR-SCF)-Vorrichtungen oder Schaltungen (oder FBAR-SCF-Vorrichtungen)
bezeichnet und können
gemäß verschiedenen
Topologien ausgebildet werden, wie das nachfolgend beschrieben wird.
Die BAW-Resonatoren der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen können ähnlich denen,
die oben beschrieben und in den 1a–4a gezeigt
wurden, sein, und die SCFs der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen können ähnlich denen,
die oben beschrieben und in den 5a–8a gezeigt
wurden, sein.
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Bevor
die verschiedenen Ausführungsformen
der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
der Erfindung beschrieben werden, wird Bezug genommen auf Aspekte
der Erfindung, die die Basistopologie, die Herstellung und die Leistung
dieser Vorrichtung betreffen. Die Basistopologie der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der
Erfindung umfasst eine Vielzahl von in Serie verbundenen BAW-Resonatoren
und SCF-Vorrichtungen, induktive Elemente, die parallel mit den
BAW-Resonatoren verbunden sind, und parallel verbundene impedanzinvertierende
Elemente. Die Anzahl der BAW-Resonatoren und der SCF-Vorrichtungen, die
in den Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung eingeschlossen
sind, hängt
beispielsweise vom Frequenzverhalten (beispielsweise die Anzahl
der Pole, die Bandbreite/Form des Durchlassbandes (das ist Butterworth
oder Chebyshev), die Größe der Welligkeit
des Durchlassbandes, etc.) und den Abschlussimpedanzpegeln, die
vorgesehen werden sollen, ab. Beispielsweise veranlasst jeder BAW-Resonator
und jede SCF-Vorrichtung, die in den Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen enthalten
sind, die Vorrichtungen, einen entsprechenden Pol auszubilden. Auch
die Anzahl der induktiven Elemente, die in den Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen verwendet werden,
ist dieselbe wie die Anzahl der BAW-Resonatoren, die in diesen Vorrichtungen
verwendet werden.
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Während der
Konstruktion der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung werden
die Abmessungen für
die Dicken und die Flächen
der BAW-Resonatorschichten und der SCF-Schichten der Vorrichtungen
vorzugsweise so gewählt,
dass die BAW-Resonatoren
und die SCFs bei den gewünschten
Frequenzen in Resonanz gelangen. Nachdem diese Flächen und
Dicken ausgewählt
sind, werden Elementwerte der Ersatzschaltung (beispielsweise Lm,
Cm und C0) für die BAW-Resonatoren und die
SCFs als auch Werte für
die impedanzinvertierenden Komponenten (induktiv oder kapazitiv)
bestimmt (beispielsweise wird der Wert der äquivalenten Kapazität C0 der Vorrichtungen vorzugsweise so gewählt, dass
eine Resonanz bei der Mittenfrequenz des Filters auftritt). Auch
Werte für
die induktiven Elemente (die parallel mit den BAW-Resonatoren verbunden sind)
werden ausgewählt,
die Induktivitätswerte
der induktiven Elemente (das sind Abstimmelemente), die in den Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
der Erfindung verwendet werden, hängen beispielweise von den
Resonanzfrequenzen und somit den Dicken der piezoelektrischen Schichten
der BAW-Resonatoren
ab, mit denen die induktiven Elemente parallel verbunden sind. Beispielsweise
werden die Werte der induktiven Elemente, die in einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung verwendet
werden, vorzugsweise so ausgewählt,
dass jedes induktive Element eine Parallelresonanzfrequenz aufweist,
die ähnlich
der der äquivalenten
Parallelkapazität Co
des BAW-Resonators ist, mit dem das induktive Element parallel verbunden
ist. Diese Frequenz ist die Mittenfrequenz des BAW-Resonators und
die Mittenfrequenz des Durchlassbandes der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung.
Auf diese Weise kann jedes induktive Element bewirken, dass die äquivalente
Parallelkapazität
Co an der Mittenfrequenz der Resonatorvorrichtung gelöscht wird,
und kann auch bewirken, dass die Parallel- und Seriellresonanzfrequenzen
der Resonatorvorrichtung durch ein breiteres Frequenzband voneinander
getrennt werden, als das ohne das induktive Element der Fall wäre. Somit
wird die Bandbreite des Durchlassbandes des Multipol-BAWR-SCF-Filters
relativ zu der, die durch das Filter ohne solche induktiven Abstimmelemente geliefert
wird, erhöht.
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Die
Bestimmung der passenden Werte für
die Schichtendicke/Schichtenfläche
des BAW-Resonators und des SCF als auch die Bestimmung der Werte
der verschiedenen induktiven und kapazitiven Komponenten kann gemäß jeder
geeigneten bekannten Filtergestaltungstechnik durchgeführt werden.
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Die
Impedanzinversionsparameterwerte (das sind Kj,
Kj+1 etc.) für die impedanzinvertierenden
Elemente, die in den BAWR-SCF-Vorrichtungen
verwendet werden, können
auch unter Verwendung der oben angegebenen Gleichungen (1–4) berechnet
werden, wenn man annimmt, dass die gewünschte Anzahl der Pole für die Vorrichtungen
und die Werte für
passende Variablen in den Gleichungen (beispielsweise Werte für die Abschlussimpedanzen
Ra und Ra, die Bruchteilbandbreite
w, etc.) ausgewählt
wurden.
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Da
diese Impedanzinversionsparameterwerte die gesamten äquivalenten
Kapazitäten
und/oder Induktivitäten,
die im Filter vorgesehen sind, beeinflussen, und da sie unterschiedlich
für unterschiedliche
impedanzinvertierende Elemente innerhalb des Filters sein können, kann
es sein, dass die berechneten Werte der Ersatzschaltungselemente
(beispielsweise Lm, Cm und C0) als auch
die Dicken/Flächen
der Resonatorschichten nach der Herstellung etwas modifiziert werden
müssen,
um es den BAW-Resonatoren und den SCF-Komponenten zu ermöglichen, an den gewünschten
Frequenzen in Resonanz zu kommen, und um zu bewirken, dass die parasitären Kapazitäten gewünschte Werte
annehmen. Somit können
mindestens einige der Resonatorkomponenten der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
sich unterscheidende Schichtenstapeldicken und entsprechend unterschiedliche
Resonanzfrequenzen haben. Beispielsweise wird angenommen, dass es
gewünscht
wird, eine Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung zu liefern, die n aufeinander
folgende Resonatorkomponenten (die BAW-Resonatoren und SCFs einschließen) aufweist,
wobei die Vorrichtung entweder ein Frequenzverhalten des Chebyshev-Typs,
das eine ungerade Anzahl von Polen aufweist, oder ein Frequenzverhalten
des Butterworth-Typs ergibt, und wobei die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der
Vorrichtung ähnliche
Abschlussimpedanzen aufweisen. In diesem Fall kann eine erste der
Resonatorkomponenten und eine n-te der Resonatorkomponenten ähnliche
Schichtenstapeldicken und Resonanzfrequenzen aufweisen. Diese Dicken
und Resonanzfrequenzen können
sich jedoch von solchen der anderen der Resonatorkomponenten der
Vorrichtung unterscheiden, wie der zweiten und einer (n – 1)-ten
der Resonatorkomponenten der Vorrichtung, die beide ähnliche
Schichtenstapeldicken und Resonanzfrequenzen aufweisen können, etc.
In einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung,
die konstruiert ist, um 5 oder 6 Pole zu haben, kann es beispielsweise
drei unterschiedliche Frequenzen geben, bei denen die verschiedenen
Resonatoren in Resonanz kommen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung können
die SCFs jeder Multipol-BAWR-SCF-Schaltung so hergestellt werden,
dass sie Schichtenstapel aufweisen, die Dicken besitzen, die es
den SCFs ermöglichen, entweder
eine fundamentale (Serien-)Resonanzfrequenz oder eine zweite harmonische
(Serien-)Resonanzfrequenz bei oder nahe der "vorgesehenen" Mittenfrequenz der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung
zu ergeben. Wie man erkennt, werden die Schichtenstapeldicken der
SCFs sich in jedem Fall unterscheiden. Dieser Unterschied in den
Schichtenstapeldicken wird vorzugsweise durch einen Unterschied
in den Dicken der piezoelektrischen Schichten der Stapel geliefert,
obwohl der Unterschied auch durch Unterschiede in den Dicken der verbleibenden
Schichten der Stapel geliefert werden kann. Welche dieser "Schichtendickenunterschiede" verwendet wird,
kann jedoch von verschiedenen Betrachtungen abhängen, wie anwendbaren Konstruktionserfordernissen,
die relative Leichtigkeit der Herstellung der Vorrichtung für jeden
Fall (beispielsweise wird es bevorzugt, dass die Herstellung der
Vorrichtung so einfach wie möglich
ist), etc.
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Vorzugsweise
sind die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung so konstruiert,
dass die SCFs eine zweite harmonische Resonanz ergeben, statt eine
fundamentale Resonanz bei ungefähr
der Mittenfrequenz der jeweiligen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen.
Dies ergibt sich deswegen, weil die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
leichter herzustellen sind in dem Fall, bei dem die SCFs die zweite
harmonische Resonanz bei ungefähr
der Mittenfrequenz der jeweiligen Vorrichtungen ergeben. Es sollte
angemerkt werden, dass, sofern gewünscht, die Mulitpol-BAWR-SCF-Schaltungen
auch so hergestellt werden können, dass
die SCFs andere harmonische Resonanzfrequenzen neben der fundamentalen
und der zweiten harmonischen Resonanzfrequenz zeigen, bei ungefähr der "gewünschten" Mittenfrequenz der
jeweiligen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt dieser Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
in einer Weise konstruiert werden, dass eine minimale Anzahl von
Kontaktlöchern
in die Strukturen der jeweiligen Vorrichtungen eingefügt sind.
Dieser Aspekt der Erfindung als auch der Aspekt der Erfindung, der
sich auf den Betrieb der SCFs entweder bei der fundamentalen Resonanzfrequenz
oder der zweiten harmonischen Resonanzfrequenz bezieht, ist weiter
beschrieben in der gemeinsamen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer
08/861,216. Die Beschreibung dieser US-Patentanmeldung wird durch Bezugnahme
vollständig
eingeschlossen.
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Eine
Ausführungsform
einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung gemäß dieser Erfindung wird nun
beschrieben. Betrachtet man die 16a,
so ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung gezeigt, die eine Basistopologie
einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung
besitzt, die gemäß dieser
Erfindung konstruiert ist. Die Schaltung, nämlich eine Multipol-BAWR-SCF-Schaltung (oder
Vorrichtung) 1, umfasst die BAW-Resonatoren (BAW1) und (BAW2), ein gestapeltes
Quarzfilter 4, impedanzinvertierende Elemente, die als
Kondensatoren C01 und C34 und Induktoren L01 und
L02 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die
Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung ein Vierpol und umfasst Anschlüsse (oder
Knoten) (P1) und (P2) und Anschlüsse
(O1) und (O2). Die Anschlüsse
(P1) und (P2) sind beispielsweise 50 Ohm Anschlüsse, und die Anschlüsse (O1)
und (O2) sind beispielsweise auch 50 Ohm Anschlüsse. Die Anschlüsse (P2)
und (Q2) sind während
der Verwendung vorzugsweise mit Erde verbunden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 ist
der impedanzinvertierende Kondensator C01 über den Anschlüssen (P1)
und (P2) verbunden, der impedanzinvertierende Kondensator C34 ist über den
Anschlüssen
(O1) und (O2) verbunden, der Induktor L01 ist
parallel mit dem BAW-Resonator (BAW1) verbunden, und der Induktor
L02 ist parallel mit dem BAW-Resonator (BAW2)
verbunden. Genauer gesagt ist ein erster Kontakt C01' des impedanzinvertierenden
Kondensators C01 mit dem Anschluss (P2) gekoppelt, und ein zweiter
Kontakt C01'' des impedanzinvertierenden
Kondensators C01 ist mit dem Anschluss (P1) gekoppelt. Ein erster
Kontakt C34' des
impedanzinvertierenden Kondensators C34 ist mit dem Anschluss (O2)
gekoppelt, und ein zweiter Kontakt C34'' des impedanzinvertierenden
Kondensators C34 ist mit dem Anschluss (O1) gekoppelt. Auch ist
eine Elektrode 21a des BAW-Resonators (BAW1) mit dem Anschluss
(P1) gekoppelt, und eine Elektrode 21b des BAW-Resonators
(BAW1) ist mit einer Elektrode 4a des SCF 4 gekoppelt.
Eine Elektrode 4b des SCF 4 ist mit einer Elektrode 21a' des BAW-Resonators
(BAW2) gekoppelt, und eine Elektrode 20 des SCF 4 ist
mit einem Knoten (G1) verbunden (der während der Verwendung vorzugsweise
mit Erde gekoppelt ist). Darüber
hinaus ist eine Elektrode 21b' des BAW-Resonators (BAW2) mit
dem Anschluss (O1) gekoppelt.
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16a zeigt auch piezoelektrische Schichten 21c und 21c' der BAW-Resonatoren
(BAW1) beziehungsweise (BAW2), und piezoelektrische Schichten 4c und 4d des
SCF 4. Zur Klarheit sind die andere Schichten der Vorrichtungen 4 (BAW1)
und (BAW2) neben den Elektroden und den piezoelektrischen Schichten
in 16a nicht gezeigt.
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Die
Multipol-BAWR-SCF-Schaltung 1 ist eine Dreipolvorrichtung
und weist eine Ersatzschaltung in Form konzentrierter Elemente auf,
die ähnlich
der ist, die in 16b gezeigt ist. Gemäß dieser
Erfindung funktionieren die äquivalenten
Parallelkapazitäten
C0(SCF) des SCF4 als auch die Komponenten
C01 und C34 als impedanzinvertierende Elemente, wie man das aus 16b erkennen kann. Da die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 der
Erfindung diese äquivalenten
Parallelkapazitäten
C0(SCF) einschließt und sie als impedanzinvertierende
Elemente verwendet statt zusätzliche
diskrete impedanzinvertierende Elemente zu verwenden, wie die Komponenten
C12 und C23 des Filters 59 des Stands der Technik, das
oben beschrieben wurde, ist die Vorrichtung 1 strukturell
weniger komplex und kompakter als dieser Filter 59.
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Die
Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 ergibt ein verbessertes
Frequenzverhalten relativ zu einem solchen, das beispielsweise durch
das Filter 59 der 13 erhalten wird.
Es wird beispielsweise nun Bezug auf die 18a und 18b genommen, die ein beispielhaftes Frequenzverhalten
der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung 1 über Frequenzbereiche von 400
MHz–1,2
GHz beziehungsweise 925 MHz–970 MHz
zeigen. Für
dieses beispielhafte Frequenzverhalten wird angenommen, dass 1)
die Vorrichtung 1 so konstruiert ist, dass sie ein Durchlassband
ergibt, das eine Bandbreite von ungefähr 25 MHz und eine Mittenfrequenz
von ungefähr
947,5 MHz aufweist (diese Werte werden typischerweise in GSM-Empfangsbandanwendungen
verwendet), 2) das SCF 4 so konstruiert ist, dass es eine
zweite harmonische Frequenz bei der Mittenfrequenz des Durchlassbandes
der Vorrichtung 1 ergibt, 3) die Induktoren L01 und
L02 jeweils Induktivitätswerte aufweisen, wie sie
in Tabelle 5 gezeigt sind, 4) die Kondensatoren C01 und C34 jeweils
Kapazitätswerte besitzen,
wie sie in Tabelle 5 gezeigt sind, 5) die einzelnen BAW-Resonatoren
(BAW1) und (BAW2) und das SCF 4 Schichten einschließen, die
die Materialien und Dicken aufweisen, wie sie in Tabelle 5 gezeigt
sind, und 6) die Elektroden der Resonatoren (BAW1) und (BAW2), und
die Elektroden des SCF4 Flächen
aufweisen, wie sie in Tabelle 5 gezeigt sind.
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Den
Grad der Verbesserung des Frequenzverhaltens der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 relativ zum
Frequenzverhalten, das vom Filter 59 der 13 gezeigt
wird (das im Gegensatz zur Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 kein
SCF 4 umfasst) kann man sehen, indem man die 18a und 18b mit den 14a und 14b vergleicht
(die das Frequenzverhalten und Durchlassbandverhalten des Filters 59 zeigen,
wenn man annimmt, dass die Komponenten des Filters 59 gemäß der Information
von Tabelle 3, die oben beschrieben wurde, konstruiert sind). Wie
man aus diesen Figuren sieht, sind die Formen des Durchlassbandes,
das sich durch die jeweiligen Vorrichtungen 1 und 59 ergibt, ähnlich,
aber das Niveau der Dämpfung des
Sperrbereichs, das von der Vorrichtung 1 geliefert wird,
bei Frequenzen, die niedriger als die Frequenzen des Durchlassbandes
sind, ist wesentlich größer als
das, das durch die Vorrichtung 59 bei ähnlichen Frequenzen geliefert
wird, was durch das Einfügen
des SCF 4 in die Vorrichtung 1 bewirkt wird. Das
Niveau der Außer-Band-Zurückweisung,
das durch die Vorrichtung 1 geliefert wird, beträgt mindestens
27 dB. Ein anderer Vorteil, der von der Vorrichtung 1 der
Erfindung geliefert wird, ist der, dass die Vorrichtung 1 eine
geringere Anzahl von Induktoren L01 und
L02 als das Filter 59 der 13 umfasst.
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Es
sollte angemerkt werden, dass in Abhängigkeit von den Anforderungen
für eine
interessierende Anwendung jedes der Paare der Anschlüsse (P1)
und (P2) und (O1) und (O2) als Eingangsanschlüsse oder Ausgangsanschlüsse für die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 verwendet
werden kann, da die Übertragung
von Energie in der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 entweder
in der Richtung von den Anschlüssen
(P1) und (P2) zu den Anschlüssen
(O1) und (O2) oder in der Richtung von den Anschlüssen (O1)
und (O2) zu den Anschlüssen
(P1) und (P2) geliefert werden kann. Da die Energie in der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 in
jeder Richtung übertragen
werden kann, funktioniert die Vorrichtung 1 ähnlich und
ergibt dieselben Leistungseigenschaften (oben beschrieben) in jedem
Fall.
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Eine
andere Ausführungsform
einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung
gemäß dieser
Erfindung wird nun beschrieben. Betrachtet man die 17a, so ist ein schematisches Diagramm einer Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung
(oder Schaltung) 3 gezeigt, die gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung konstruiert ist. Die Vorrichtung 3 umfasst
einen BAW-Resonator
(BAW1), gestapelte Quarzfilter 6 und 8, impedanzinvertierende
Elemente, die vorzugsweise Kondensatoren C12 und C23 umfassen, und
einen Induktor L0. Vorzugsweise ist auch
die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 ein Vierpol und umfasst
Anschlüsse
(oder Knoten) (P1) und (P2) und Anschlüsse (O1) und (O2). Die Anschlüsse (P1)
und (P2) sind beispielsweise 50 Ohm Anschlüsse, und die Anschlüsse (O1)
und (O2) sind auch beispielsweise 50 Ohm Anschlüsse. Die Anschlüsse (P2)
und (O2) sind während
des Gebrauchs vorzugsweise mit Erde gekoppelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 sind
das SCF 6, der BAW-Resonator (BAW1) und das SCF 8 in
Serie verbunden. In der Vorrichtung 3 ist eine Elektrode 6a des
SCF 6 mit dem Anschluss (P1) gekoppelt, eine mittlere Elektrode 20 des
SCF 6 ist mit einem Knoten (G1) gekoppelt, und eine Elektrode 6b des
SCF 6 ist mit einem Knoten (I1) gekoppelt. Auch eine Elektrode 8b des
SCF 8 ist mit dem Anschluss (O1) gekoppelt, eine mittlere
Elektrode 20 des SCF 8 ist mit einem Knoten (G4)
verbunden und eine Elektrode 8a des SCF 8 ist
mit einem Knoten (I2) verbunden. Ein Kontakt C12' des Kondensators C12 ist mit dem Konten
(I1) gekoppelt, und ein Kontakt C12'' des
Kondensators C12 ist mit einem Knoten (G2) gekoppelt. Ein Kontakt
C23' des Kondensators
C23 ist mit dem Konten (I2) gekoppelt, und ein Kontakt C23'' des Kondensators C23 ist mit dem Knoten
(G3) gekoppelt. Der BAW-Resonator (BAW1) besitzt eine Elektrode 21a, die
mit dem Knoten (I1) gekoppelt ist, und auch eine Elektrode 21b,
die mit dem Knoten (I2) gekoppelt ist. Somit ist der BAW-Resonator
(BAW1) zwischen den SCFs 6 und 8 gekoppelt. Der
Induktor L0 ist parallel mit dem BAW-Resonator
(BAW1) verbunden. Die Knoten (G1)–(G4) sind während des
Gebrauchs vorzugsweise mit Erde gekoppelt. Wie die oben beschriebene
Vorrichtung 1 ist die Multipol-BAWR-SCF-Schaltung 3 eine Dreipolvorrichtung.
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17a zeigt auch piezoelektrische Schichten 6c und 6d des
SCF 6, piezoelektrische Schichten 8c und 8d des
SCF 8 und eine piezoelektrische Schicht 21c des
BAW-Resonators (BAW1). Zur Klarheit sind die andere Schichten der
Vorrichtungen 6, 8 und (BAW1) neben den Elektroden
und den piezoelektrischen Schichten in 17a nicht
gezeigt.
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Gemäß dieser
Erfindung funktionieren die äquivalenten
Parallelkapazitäten
C0(SCF) des SCF4 als auch die Komponenten
C12 und C23 als impedanzinvertierende Elemente, wie man das aus 17b erkennen kann, die ein Ersatzschaltung in
Form konzentrierter Elemente der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung 3 zeigt.
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Die 19a und 19b zeigen
ein Frequenzverhalten der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung 3 über Frequenzbereiche
von 400 MHz–1,2
GHz beziehungsweise 925 MHz–970
MHz für
einen beispielhaften Fall, in dem 1) die Vorrichtung 3 so
konstruiert ist, dass sie ein Durchlassband ergibt, das eine Bandbreite
von ungefähr
25 MHz und eine Mittenfrequenz von ungefähr 947,5 MHz aufweist (diese
Werte werden typischerweise in GSM-Empfangsbandanwendungen verwendet),
2) die SCFs 6 und 8 so konstruiert sind, dass
sie eine zweite harmonische Frequenz bei der Mittenfrequenz des
Durchlassbandes ergeben, 3) der Induktor L0 einen
Induktivitätswert
aufweist, wie er in Tabelle 6 gezeigt ist, 4) die Kondensatoren
C12 und C23 jeweils Kapazitätswerte besitzen,
wie sie in Tabelle 6 gezeigt sind, 5) der BAW-Resonator (BAW1) und die einzelnen SCFs 6 und 8 Schichten einschließen, die
die Materialien und Dicken aufweisen, wie sie in Tabelle 6 gezeigt
sind, und 6) die Elektroden des Resonators (BAW1) und der SCFs 6 und 8 Flächen aufweisen,
wie sie in Tabelle 6 gezeigt sind.
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Die
Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 zeigt ein verbessertes
Frequenzverhalten relativ zu dem, das beispielsweise das Filter 56 der 15a zeigt (das im Gegensatz zur Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 keinen
BAW-Resonator (BAW1) einschließt),
wenn man annimmt, dass die Komponenten des Filters 56 gemäß der Information
von der oben gezeigten Tabelle 4 konstruiert wurden. Dis kann man
sehen, indem man die 19a und 19b,
die das Frequenzverhalten und das Durchlassbandverhalten der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 zeigen,
mit den 15b und 15c vergleicht,
die das Frequenzverhalten und das Verhalten des Durchlassbandes
des Filters 56 zeigen. Wie man aus diesen Figuren sieht,
sind die Formen des Durchlassbandes der jeweiligen Vorrichtungen 3 und 56 ähnlich.
Die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 liefert jedoch bessere
Dämpfungseigenschaften
des Sperrbereichs als sie von der Vorrichtung 56 geliefert
werden, insbesondere bei ungefähr
der Frequenz (ungefähr
500 MHz) der fundamentalen Resonanzen der SCFs 6 und 8.
Das Filter 56 zeigt ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen
bei ungefähr
640 MHz. Dieses Ansprechen auf Nebenfrequenzen wird durch Parallelresonanzen
der parallel verbundenen Induktoren Lp1 und Lp2 und die äquivalenten Parallelkapazitäten (C0) der SCFs 57–59 des Filters 56 verursacht.
Die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 der Erfindung ergibt
andererseits ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei ungefähr 740 MHz.
Dieses Ansprechen auf Nebenfrequenzen wird durch die Serienresonanz
des BAW-Resonators
(BAW1) in Kombination mit dem Induktor L0 und
den SCFs 6 und 8 verursacht, wobei der Induktor
L0 bei ungefähr 740 MHz induktiv ist, und
die SCFs 6 und 8 bei dieser Frequenz kapazitiv
sind.
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Zusätzlich zu
einem verbesserten Frequenzverhalten relativ zu der des Filters 56 weist
die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 der Erfindung einen
anderen Vorteil gegenüber
dem Filter 56 aus, dadurch dass die Vorrichtung 3 nur
einen einzigen diskreten Induktor L0 einschließt. Das
Filter 56 umfasst im Gegensatz dazu zwei diskrete Induktoren,
nämlich
die Induktoren Lp1 und Lp2.
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Es
sollte angemerkt werden, das in einigen Anwendungen, wenn es erforderlich
ist, dass die Vorrichtung 3 ein noch besseres Frequenzverhalten
zeigt, wie beispielweise einen reduzierten Welligkeitspegel und/oder
wenn es gewünscht
wird, einen besseren Grad einer Komponentenanpassung für die Vorrichtung 3 zu
haben, zusätzliche
parallele Induktorelemente (nicht gezeigt) in die Vorrichtung 3 eingefügt werden
können und
zwischen die Anschlüsse
(P1) und (P2) und zwischen die Anschlüsse (O1) und (O2) gekoppelt
werden können.
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Wie
für die
oben beschriebene BAWR-SCF-Vorrichtung 1, sollte angemerkt
werden, dass in Abhängigkeit
von den anwendbaren Leistungskriterien jedes der Paare der Anschlüsse (P1)
und (P2) und (O1) und (O2) der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 als
Eingangsanschlüsse
oder Ausgangsanschlüsse
verwendet werden kann, da die Übertragung
von Energie in der Vorrichtung 3 entweder in der Richtung
von den Anschlüssen
(P1) und (P2) zu den Anschlüssen
(O1) und (O2) oder in der Richtung von den Anschlüssen (O1)
und (O2) zu den Anschlüssen
(P1) und (P2) geliefert werden kann. Da die Energie in der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 3 in
jeder Richtung übertragen
werden kann, funktioniert die Vorrichtung 3 ähnlich in
jedem Fall und ergibt dieselben Leistungseigenschaften (oben beschrieben)
in jedem Fall.
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Die
oben beschriebenen Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen 1 und 3 können als
monolithische integrierte Schaltungen hergestellt werden oder sie
können
jeweils hergestellt werden, um einen BAW-Resonator und die SCF-Komponenten
auf jeweils getrennten Wafern auszubilden. Auch, und wie das oben
beschrieben wurde, können
die Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen 1 und 3 irgend
einen der verschiedenen Typen von BAW-Resonatoren, die oben beschrieben
und in den 1a–4a gezeigt
sind, und irgend einen der verschiedenen Typen der SCFs, die oben
beschrieben und in den 5a–8a gezeigt
sind, einschließen.
Beispielsweise kann jeder BAW-Resonator und SCF "Brückenstrukturen" (das sind eine oder
mehrere Membranschichten) wie der BAW-Resonator 20 der 1a und
der SCF 20' der 5a umfassen.
Beispielsweise können
auch jeder BAW-Resonator und das SCF eine fest montierte Vorrichtung
(eine Vorrichtung, die einen akustischen Spiegel einschließt) sein ähnlich denen,
die in den 3a beziehungsweise 7a gezeigt
sind.
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Die
Verwendung von akustischen Spiegelstrukturen in den BAW-Resonatoren und den
SCFs der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung bietet eine
Anzahl von Vorteilen gegenüber
der Verwendung anderer Typen von Strukturen (wie beispielsweise
Brückenstrukturen)
im BAW-Resonator und den SCF-Komponenten der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen.
Ein Vorteil ist der, dass akustische Spiegelvorrichtung strukturell unempfindlicher
als die meisten anderen Typen von Vorrichtungen sind. Ein anderer
Vorteil ist der, dass bei Anwendungen mit höherer Leistung jegliche Wärme, die
durch die Verluste in den Vorrichtungen erzeugt werden mag, wirksam
zu den Substraten der jeweiligen Vorrichtungen über die akustischen Spiegel
abgeführt wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung von akustischen Spiegelstrukturen
in den Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen der Erfindung ist der, dass
die akustischen Spiegel helfen können,
unerwünschte harmonische
Antworten, die innerhalb der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen erzeugt
werden können,
zu dämpfen.
Dies kann man weiter verstehen anhand des folgenden Beispiels. In
diesem Beispiel wird angenommen, dass in den oben beschriebenen
Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen die piezoelektrischen Schichten
jedes SCF jeweils eine Dicke aufweisen, die gleich der Dicke der
einzelnen piezoelektrischen Schicht der jeweiligen BAW-Resonatoren
ist, und dass als ein Ergebnis jeder SCF eine zweite harmonische
Resonanz an einer Mittenfrequenz der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung zeigt.
Es wird auch angenommen, dass die BAW-Resonatoren und die SCFs der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
akustische Spiegelschichten enthalten, und dass jede akustische
Spiegelschicht eine Dicke von einer viertel Wellenlänge (beispielsweise λ/4) bei der
Mittenfrequenz der jeweiligen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung besitzt.
In diesem Fall zeigt jeder SCF eine fundamentale Resonanz bei einer
Frequenz, die ungefähr
gleich einer Hälfte
der Mittenfrequenz der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung ist, und kann
so ein Ansprechen auf Nebenfrequenzen bei dieser Frequenz verursachen.
Bei der fundamentalen Resonanzfrequenz des SCF beträgt die Dicke
jeder akustischen Spiegelschicht λ/8.
Wie Fachleute erkennen werden, ist bei dieser Frequenz die Menge
der akustischen Energie, die zurück
zur unteren piezoelektrischen Schicht des SCF durch die Zwischenschicht
zwischen der oberen Schicht des akustischen Spiegels und der unteren
Elektrode des SCF reflektiert wird, klein. Somit wird die Ansprechen auf
Nebenfrequenzen des SCF bei seiner fundamentalen Resonanzfrequenz
gedämpft.
Es sollte angemerkt werden, dass in Fällen, in welchen eine Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung so hergestellt
wird, dass sie Strukturen des "Brückentyps" statt akustische
Spiegelstrukturen umfasst, eine externe Anpassungsschaltung verwendet
werden kann, um jegliches Ansprechen auf Nebenfrequenzen zu dämpfen, das
bei der fundamentalen Resonanzfrequenz des SCF auftreten kann, wobei
aber zumindest eine gewisse Dämpfung
auch von den BAW-Resonatoren
der Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung geliefert wird.
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Als
ein anderes Beispiel wird angenommen, dass jede piezoelektrische
Schicht des SCF eine Dicke hat, die gleich der Hälfte der Dicke jeder einzelnen
piezoelektrischen Schicht der BAW-Resonatoren ist, und dass als
ein Ergebnis das SCF eine fundamentale Resonanz bei der Mittenfrequenz
der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung zeigt. In diesem Fall können harmonische
Resonanzen des SCF und der BAW-Resonatoren der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung
ein Falschansprechen verursachen, obwohl kein Falschansprechen bei
Frequenzen auftreten kann, die niedriger als die Mittenfrequenz
der Multipol-BAWR-SCF-Schaltung sind.
Beispielsweise kann ein Falschansprechen auftreten bei den zweiten
harmonischen Resonanzfrequenzen des SCF und der BAW-Resonatoren.
Bei der zweiten harmonischen Resonanzfrequenz des SCF haben die
Schichten des akustischen Spiegels des SCF eine Dicke, die gleich λ/2 ist, und
keine Impedanztransformation des Substrats der Vorrichtung tritt
an der Schnittstelle zwischen der oberen akustischen Spiegelschicht und
der unteren Elektrode auf. Somit wird akustische Energie durch diese
Schnittstelle nicht weg vom Substrat und zurück zu den piezoelektrischen
Schichten reflektiert, sondern breitet sich stattdessen im Substrat
aus. Dies bewirkt, dass das Falschansprechen des SCF bei seiner
zweiten harmonischen Resonanzfrequenz gedämpft wird.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung wird nun beschrieben. Die induktiven
Elemente L0, L01 und
L02 der oben beschriebenen Vorrichtungen 1 und 3 können jeweils
jeden geeigneten Typ einer induktiven Vorrichtung, wie beispielsweise
eine spiralförmige
Spule, umfassen. Auch die impedanzinvertierenden Kondensatorelemente
C01, C34, C12 und C23 der Vorrichtungen 1 und 3 können jeden
geeigneten Typ der Kondensatorvorrichtung für das Liefern einer Impedanzinversion,
wie beispielsweise einen Mikrostreifenleiter oder einen konzentrierten
Elementkondensator umfassen. Die induktiven Elemente L0,
L01 und L02 und
die impedanzinvertierenden Elemente C01, C34, C12 und C23 der Vorrichtungen 1 und 3 können auf
demselben Substrat wie die BAW-Resonatoren und die SCF-Vorrichtungen,
die in diesen jeweiligen Vorrichtungen 1 und 3 eingeschlossen sind,
ausgebildet werden. Auch in Fällen,
bei denen es notwendig ist, dass diese Vorrichtungen 1 und 3 auf Leiterplatten
montiert werden, ist es vorteilhaft, dass die verschiedenen induktiven
Abstimmelemente und die impedanzinvertierenden Elemente der jeweiligen
Vorrichtungen 1 und 3 auf einem Leiterplattensubstrat
hergestellt werden. Beispielsweise zeigt die 20a eine
perspektivische Ansicht einer Struktur 100', die ein Substrat 100 einschließt (das
aus beispielsweise Si, GaAs, Glas oder einem keramischen Material
bestehen kann), das die induktiven Elemente L01 und
L02 und die impedanzinvertierenden Elemente
C01 und C34, die darauf montiert sind, umfasst. Die Struktur 101' stellt einen
strukturellen Teil der oben beschriebenen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 dar.
Das Substrat 100 ist in 20a so
gezeigt, als ob es um 180 Grad um eine Achse (z) gedreht wurde (das
heißt,
das Substrat 10 ist gezeigt, wie es von einer perspektivischen
Ansicht, die auf einen hinteren Teil des Substrats 100 herab
schaut, betrachtet wird) und es wird angenommen, dass eine hintere
Fläche
und zwei Seitenflächen
entfernt wurden.
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Vorzugsweise
umfassen die induktiven Elemente L01 und
L02 Spiralspulen und werden während der Herstellung
optimiert, um geringe Verluste und hohe Q-Werte zu liefern. Die
impedanzinvertierenden Elemente C01 und C34 umfassen vorzugsweise
konzentrierte Elementkondensatoren. Wie man aus 20a sehen kann, ist in der Struktur 100' das induktive Element
L01 an einem Ende mit dem Kontakt C01'' des impedanzinvertierenden Elements
C01 durch eine Kontaktfläche 100a gekoppelt,
und das induktive Element L02 ist an einem
seiner Enden mit dem Kontakt C34'' des impedanzinvertierenden
Elements C34 durch eine Kontaktfläche 100d verbunden.
Die Kontakte 101a und 101d sind auch gezeigt,
wie sie mit den Kontaktflächen 100a beziehungsweise 100d verbunden
sind. Darüber
hinaus sind Lötkontakthügel (SB1–SB4) unterhalb
den jeweiligen Kontaktflächen 100a–100d vorgesehen,
um die verschiedenen Komponenten L01, L02, C01 und C34 mit den Komponenten eines
anderen Vorrichtungsteils zu verbinden, wie das nachfolgend in Bezug
auf 20c beschrieben wird. Die Kontakte
C01' und C34' der jeweiligen impedanzinvertierenden
Elemente C01 und C34 sind mit einem Lötring (SR) verbunden, der nahe
einem Umfang des Substrats 100 angeordnet ist, wie man
in 20a sehen kann. Es sind auch Kontakte 101b, 101c, 101e und 101f für das Verbinden
der Struktur 100' mit
Erde vorhanden. Die Kontakte 101b und 101c stellen
die Anschlüsse
(P2) beziehungsweise (O2) der Vorrichtung 1, die oben beschrieben
ist, dar. Auch die Kontakte 101a und 101d stellen
die Anschlüsse
(P1) und (O1) der oben beschriebenen Vorrichtung 1 dar.
Diese Kontakte 101a und 101d sind vorgesehen,
um es der Struktur 100' zu
ermöglichen,
mit einer externen Schaltung verbunden zu werden. Die Kontakte 101a–101f sind
vorzugsweise in Kontaktlöchern
der Struktur 100' eingefügt (in 20a nicht gezeigt). Die verschiedenen elektrischen
Komponenten der Struktur 100' werden
vorzugsweise auf dem Substrat 100 hergestellt.
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20b zeigt eine Struktur 100'', die einen anderen strukturellen
Teil der oben beschriebenen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 darstellt. Die
Struktur 100'' umfasst ein
Substrat 103, das aus einem ähnlichen Material wie das Substrat 100 des
strukturellen Teils 100' bestehen
kann, obwohl in anderen Ausführungsformen
das Substrat 103 ein anderes geeignetes Material einschließen kann,
das in das Substrat 100 eingefügt wird. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung haben die Materialien, die die Substrate 100 und 103 bilden, ähnliche
oder nahezu gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten, so dass
wenn die Strukturen 100'' und 100' miteinander
verbunden und verlötet
werden, die Lötverbindungen
keine wesentliche mechanische Belastung erfahren, die auftreten
kann, wenn die kombinierten Strukturen wesentlichen Variationen
der Umgebungstemperatur unterworfen werden.
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Die
Vorrichtung 100'' umfasst auch
BAW-Resonatoren (BAW1) und (BAW2), SCF 4, Kontaktflächen (CP1–CP4) und
einen Lötring 102.
Die Elektrode 4a des SCF 4 ist mit einer Elektrode 21b des
BAW-Resonators (BAW1) durch die Kontaktfläche (CP2) verbunden, und eine
Elektrode 4b des SCF4 ist mit einer Elektrode 21a' des BAW-Resonators
(BAW2) durch die Kontaktfläche
(CP3) verbunden. Die Elektrode 20 des SCF 4 ist mit
dem Lötring 102 verbunden.
Die Elektroden 21a und 21b' der jeweiligen BAW-Resonatoren
(BAW1) und (BAW2) sind mit den jeweiligen Kontaktflächen (CP1)
und (CP4) verbunden. Wie beim Lötring
(SR) der Struktur 100' der 20a ist der Lötring 102 nahe
einem Umfang des Substrats 103 angeordnet, wie man aus 20b sehen kann. Die Kontaktflächen (CP1–CP4) sind für eine Verbindung
mit den Lötkontakthügeln (SB1–SB4) der
oben beschriebenen Struktur 100' vorgesehen.
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Betrachtet
man die 20c, so sind gemäß der Erfindung
die Strukturen 100' und 100'' verbunden, um eine Vorrichtung 100''' auszubilden
(die eine Struktur der oben beschriebenen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtung 1 darstellt).
Vorzugsweise werden die Strukturen 100' und 100'' unter
Verwendung einer Flip-Chip-Technologie verbunden. Die Strukturen 100' und 100'' werden vorzugsweise so verbunden,
dass der Lötring
(SR) der Struktur 100' mit
dem Lötring 102 der
Struktur 100'' verbunden ist
(beispielsweise durch Löten),
und so dass die Lötkontakthügel (SB1–SB4) der
Struktur 100' mit
den Kontaktflächen
(CP1–CP4)
der Struktur 100'' verbunden sind.
Diese Art der Verbindung der Strukturen 100' und 100'' führt dazu,
dass die induktiven Elemente L01 und L02 parallel zu den BAW-Resonatoren (BAW1)
beziehungsweise (BAW2) verbunden sind, und führt auch dazu, dass die impedanzinvertierenden
Elemente C01 und C34 an ihren jeweiligen Kontakten C01'' und C34'' mit
den jeweiligen Kontakten 21a und 21b' der jeweiligen
BAW-Resonatoren
(BAW1) und (BAW2) verbunden sind. Die verschiedenen Komponentenverbindungen
der verbundenen Strukturen 100' und 100'' sind ähnlich denen,
die in 16a gezeigt sind. Es sollte
auch angemerkt werden, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle
Schichten der verschiedenen BAW-Resonator- und SCF-Vorrichtungen
in den 20a–20c gezeigt
sind, da angenommen wird, dass diese Vorrichtungen ähnlich den
oben beschriebenen sind.
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Wie
man aus 20c sehen kann, sind, da die
induktiven Elemente L01 und L02 vorzugsweise
als spiralförmige
Spulen in der Vorrichtung 100''' ausgebildet
sind, diese Elemente L01 und L02 oberhalb
den jeweiligen BAW-Resonatoren (BAW1) und (BAW2) angeordnet. Auch
sind die Komponenten C01 und C34 jeweils in einer Ebene angeordnet,
die oberhalb den jeweiligen BAW-Resonatoren (BAW1) und (BAW2) liegt.
Diese Merkmale ermöglichen
es der Vorrichtung 100''' im Vergleich zu beispielsweise
einer Halbleitervorrichtung, die elektrische Komponenten aufweist,
die nebeneinander auf einer Substratfläche angeordnet sind, eine kompaktere
Gesamtkonstruktion anzunehmen. Es sollte auch angemerkt werden,
dass zusätzlich
zum Vorsehen einer Erdung, während
die Verbindungselemente 101b, 101c, 101e und 101f mit
einer externen Erde verbunden sind, die Lötringe (SR) und 102 zusammen
mit den Komponenten 100 und 103 eine hermetische
Abdichtung liefern, um die verschiedenen elektrischen Komponenten
der Vorrichtung 100''' davor zu schützen, um beispielsweise mit
externen Kontaminationen in Berührung
zu kommen.
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Als
ein Beispiel wird nun Bezug genommen, auf die 21a–21c, wo Strukturen 116, 117 und 118 gezeigt
sind (in einer Seitenansicht). Diese Strukturen 116, 117 und 118 sind ähnlich den
jeweiligen Strukturen 100', 100'' und 100''', wie sie oben
beschrieben wurden, obwohl aus Gründen der Übersichtlichkeit verschiedene
der elektrischen Komponenten (beispielsweise Induktoren), die oben
beschrieben sind, in den 21a–21c nicht gezeigt sind.
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Die
Struktur 116 ist gezeigt, wie sie ein Substrat 119,
einen Kontakt 105, der in einem Kontaktloch 119 angeordnet
ist, einen Kondensator 112, der Schichten 108, 110 und 111 einschließt, und
einen Lötkontakthügel 109,
der mit der Schicht 108 verbunden ist, einschließt. Eine
elektrisch leitende Schicht 106' ist mit dem Kontakt 105 verbunden,
und ein Lötkontakthügel 107' ist mit der
Schicht 106' verbunden.
Die Struktur 116 umfasst auch eine elektrisch leitende
Schicht 106 und einen Lötkontakthügel 107,
der mit der Schicht 106 verbunden ist. Die Komponenten 106, 107, 106' und 107' bilden eine
Lötringstruktur
für die
Struktur 116.
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Die
Struktur 117 der 21b ist
gezeigt, wie sie elektrisch leitende Schichten 113 (die
einen Lötring für die Struktur 117 bilden),
ein Substrat 120 und einen BAW-Resonator (BAW4), der Schichten 114, 115 und 116 einschließt, umfasst.
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Die
Struktur 118 der 21c zeigt
die Strukturen 116 und 117, die miteinander verbunden
sind. Insbesondere sind die Komponenten 107' und 107 der Struktur 116 mit
den Schichten 113 der Struktur 117 verbunden.
Wie man aus 21c sehen kann, umgeben die
Komponenten 119, 120, 106', 107', 113, 106 und 107 der
Struktur 118 gemeinsam ein Gebiet der Struktur 118,
das die elektrischen Komponenten 109, 116, 112 und
(BAW4) einschließt,
und schließen
es ein. Somit werden diese elektrischen Komponenten 109, 116, 112 und
(BAW4) dagegen geschützt,
in Kontakt mit äußeren umgebungsbedingten
Kontaminationen zu gelangen. In einer ähnliche Weise schützen die
Lötringe
(SR) und 102 in Verbindung mit den Strukturen 100 und 103 die verschiedenen
elektrischen Komponenten (beispielsweise Kontaktflächen (CP1–CP4), BAW-Resonatoren (BAW1)
und (BAW2), SCF 4, Induktoren L01 und
L02, etc.) der Vorrichtung 100''' (oben
beschrieben) dagegen, in Kontakt mit äußeren umgebungsbedingten Kontaminationen
zu gelangen.
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Wenn
man wieder die 20c betrachtet, bietet die Konstruktion
der Vorrichtung 100''' eine Anzahl von Vorteilen. Ein
Vorteil ist der, dass jedes geeignete Material in das Substrat der
Struktur 100' eingefügt werden
kann, um es den passiven Komponenten der Struktur 100' zu erlauben,
eine optimale Leistung zu liefern. Ein preisgünstiges Material kann für das Substrat 100 verwendet
werden, um die Gesamtherstellungskosten für die Vorrichtung 100''' zu
reduzieren. Auch liefert die Konfiguration der Vorrichtung 100''' eine
effiziente Verwendung der Oberflächengebiete
der Vorrichtung und, wie das vorher beschrieben wurde, liefern die
Lötringe (SR),
(102) in Verbindung mit den Substraten 100 und 103 eine
hermetische Abdichtung, in der elektrische Komponenten der Vorrichtung 100''' dagegen
geschützt
sind, in Kontakt mit umgebungsbedingten Kontaminationen, wie Staub,
Feuchtigkeit, etc. zu gelangen. Da die Vorrichtung 100''' die
elektrischen Komponenten in dieser Weise schützt, ist kein äußeres Schutzgehäuse (beispielsweise
ein keramisches Gehäuse,
das teuerer ist und das keine passiven Komponenten einschließt) notwendig.
Auch haben die Lötkontakthügel (SB1–SB4) und
der Lötring
(SR) vorzugsweise Dicken (wie 30 μm
bis 200 μm),
die ähnlich
denen von Lötkontakthügeln sind,
die typischerweise in der Flip-Chip-Technologie verwendet werden,
und sie weisen eine größere Dicke als
die Resonatoren auf (die vorzugsweise Gesamtdicken von nur einen
wenigen Mikrometern bis 10 μm
aufweisen), die in der Vorrichtung 100''' enthalten sind,
was ein Verbinden während
der Ausführung
der Flip-Chip-Technologie ermöglicht,
und was es ferner den induktiven Elementen L01 und
L02 erlaubt, über den BAW-Resonatoren (BAW1)
und (BAW2) angeordnet zu werden.
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Jede
der verschiedenen Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen der Erfindung,
die oben beschrieben sind, kann bei Frequenzen arbeiten, die von
ungefähr
500 MHz bis 5 GHz reichen. Vorzugsweise arbeiten die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen
im Längsmodus,
da dies eine leichtere Herstellung der piezoelektrischen Schichten
der Vorrichtungen ermöglicht.
Im Längsmodus
sind die Achsen der Kristalle innerhalb der piezoelektrischen Schichten
der Vorrichtungen (das heißt,
die piezoelektrische Schichten umfassen Polykristalline und werden
vorzugsweise mittels Sputtern abgeschieden) im wesentlichen rechtwinklig
zu oberen (und unteren) Oberflächen
der piezoelektrischen Schichten (und zu oberen und unteren Oberflächen der
anderen Schichten der Vorrichtungen). In anderen Ausführungsformen
können
die Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen jedoch
in einem Schermodus betrieben werden, wenn die Schichtenabmessungen
passend gewählt
werden. Im Schermodus sind die Achsen der Kristalle innerhalb der
piezoelektrischen Schichten im wesentlichen parallel zu den oberen
und unteren Schichtflächen
der Vorrichtungen.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf die Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen,
die die oben beschriebenen Topologien aufweisen, beschränkt sein
soll, und dass Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen, die andere Topologien
aufweisen, auch vorgesehen werden können. Beispielsweise können in
Abhängigkeit
von den anwendbaren Leistungskriterien Multipol-BAWR-SCF-Schaltungen
vorgesehen werden, die zusätzliche
BAW-Resonatoren und/oder SCFs einschließen. Es sollte jedoch beachtet
werden, dass Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen,
die kleinere Flächen
einer Resonatorkomponente (beispielsweise BAW-Resonatoren und SCFs)
aufweisen, kleinere Einfügeverluste
aufweisen, als Multipol-BAWR-SCF-Vorrichtungen,
die größere Flächen einer
Resonatorkomponente besitzen. Auch die Abmessungen der BAW-Resonatoren
und der SCFs, die in den obigen Tabellen beschrieben sind, sollen
beispielhaft sein, und die BAW-Resonatoren und die SCFs können mit
anderen geeigneten Abmessungen vorgesehen werden, die das gewünschte Frequenzverhalten
(beispielsweise Bandbreite des Durchlassbandes, Mittenfrequenz,
Größe des Einfügeverlusts, etc.)
liefern.
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Während die
Erfindung speziell in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde,
werden Fachleute verstehen, dass Änderungen in der Form und den
Details vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie durch die angefügten Ansprüche definiert
wird, abzuweichen.