FR2905208A1 - Filtre a resonateurs a ondes de lamb couples. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) comportant :- au moins un premier résonateur à ondes de Lamb (106) comprenant au moins une première couche résonante (108) et au moins une première (102) et une seconde (103) électrodes disposées sur deux faces opposées de la première couche résonante,- au moins un second résonateur à ondes de Lamb (107) comprenant au moins une seconde couche résonante (109) et au moins une troisième (104) et une quatrième (105) électrodes disposées sur deux faces opposées de la seconde couche résonante.Au moins une desdites faces de la première couche résonante appartient à un plan parallèle à une desdites faces de la seconde couche résonante et passe entre deux électrodes (104, 105) du second résonateur, les première et seconde couches étant couplées acoustiquement par des moyens de couplage acoustique (110, 111).
Description
1 FILTRE A RESONATEURS A ONDES DE LAMB COUPLES DESCRIPTION DOMAINE
TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des filtres, et plus particulièrement celui des filtres à résonateurs couplés. Ces filtres sont par exemple utilisés dans des architectures d'émission et/ou de réception multistandards, telles que des dispositifs de communication portables pouvant réaliser des communications mobiles selon plusieurs normes (GSM, GPRS, UMTS, WLAN, ...) et/ou différents standards téléphoniques de type 2G, 2.5G, 3G et au delà, pour réaliser par exemple un filtrage de canal ou un filtrage de fréquence intermédiaire. Il est connu de l'art antérieur d'utiliser, pour la réalisation de tels filtres, des résonateurs électromécaniques en flexion ou torsion, ou des résonateurs électromécaniques à ondes de volume.
Dans ce type de filtre, plus les fréquences de résonance sont élevées, plus les dimensions des éléments résonants doivent être faibles, ce qui entraîne des problèmes de réalisation technologique, de coût et de fiabilité. De plus, les impédances d'entrée/sortie de ces filtres sont très élevées (environ plusieurs kOhms) à cause de la nature de la détection réalisée (classiquement une mesure de capacité). Il est également connu de l'art antérieur de réaliser des filtres, appelés filtres BAW (Bulk Acoustic Wave en anglais, ou à ondes acoustiques de 2905208 2 volume) à partir de résonateurs piézoélectriques à ondes acoustiques de volume couplés. Le signal à filtrer se propage de manière verticale dans des couches résonantes empilées, 5 directement ou par l'intermédiaire d'un milieu de propagation acoustique, les unes sur les autres. Il s'agit des filtres à cristaux empilés (SCF pour Stacked Crystal Filter en anglais) et des filtres à résonateurs couplés (CRF pour Coupled Resonator 10 Filter en anglais). Un exemple d'un SCF décrit dans le brevet US 5,821,833 permet d'obtenir en sortie une bande passante assez étroite (Par exemple, bande passante d'environ 50 MHz centrée autour de f = 1,5GHz), mais 15 trop grande pour pouvoir réaliser un filtrage de canal (nécessitant une bande passante par exemple inférieure à 5 MHz). Enfin, lorsque l'on souhaite filtrer à des fréquences intermédiaires, c'est-à-dire à des fréquences comprises entre environ 1 MHZ et 500 MHz, 20 les épaisseurs nécessaires à ce type de filtre deviennent beaucoup trop importantes pour pouvoir les fabriquer. Un exemple de CRF est décrit dans le brevet US 6,720,844. La bande passante obtenue avec ce type de 25 filtre est plus large que celle obtenue avec un SCF (Par exemple, bande passante d'environ 70 MHz centrée autour de f = 1,5 GHz). La largeur de la bande passante obtenue en sortie est donc là encore trop grande pour pouvoir réaliser un filtrage de canal. Les dimensions 30 nécessaires à ce type de filtre sont également beaucoup 2905208 3 trop importantes lorsque l'on souhaite filtrer à des fréquences intermédiaires. Les longueurs d'ondes parasites dont les fréquences correspondantes sont présentes dans les 5 spectres de sortie de certains filtres à résonateurs piézoélectriques viennent de résonances latérales appelées ondes de Lamb. Des travaux récents ont permis de réaliser des résonateurs utilisant ces ondes de Lamb. Ces résonateurs permettent notamment d'obtenir un 10 facteur de qualité Q élevé (environ 2000) pour un coefficient de couplage K' de l'ordre de 0,8%. De tels résonateurs sont décrits dans la publication de A. Volatier, G. Caruyer, E. Defa et al., "UHF-VHF resonators using Lamb waves co-integrated with Bulk 15 Acoustic Wave resonators", IEEE Ultrasonics Symposium, Septembre 05. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de proposer un filtre à bande passante étroite, 20 utilisable à des fréquences intermédiaires, permettant par exemple de réaliser un filtrage de canal. Un but de l'invention est également de réaliser un filtre pouvant être intégré directement sur un circuit intégré ( Above IC integration en anglais) afin d'améliorer 25 les performances en réduisant les pertes sur les signaux filtrés, et de diminuer les coûts et la taille des circuits. Pour cela, la présente invention propose un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 30 comportant : 2905208 4 - au moins un premier résonateur à ondes de Lamb comprenant au moins une première couche résonante et au moins une première et une seconde électrode disposées sur deux faces opposées de la première couche 5 résonante, - au moins un second résonateur à ondes de Lamb comprenant au moins une seconde couche résonante et au moins une troisième et une quatrième électrode disposées sur deux faces opposées de la seconde couche 10 résonante, au moins une desdites faces de la première couche résonante appartenant à un plan parallèle à une desdites faces de la seconde couche résonante et passant entre les deux électrodes du second résonateur, 15 ou au niveau de l'une des deux électrodes du second résonateur, ou le second résonateur étant disposé à côté du premier résonateur, les première et seconde couches résonantes étant couplées acoustiquement par des moyens de couplage acoustique.
20 Ainsi, en disposant et en couplant deux résonateurs à ondes de Lamb l'un à côté de l'autre, on réalise un filtre utilisant la résonance et la propagation d'ondes de Lamb pour réaliser le filtrage d'un signal. Les caractéristiques de filtrage ainsi 25 obtenues permettent notamment une utilisation pour des filtrages à des fréquences intermédiaires, ou pour la réalisation d'un filtrage de canal. L'utilisation de résonateurs à ondes de Lamb permet également une intégration du filtre réalisé 30 directement sur un circuit intégré.
2905208 5 Une desdites faces de chacune des deux couches peut appartenir à un premier plan et l'autre desdites faces de chacune des deux couches peut appartenir à un second plan parallèle et distinct du 5 premier plan, ou lesdites faces peuvent appartenir deux à deux à un même plan. La première et/ou la seconde couche résonante peut être à base d'un matériau piézoélectrique ou d'un matériau électrostrictif. Dans 10 ce cas, il est possible, par le biais d'une tension de commande, de moduler la résonance du ou des résonateurs comportant une couche résonante à base d'un matériau électrostrictif et ainsi de réaliser une fonction de commutation, la résonance de ces résonateurs étant 15 nulle lorsque la tension de commande est nulle. Au moins une électrode du premier résonateur peut être disjointe d'au moins une électrode du second résonateur disposée à côté de ladite électrode du premier résonateur. Les électrodes du 20 premier résonateur peuvent être disjointes et non électriquement reliées aux électrodes du second résonateur. Une électrode du premier résonateur peut être reliée électriquement à une électrode du second 25 résonateur, ladite électrode du second résonateur pouvant être disposée à côté de ladite électrode du premier résonateur. Les longueurs des première, et/ou seconde, et/ou troisième, et/ou quatrième électrodes peuvent 30 être égales à environ kC f = c avec fréquence 2 2905208 6 centrale du spectre de sortie du filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés, c vitesse de propagation acoustique des ondes de Lamb, et 2 longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale souhaitée en 5 sortie du filtre, k étant un nombre entier naturel non nul, par exemple impair. On entend par longueur, ici et dans tout le reste du document, la dimension d'un côté sensiblement parallèle à la direction de propagation des ondes de 10 Lamb dans les couches résonantes. De même, les longueurs de la première et/ou seconde couche résonante peuvent également être égales à environ k* 2 Les longueurs de la première et/ou seconde 15 couche résonante peuvent être différentes des longueurs des première, et/ou seconde, et/ou troisième et/ou quatrième électrodes. Le filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés peut comporter une unique couche résonante 20 formant la portion de matériau résonant de couplage acoustique, la première et la seconde couche résonante. Les moyens de couplage acoustique peuvent comporter au moins une portion de matériau résonant. La portion de matériau résonant de couplage 25 acoustique peut être disposée entre au moins deux métallisations. Les moyens de couplage acoustique peuvent comporter un réseau périodique, permettant ainsi d'augmenter la bande passante du filtre.
2905208 7 De plus, on réalise ainsi une isolation galvanique entre le premier résonateur et le second résonateur, permettant par exemple de transformer un signal différentiel en un signal non différentiel, ou 5 inversement. Les électrodes et les métallisations se trouvant du côté d'une desdites faces d'une couche de matériau résonant peuvent former une seule électrode. Le filtre à résonateurs à ondes de Lamb 10 couplés peut comporter en outre un troisième résonateur à ondes de Lamb, comprenant au moins une troisième couche résonante et au moins une cinquième et une sixième électrode disposées sur deux faces opposées de la troisième couche résonante, couplé acoustiquement 15 par des moyens de couplage acoustique au premier et/ou au second résonateur à ondes de Lamb. Les différentes variantes de réalisation décrites ci-dessus pour les premier et second résonateurs à ondes de Lamb peuvent également 20 s'appliquer au troisième résonateur en combinaison avec le premier et/ou le second résonateur. Les moyens de couplage acoustique couplant acoustiquement le troisième résonateur à onde de Lamb au premier et/ou au second résonateurs à ondes de Lamb 25 peuvent comporter un réseau périodique, ledit réseau périodique pouvant comporter une portion de matériau résonant. Le filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés peut comprendre en outre au moins un miroir de 30 Bragg couplé acoustiquement à un des résonateurs, ledit résonateur pouvant être disposé entre le miroir de 2905208 8 Bragg et un autre des résonateurs. Ce miroir de Bragg permet de réduire les résonances parasites présentes dans le spectre de sortie du filtre liées aux harmoniques en - , avec notamment k = 1 ou 3. Lorsque le filtre comporte au moins un miroir de Bragg et/ou au moins un réseau périodique, le matériau résonant du ou des miroirs de Bragg et/ou du ou des réseaux périodiques peut comporter des parties alternées de forte et faible impédance acoustique. Les électrodes et/ou, lorsque le filtre comporte au moins un réseau périodique, les métallisations, se trouvant du côté d'une desdites faces d'une couche de matériau résonant, pouvant être toutes reliées électriquement entre elles 15 Une unique couche résonante peut former les couches résonantes des résonateurs à ondes de Lamb et, lorsque le filtre comporte au moins un miroir de Bragg et/ou au moins un réseau périodique, le matériau résonant du ou des miroirs de Bragg et/ou du ou des 20 réseaux périodiques. Ainsi, en n'utilisant qu'une seule couche résonante, on améliore la fiabilité du filtre et on en facilite sa fabrication. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à 25 la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 4 représentent chacune un 30 filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés, objet de 5 10 2905208 9 la présente invention, selon un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième mode de réalisation. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après 5 portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus 10 lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 100 selon un premier mode de réalisation. Le filtre à résonateurs à ondes de Lamb 20 couplés 100 comporte une couche résonante 101, pouvant être à base d'un matériau piézoélectrique, tel que du nitrure d'aluminium, et/ou d'oxyde de zinc et/ou encore de PZT. Deux électrodes 102 et 104 sont disposées l'une à côté de l'autre sur la couche résonante 101. Sur la 25 figure 1, ces deux électrodes 102 et 104 sont disjointes l'une de l'autre. Deux autres électrodes 103 et 105 sont disposées l'une à côté de l'autre, sous la couche résonante 101. Ces deux autres électrodes 103 et 105 sont également disjointes l'une de l'autre. Sur la 30 figure 1, les électrodes 102 à 105 ont toutes la même longueur, sont alignées verticalement deux à deux et 2905208 10 peuvent être réalisées de manière classique à base, par exemple, de platine, et/ou d'aluminium, et/ou de molybdène et/ou de tungstène. Une partie 108 de la couche résonante 101 5 se trouvant entre les deux électrodes 102 et 103, appelées respectivement première et seconde électrodes, et ces deux électrodes 102, 103, forment un premier résonateur à ondes de Lamb 106. De même, une partie 109 de la couche résonante 101 se trouvant entre les deux 10 autres électrodes 104 et 105, appelées respectivement troisième et quatrième électrodes, et ces deux électrodes 104, 105, forment un second résonateur à ondes de Lamb 107. Une portion 110 de la couche résonante 101 se trouvant entre les deux parties 108 et 15 109 de la couche résonante 101 réalise un couplage acoustique entre les deux résonateurs à ondes de Lamb 106 et 107. Un signal d'entrée Vin, c'est-à-dire le signal à filtrer, est appliqué de manière 20 différentielle, comme cela est représenté sur la figure 1, ou non différentielle ( single en anglais) en reliant l'électrodes 103 à un potentiel de référence commun, par exemple une masse, aux bornes des première et seconde électrodes 102, 103 du premier résonateur à 25 ondes de Lamb 106. Ce signal fait alors entrer en résonance les couches résonantes 108 et 109. Cette résonance se traduit par la propagation d'ondes de Lamb sur toute la longueur de la couche 101, réalisant ainsi le filtrage du signal. Dans l'invention, ce sont les 30 ondes de Lamb symétriques du mode So qui contribuent principalement à obtenir le signal filtré. Le signal 2905208 11 filtré Vaut est ensuite récupéré de manière différentielle entre les électrodes 104, 105 du second résonateur à ondes de Lamb 107 comme cela est représenté sur la figure 1, ou non différentielle en 5 reliant l'électrode 105 à un potentiel de référence. Dans ce premier mode de réalisation, le filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 100 est réalisé pour obtenir en sortie une bande passante étroite centrée autour d'une fréquence centrale égale à environ 10 f,=--. Par exemple, dans du nitrure d'aluminium, avec C f~ comprise entre environ 100 MHz et 300 MHz, c z 10000 m.s-1 pour une onde de Lamb symétrique du mode So. Lorsque la fréquence centrale dépasse cette plage de fréquence, la vitesse c décroît à cause de la 15 dispersion en fréquence. Pour cela, on dimensionne les deux résonateurs 106, 107 tels que chacun ait une 2 longueur égale à environ 2 pour une fréquence centrale fc. Ainsi, les résonances latérales d'ondes de Lamb sur une longueur égale à environ 2 permettent d'obtenir 20 une résonance principale de fréquence fc. De manière plus générale, les longueurs des résonateurs 106 et 107, c'est-à-dire les longueurs des électrodes 102 à 105 et/ou des couches résonantes 108 et 109, selon l'axe x sur la figure 1, pourront être égales à environ 25 s , k nombre entier naturel non nul. k est de 2 préférence impair. Dans ce premier mode de réalisation, on réduit le plus possible l'espace entre les deux 2905208 12 résonateurs 106, 107, c'est-à-dire la longueur de la portion de matériau résonant 110 réalisant le couplage acoustique entre les deux résonateurs 106, 107, afin d'obtenir la meilleure précision possible sur la 5 fréquence centrale f~ de la bande passante obtenue en sortie. Par exemple, pour une fréquence ff =100MHz , on obtient une bande passante d'environ 1 MHz à 2 MHz. Cette bande passante obtenue est bien plus étroite que celle obtenue par exemple avec un dispositif CRF ou SCF 10 de l'art antérieur. On retrouve dans le spectre obtenu en sortie des résonances parasites aux fréquences ~ et 2 ff respectivement dues à la résonance sur la longueur totale du filtre (résonateurs 106 et 107) en 2 et 2 . Pour la réalisation du filtre à résonateurs 15 à ondes de Lamb couplés 100 selon le premier mode de réalisation, on réalise un dépôt de métal, tel de l'aluminium, et/ou du platine, et/ou du molybdène et/ou du tungstène, sur les deux faces de la couche 101 de matériau résonant destinées à recevoir les électrodes 20 102 à 105, par exemple par un dépôt PVD. On grave ensuite, par exemple par gravure plasma, les dépôts métalliques réalisés de manière à former deux électrodes 102, 104 et 103, 105 sur chacune des faces de la couche 101. Dans ce premier mode de réalisation, 25 les électrodes 102 à 105 s'étendent sur toute la largeur, selon l'axe y sur la figure 1, de la couche 101.
2905208 13 Ce procédé de réalisation peut être mis en oeuvre par surface micromachining (usinage de surface en français) sur un substrat ou en gravant directement l'intérieur du substrat ( bulk 5 micromachining en anglais). La largeur des résonateurs, c'est-à-dire la dimension des résonateurs selon l'axe y sur la figure 1, n'a pas d'influence sur le filtrage réalisé, c'est-à-dire sur la fréquence centrale f~ ou sur la bande 10 passante obtenue. Par contre, la largeur des résonateurs a une influence sur l'impédance que présente les résonateurs en entrée et en sortie. Cette impédance dépend de la valeur de la capacité C du 1 .S résonateur selon la relation Z z avec C= , f e 15 étant la constante diélectrique du matériau résonant, e étant l'épaisseur de la couche résonante et S la surface de la couche résonante, dans le plan (x, y) sur la figure 1. Il est donc possible, par le choix de la largeur des résonateurs, de choisir la valeur de 20 l'impédance des résonateurs et donc l'impédance présentée par le filtre. Dans une variante de ce premier mode de réalisation, il est possible qu'une électrode de chacun des résonateurs 106, 107 se trouvant l'une à côté de 25 l'autre, par exemple les deuxième et quatrième électrodes 103 et 105, soient connectées électriquement entre elles, ne formant ainsi qu'une seule et même électrode. Cette variante permet d'obtenir un signal de sortie dont le potentiel de référence est similaire à 30 celui du signal d'entrée.
2905208 14 Il est également possible d'utiliser un matériau résonnant autre qu'un matériau piézoélectrique. Par exemple, il est possible que la couche résonante 101 soit à base d'un matériau 5 électrostrictif, tel que par exemple un matériau de type BST (Barium Strontium Titanate), et/ou du titanate de strontium et de baryum, et/ou du titanate de strontium, et/ou du Sel de Rochelle, et/ou du PMN-PT, et/ou du PST-PT, et/ou du PSN-PT, et/ou du PZN-PT, 10 et/ou encore de polymères électrostrictifs. Dans ce cas, une tension de commande continue est appliquée aux bornes du ou des résonateurs à base d'un matériau électrostrictif. Lorsque la tension de commande est nulle, le signal obtenu en sortie est nul car la 15 résonance du matériau électrostrictif est nulle. Lorsqu'une tension de commande non nulle est appliquée, le couplage de la résonance est alors proportionnel à cette tension de commande. Cette caractéristique permet notamment d'ajuster la résonance afin d'affiner la 20 bande passante obtenue en sortie, et d'ajouter une fonction de commutation au filtre. Il est également possible de ne pas utiliser qu'une seule couche 101 pour la réalisation du filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 100. De 25 plus, la première couche 108, la seconde couche 109 et la portion de matériau résonant 110 réalisant le couplage entre les deux couches 108, 109 peuvent avoir une impédance acoustique différente et/ou être à base d'un matériau différent afin de réaliser le couplage 30 souhaité entre les deux résonateurs 106 et 107.
2905208 15 On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 200 selon un second mode de réalisation. De manière similaire au premier mode de 5 réalisation, ce filtre 200 comporte deux résonateurs à ondes de Lamb 106 et 107, similaires à ceux de la figure 1. Chacun des résonateurs 106 et 107 comporte une couche de matériau résonant, respectivement 108 et 109, pouvant être formée par une unique couche 101, 10 comme cela est représenté sur la figure 2. Les deux résonateurs à ondes de Lamb 106 et 107 sont ici couplés acoustiquement par un réseau périodique 111. Ce réseau périodique 111 comporte une portion 110 de la couche de matériau résonant 101. L'utilisation d'une unique 15 couche de matériau résonant 101 pour la réalisation du filtre 200 permet d'en améliorer la fiabilité et d'en faciliter la fabrication. Dans ce second mode de réalisation, le filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 200 est 20 réalisé pour obtenir en sortie une bande passante étroite centrée autour d'une fréquence centrale égale à environ f',=--. La couche de matériau résonant 101 a C 112 ici une longueur égale à environ 4C. Comme dans le premier mode de réalisation, chaque résonateur 106, 107 2 25 a une longueur d'environ 2 . La portion de matériau résonant 110 du réseau périodique 111 a donc ici une 72 longueur égale à environ s . Le réseau périodique 111 comporte une première paire de métallisations 112a, 2905208 16 112b disposée au dessus et en dessous de la portion de matériau résonant 110 et alignées verticalement l'une par rapport à l'autre. Ces métallisations 112a, 112b sont disposées à une distance d'environ 24 du premier 5 résonateur 106. Une seconde paire de métallisations 113a, 113b, similaire à la première paire de métallisations 112a, 112b, est disposée à une distance 2 d'environ 4 de la première paire de métallisations 112a, 112b. Enfin, une troisième paire de 10 métallisations 114a, 114b, également similaire à la première paire de métallisations 112a, 112b, est disposée à une distance d'environ 4 de la seconde paire de métallisations 113a, 113b et du second résonateur 107. Le réseau périodique 111 comporte donc 15 de manière alternée des portions de matériau résonant 2 de longueur d'environ 4 sans métallisations et des portions de matériau résonant de longueur d'environ 4 disposées entre des métallisations, elles mêmes de longueur d'environ 24 . Ici, les métallisations 20 s'étendent sur toute la largeur de la couche de matériau résonnant 101. De manière générale, la portion de matériau résonant 110 du réseau périodique 111 peut avoir une longueur égale à environ (2m+1)2, f _ c avec 4 ic fréquence centrale du spectre de sortie du filtre à 25 résonateurs à ondes de Lamb couplés 200, ladite portion 2905208 17 de matériau résonant 110 étant disposée entre m paires de métallisations, de longueur 4 environ, 112a, 112b, 113a, 113b, 114a, 114b, les deux métallisations de chacune desdites paires étant alignées l'une au-dessus 5 de l'autre, les métallisations 112a, 112b, 113a, 113b, 114a, 114b se trouvant sur une même face de la portion de matériau résonant 110 étant séparées les unes des autres et/ou d'une électrode 102, 103, 104, 105 d'un des résonateurs 106, 107 d'une distance égale à environ 2 10 4 , m étant un nombre entier naturel non nul. On peut ainsi définir un motif périodique du réseau 111 comme 2 étant une portion de matériau résonant de longueur 2 environ sur laquelle est disposée à une extrémité une 2 paire de métallisations de longueur 4 environ.
15 Ainsi, en modifiant le nombre de motifs du réseau périodique 111, on modifie le couplage réalisé entre les deux résonateurs 106 et 107. On obtient donc en sortie une bande passante différente suivant la longueur totale de la couche de matériau résonant 101 20 réalisée. Dans l'exemple de la figure 2, la couche 101 112 a une longueur totale d'environ 4, et comporte donc trois motifs tels que définis plus haut. L'utilisation du réseau périodique 111 permet une augmentation de la bande passante obtenue en sortie du filtre. On obtient 25 alors en sortie une bande passante comprise entre environ 2 MHz et 3 MHZ à une fréquence f f = 100MHz . I l sera également intéressant de réaliser un couplage avec 2905208 18 une couche 101 d'une longueur d'environ 4 L'impédance du filtre est fonction de la surface de la couche résonante dans le plan (x, y) tel que défini sur la figure 2, c'est-à-dire notamment de la largeur du 5 filtre, c'est-à-dire la dimension selon l'axe y tel que représenté sur la figure 2. Il est donc possible d'adapter la largeur du réseau périodique 111 en fonction de l'impédance souhaitée. Le signal appliqué en entrée sur le premier 10 résonateur 106, ainsi que le signal obtenu en sortie sur le second résonateur 107, peuvent être différentiel ou non, selon qu'une électrode du premier et/ou du second résonateur 106, 107 soit reliée à un potentiel de référence, tel une masse. Il est possible, de par 15 l'isolation galvanique réalisée entre l'entrée et la sortie du filtre 200, de convertir un signal différentiel en un signal non différentiel, ou de convertir un signal non différentiel en un signal différentiel.
20 Un exemple de réalisation de ce filtre 200 selon ce second mode de réalisation va être donné. On réalise un dépôt de métal, par exemple de l'aluminium et/ou du platine et/ou du molybdène et/ou du tungstène, sur les deux faces de la couche 101 de matériau 25 résonant, par exemple par un dépôt PVD. On grave ensuite, par exemple par gravure plasma, les dépôts métalliques de manière à former deux électrodes 102, 104 et 103, 105 sur chacune des faces de la couche 101, et les métallisations 112 à 114 pour former le réseau 92, 2905208 19 périodique 111, comme cela est représenté sur la figure 2. Ce procédé de réalisation peut être mis en oeuvre par surface micromachining sur un substrat ou 5 par bulk micromachining . Dans une variante du second mode de réalisation, la portion de matériau résonant 110 du réseau périodique 111 peut comporter des parties alternées de forte et faible impédance acoustique.
10 Ainsi, on améliore encore le couplage réalisé entre les deux résonateurs 106 et 107 et on peut ajuster la bande passante obtenue en sortie du filtre 200. Il est également possible que les électrodes et les métallisations d'une même face de la 15 couche de matériau résonant 101, par exemple les électrodes 103, 105 et les métallisations 112a, 113a et 114a se trouvant en dessous de la couche de matériau résonant 101, forment une seule électrode. Cette variante permet d'obtenir un signal de sortie dont le 20 potentiel de référence est similaire à celui du signal d'entrée. Il est également possible de coupler acoustiquement, par l'intermédiaire de réseaux périodiques, plus de deux résonateurs.
25 La figure 3 représente un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 300 selon un troisième mode de réalisation. Ce filtre 300 comporte un premier résonateur à ondes de Lamb 106 couplé à un second 30 résonateur à ondes de Lamb 107 par l'intermédiaire d'un premier réseau périodique 111. Ces trois éléments sont 2905208 20 par exemple similaires à ceux représentés sur la figure 2. Le filtre 300 comporte en outre un troisième résonateur à ondes de Lamb 121 comportant une couche résonante122 disposée entre deux électrodes 123, 124, 5 de manière similaire aux deux autres résonateurs 106, 107. Les deuxième et troisième résonateurs 107 et 121 sont couplés acoustiquement par un second réseau périodique 125, par exemple similaire au premier réseau périodique 111. Le second réseau périodique 125 10 comporte une couche de matériau résonant 126 disposée entre une pluralité de paires de métallisations 127 à 129, disposée sur la couche 126 de manière similaire aux métallisations 112 à 114 sur la couche 110. Dans ce mode de réalisation, les couches 15 108, 109, 110, 122 et 126 de matériau résonant sont formées par une unique couche 101, comme cela est représenté sur la figure 3. Mais chacune de ces couches peut également être de nature différente (matériau, dimensions,...). Ces couches résonantes peuvent par 20 exemple être réalisées à base d'un matériau piézoélectrique ou électrostrictif, comme expliqué plus haut dans la description. De même, les matériaux et dimensions des électrodes et des métallisations présentes sur le filtre 300 peuvent être similaires aux 25 exemples donnés précédemment pour les autres modes de réalisation. Enfin, la réalisation de ce filtre 300 peut se faire par exemple en utilisant des techniques similaires à celles mises en oeuvre pour la réalisation des filtres des modes de réalisation précédents.
30 Par rapport au second mode de réalisation, l'ajout du troisième résonateur permet d'augmenter la 2905208 21 sélectivité du filtre obtenu en augmentant le nombre de pôle. Il est possible de réaliser un filtre comportant plus de trois résonateurs à ondes de Lamb, couplés acoustiquement par exemple par des réseaux périodiques, 5 pour obtenir une sélectivité encore plus importante. La portion de matériau résonant 126 du réseau périodique 125 peut comporter des parties alternées de forte et faible impédance acoustique. Ainsi, on améliore encore le couplage réalisé entre les 10 deux résonateurs 107 et 121 et on peut ajuster la bande passante obtenue en sortie du filtre 300. Il est également possible que les électrodes et les métallisations se trouvant sur une même face de la couche de matériau résonant 101, par 15 exemple les électrodes 103, 105, 124 et les métallisations 112a, 113a, 114a, 127a, 128a et 129a se trouvant en dessous de la couche de matériau résonant 101, forment une seule électrode. Cette variante permet d'obtenir un signal de sortie dont le potentiel de 20 référence est similaire à celui du signal d'entrée. La figure 4 représente un filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 400 selon un quatrième mode de réalisation. Dans cet exemple de réalisation, le filtre 400 comporte les mêmes éléments 25 que ceux du filtre 200 selon le second mode de réalisation, c'est-à-dire les deux résonateurs 106 et 107 et le réseau périodique de couplage 111. Par rapport au filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés 200 de la figure 2, le filtre à 30 résonateurs à ondes de Lamb couplés 400 comporte à ses 2905208 22 2 deux extrémités, à une distance de 4 environ de chacun des résonateurs 106 et 107, deux miroirs de Bragg 115 et 116. Là encore, f, _ est la fréquence centrale du C spectre de sortie du filtre à résonateurs à ondes de 5 Lamb couplés 400. Chacun des miroirs de Bragg 115 et 116 comporte une couche à base d'un matériau résonant, respectivement 117 et 118. Dans l'exemple de la figure 4, ces couches 117 et 118 sont des parties de la couche de matériau résonant 101. Une seule couche 101 est donc 10 utilisée pour la réalisation des résonateurs 106 et 107, du réseau périodique de couplage 111, et des miroirs de Bragg 115 et 116, permettant ainsi d'obtenir une bonne fiabilité du filtre 400. De manière similaire au réseau périodique 15 111, chaque miroir de Bragg 115, 116 comporte de manière alternée des portions de matériau résonant de 2 longueur 4 environ disposées entre des métallisations, par exemple les métallisations 119a, 119b, 120a et 120b représentées sur la figure 4, et des portions de 2, 20 matériau résonant de longueur 4 environ sans métallisation. Ainsi, il est possible de créer un milieu de propagation présentant une alternance de faible et forte impédance acoustique. Là encore, les métallisations 119a, 119b, 120a, 120b des miroirs de 25 Bragg 115 et 116 s'étendent sur toute la largeur de la couche 101 de matériau résonnant. Ces miroirs de Bragg 115, 116 permettent de réfléchir les signaux d'une certaine longueur d'onde, par exemple ceux que l'on 2905208 23 souhaite obtenir en sortie, mais également de diminuer des résonances parasites liées aux harmoniques en 2 et en 32 en les dissipant dans la couche de matériau résonant 101. Dans cet exemple, ces miroirs 115 et 116 5 permettent de supprimer les fréquences parasites égales à environ Zc et 2~ se trouvant dans le spectre de sortie. Ces miroirs de Bragg 115, 116 pourront par 132, exemple avoir chacun une longueur égale à environ 152C ou De manière générale, un miroir de Bragg 115, 10 116 peut comporter au moins une couche de matériau n2 résonant 117, 118 de longueur égale à environ 4 ' ladite couche de matériau résonant 117, 118 étant disposée entre n paires de métallisations 119a, 119b, 2, 120a, 120b de longueur 4 environ, les deux 15 métallisations de chacune desdites paires étant alignées l'une au-dessus de l'autre, les métallisations se trouvant sur une même face de la couche de matériau résonant étant séparées les unes des autres et/ou d'une électrode d'un des résonateurs d'une distance égale à 2 20 environ 4 , n étant un nombre entier naturel non nul. Un exemple de réalisation de ce filtre 400 selon ce quatrième mode de réalisation va être donné. On réalise un dépôt de métal, tel de l'aluminium et/ou du platine et/ou du molybdène et/ou du tungstène, sur 4 2905208 24 les deux faces de la couche 101 de matériau résonant, par exemple par un dépôt PVD. On grave ensuite, par exemple par gravure plasma, les dépôts métalliques de manière à former deux électrodes 102, 104 et 103, 105 5 sur chacune des faces de la couche 101, les métallisations 112 à 114 pour former le réseau périodique 111, et les métallisations des miroirs de Bragg 115 et 116 comme cela est représenté sur la figure 4.
10 Ce procédé de réalisation peut être mis en oeuvre par surface micromachining sur un substrat ou bulk micromachining . Dans une variante du quatrième mode de réalisation, les portions de matériau résonant 117 et 15 118 des miroirs de Bragg 115 et 116 peuvent comporter des parties alternées de forte et faible impédance acoustique, permettant d'ajuster les propriétés de réflexion et de dissipation des miroirs de Bragg 115 et 116.
20 Dans les quatre modes de réalisation décrits, chaque électrode s'étend sur l'ensemble de la face de la couche résonante du résonateur sur laquelle elle est disposée. Il est également possible qu'une ou plusieurs électrodes soient réalisées différemment, ne 25 recouvrant pas la totalité des faces des couches résonantes sur lesquelles elles sont disposées.
Claims (18)
1. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) comportant : - au moins un premier résonateur à ondes de Lamb (106) comprenant au moins une première couche résonante (108) et au moins une première (102) et une seconde (103) électrode disposées sur deux faces opposées de la première couche résonante (108), - au moins un second résonateur à ondes de Lamb (107) comprenant au moins une seconde couche résonante (109) et au moins une troisième (104) et une quatrième (105) électrode disposées sur deux faces opposées de la seconde couche résonante (109), 15 au moins une desdites faces de la première couche résonante (108) appartenant à un plan parallèle à une desdites faces de la seconde couche résonante (109) et passant entre les deux électrodes (104, 105) du second résonateur (107), les première (108) et 20 seconde (109) couches résonantes étant couplées acoustiquement par des moyens de couplage acoustique (110, 111).
2. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb 25 couplés (100, 200, 300, 400) selon la revendication 1, une desdites faces de chacune des deux couches (108, 109) appartenant à un premier plan et l'autre desdites faces de chacune des deux couches (108, 109) appartenant à un second plan parallèle et distinct du 30 premier plan. 10 2905208 26
3. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, la première (108) et/ou la seconde (109) couche résonante étant à base d'un 5 matériau piézoélectrique ou électrostrictif.
4. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, les électrodes (102, 103) du premier résonateur (106) étant disjointe et non électriquement reliées aux électrode (104, 105) du second résonateur (107).
5. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications 1 à 3, une électrode (103) du premier résonateur (106) étant reliée électriquement à une électrode (105) du second résonateur (107).
6. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, les longueurs des première (102), et/ou seconde (103), et/ou troisième (104) et/ou k2 quatrième (105) électrodes étant égales à environ , 2 avec f,= fréquence centrale du spectre de sortie du C filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400), c vitesse de propagation acoustique des ondes de Lamb et 2 longueur d'onde correspondant à la 2905208 27 fréquence centrale souhaitée en sortie du filtre, k étant un nombre entier naturel non nul.
7. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb 5 couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, les longueurs de la première (108) et/ou seconde (109) couche résonante étant égales à environ fréquence k2 2 avec c L centrale du spectre de sortie du filtre à résonateurs à 10 ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400), c vitesse de propagation acoustique des ondes de Lamb, et longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale souhaitée en sortie du filtre, k étant un nombre entier naturel non nul. 15
8. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, les longueurs de la première (108) et/ou seconde (109) couche résonante 20 étant différentes des longueurs des première (102), et/ou seconde (103), et/ou troisième (104) et/ou quatrième (105) électrodes.
9. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb 25 couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendication précédentes, les moyens de couplage acoustique comportant au moins une portion de matériau résonant (110). 5 2905208 28
10. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (200, 300, 400) selon la revendication 9, les moyens de couplage acoustique comportant un réseau périodique (111).
11. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (200, 300, 400) selon la revendication 10, le réseau périodique (111) comprenant la portion de matériau résonant (110), de longueur égale à environ (2m +1 2, 4 avec f',= fréquence centrale du spectre de C 10 sortie du filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (200, 300, 400), c vitesse de propagation acoustique des ondes de Lamb, 2 longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale souhaitée en sortie du filtre 15 (200, 300, 400), ladite portion de matériau résonant (110) étant disposée entre m paires de métallisations de longueur 4 environ (112a, 112b, 113a, 113b, 114a, 114b), les deux métallisations de chacune desdites paires étant alignées l'une au-dessus de l'autre, les 20 métallisations (112a, 112b, 113a, 113b, 114a, 114b) se trouvant sur une même face de la portion de matériau résonant (110) étant séparées les unes des autres et/ou d'une électrode (102, 103, 104, 105) d'un des résonateurs (106, 107) d'une distance égale à environ 2 25 4 , m étant un nombre entier naturel non nul.
12. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (300) selon l'une des revendications 2905208 29 précédentes, comportant en outre un troisième résonateur à ondes de Lamb (121), comprenant au moins une troisième couche résonante (122) et au moins une cinquième (123) et une sixième (124) électrode 5 disposées sur deux faces opposées de la troisième couche résonante (122), couplé acoustiquement par des moyens de couplage acoustique (125, 126) au premier (106) et/ou second (107) résonateur à ondes de Lamb. 10
13. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (300) selon la revendication 12, les moyens de couplage acoustique couplant acoustiquement le troisième résonateur à onde de Lamb (121) au premier (106) et/ou au second (107) résonateurs à ondes de Lamb 15 comportant un réseau périodique (125), ledit réseau périodique (125) comportant une portion de matériau résonant (126).
14. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb 20 couplés (400) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un miroir de Bragg (115, 116) couplé acoustiquement à un des résonateurs (106, 107), ledit résonateur (106, 107) étant disposé entre le miroir de Bragg (115, 116) et un 25 autre des résonateurs (106, 107).
15. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (400) selon la revendication 14, le miroir de Bragg (115, 116) comportant au moins une couche de matériau résonant (117, 118) de longueur égale à 2905208 30 n2~ c environ , avec f= fréquence centrale du spectre 4 de sortie du filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (400), c vitesse de propagation acoustique des ondes de Lamb, 2 longueur d'onde correspondant à la 5 fréquence centrale souhaitée en sortie du filtre (400), ladite couche de matériau résonant (117, 118) étant disposée entre n paires de métallisations (119a, 119b, 120a, 120b) de longueur 4 environ, les deux métallisations (119a, 119b, 120a, 120b) de chacune 10 desdites paires étant alignées l'une au-dessus de l'autre, les métallisations (119a, 119b, 120a, 120b) se trouvant sur une même face de la couche de matériau résonant (118, 119) étant séparées les unes des autres et/ou d'une électrode (102, 103, 104, 105) d'un des 15 résonateurs (106, 107) d'une distance égale à environ 2 n étant un nombre entier naturel non nul. 4
16. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (200, 300, 400) selon l'une des revendications 20 précédentes, lorsque le filtre (200, 300, 400) comporte au moins un miroir de Bragg (115, 116) et/ou au moins un réseau périodique (111, 125), le matériau résonant (110, 117, 118, 126) du ou des miroirs de Bragg (115, 116) et/ou du ou des réseaux périodiques (111, 125) 25 comporte des parties alternées de forte et faible impédance acoustique. 2905208 31
17. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, les électrodes (103, 105, 124) et/ou, lorsque le filtre comporte au moins un 5 réseau périodique (111, 125), les métallisations (112a, 113a, 114a, 127a, 128a, 129a), se trouvant du côté d'une desdites faces d'une couche de matériau résonant (108), étant toutes reliées électriquement entre elles. 10
18. Filtre à résonateurs à ondes de Lamb couplés (100, 200, 300, 400) selon l'une des revendications précédentes, une unique couche résonante (101) formant les couches résonantes (108, 109, 124) des résonateurs à ondes de Lamb (106, 107, 121) et, 15 lorsque le filtre (200, 300, 400) comporte au moins un miroir de Bragg (115, 116) et/ou au moins un réseau périodique (111, 125), le matériau résonant (110, 117, 118, 126) du ou des miroirs de Bragg (115, 116) et/ou du ou des réseaux périodiques (111, 125).
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