JP2003521827A - 超小型電気機械的切替え式同調マトリックスを使用するテレビジョン・チューナ - Google Patents
超小型電気機械的切替え式同調マトリックスを使用するテレビジョン・チューナInfo
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Abstract
Description
ANICALLY−SWITCHED CAPACITOR MATRIX」と
称する米国仮出願第60/092,178号の利益を請求する。
調マトリックスであって、キャパシタンスおよび/またはインダクタンス素子を
含むことができる同調マトリックスを使用するテレビジョン・チューナに関する
。
ていた。空気誘電体コンデンサおよび空芯インダクタなど大型の機械的同調素子
は結局、より小型でより効率的なコンデンサとインダクタに道を譲った。真空管
からトランジスタへ、さらに集積回路へと絶え間なく進化する中で、サイズとコ
ストはますます低下していく傾向にある。この結果、超小型電子回路および集積
電子回路は、最新の電子工学の主流になってきた。
信機の分野で、この進化は、真空管と離散的コンデンサ、インダクタ、および抵
抗器が半田付けされたマルチギャング機械的スイッチがトランジスタ化印刷配線
回路板に屈伏し、かつトランジスタ化印刷配線回路板が印刷配線基板上に実装さ
れた超小型電子および集積回路に屈伏するのを見てきた。しかし、最新の集積回
路TVチューナでさえも依然として、容量性および誘導性同調素子に対し離散的
部品を使用する。
C逆方向バイアス電圧の大きさに反比例して変化するキャパシタンスを示す半導
体バラクタ・ダイオードである。バラクタ・ダイオードは、インダクタまたは誘
導性リアクタンスを有する伝送線路に結合されて共振器を形成し、これは最新の
TVチューナなどの同調可能な受信機のプリセレクタ・フィルタ、ポストセレク
タ・フィルタ、および発振器に使用される。
バラクタ・ダイオードD2によって示されるキャパシタンスの値ならびにインダ
クタL01およびL02のインダクタンスによって決定される。PINダイオー
ドD1は、電圧VD1の制御下で帯域切替えを行う。+20ボルトの切替え電圧
VD1で、ダイオードD1は開路(非導通)し、直列のインダクタL01および
L02が同調可能な回路のインダクタンスを形成し、−20ボルトの切替え電圧
VD1で、D1は導通してインダクタL01を実質的に短絡し、それによってL
02は同調可能な回路のインダクタンスとして残される。バラクタ・ダイオード
D2は、約+1ボルトと+20ボルトの間で変化する同調電圧VD2に応答して
、可変キャパシタンスを示す。コンデンサCD1およびCD2は、それぞれ制御
電圧VD1および同調電圧VD2のDCアイソレーションを提供するために必要
であり、同調可能な回路の共振周波数に望ましくない影響を及ぼさないように充
分に大きいキャパシタンスを持つ。したがって、離散電子部品およびDCアイソ
レーションのための追加部品の必要性により、これらの製品のサイズ、作製の困
難さ、およびコストが上昇する傾向があり、それは全て望ましくない。
限する、望ましくない電気的特性をも有する。第一に、バラクタ・ダイオードの
キャパシタンスは、その逆バイアス電圧の非線形関数であり、それによりバラク
タ・ダイオードに印加されまたはそれを通過する信号のひずみの発生源となる。
第二に、バラクタ・ダイオードは比較的損失が大きく、したがって比較的低いQ
を示す。一般的TVチューナの同調回路に対する低いQの影響は、より大きい信
号損失を生じ、フィルタの鮮鋭度、選択度、および狭帯域能力を制限し、総合的
雑音指数が増加し、それによってチューナの信号対雑音比が増加することである
。
持つ同調可能な回路であって、より低いひずみ、改善された画像阻止および隣接
チャンネル阻止、ならびにより低い雑音指数を有するチューナを可能にする同調
可能な回路が必要である。
通過域を有する基板上の同調可能な帯域パスフィルタ、周波数制御信号に応答す
る制御可能な周波数信号を生成する基板上の同調可能な発振器、および通過域の
信号を受け取るのに同調可能な帯域パスフィルタに結合され、かつ制御可能な周
波数信号を受け取るのに同調可能な発振器に結合された基板上のミキサを含む。
同調可能な帯域パスフィルタは、基板上の導電層および誘電層から形成された複
数のコンデンサ、および基板上の材料層から形成される複数のスイッチを備えた
共振回路を含み、ここでスイッチは同調制御信号に応答してスイッチ・アームの
運動によって選択的に開閉し、複数のスイッチの1つが複数のコンデンサのそれ
ぞれ1つをそれぞれ基板上の導電性結線に選択的に結合する。同調制御器は、同
調制御信号および周波数制御信号を生成する。
複数のスイッチ接点および複数のスイッチ接点のそれぞれ1つに対応付けられる
複数の制御導体を形成するステップと; 複数のコンデンサ・プレートの各々の上に誘電層を、各誘電層上に別の導電層
を堆積して、基板上に複数のコンデンサを形成するステップと; 複数のスイッチ接点およびそれに関連付けられる複数の制御導体の少なくとも
一部分の上に、複数の貫通穴を有しその穴の1つが各制御導体に近接している除
去可能な層を形成するステップと; 除去可能な層の上に複数の導電領域を形成する第2の導電層を堆積し、各導電
領域がそれぞれ1つの制御導体、それぞれ1つのスイッチ接点の上にあり、それ
ぞれ1つの穴を介して基板に取り付けられて複数のスイッチ接点の1つに対応付
けられるそれぞれのスイッチ・アームを形成するステップと; 除去可能な層を除去して、基板から間隔をおいて配置され一端をそれに取り付
けられかつ他端でそれに対応付けられるそれぞれのスイッチ接点から間隔をおい
て配置された複数のスイッチ・アームを残すステップと; コンデンサの1つ、スイッチ・アームの1つ、およびスイッチ接点の1つの間
に複数の導電性結線を堆積してコンデンサの1つと基板上の回路の電気機械的ス
イッチとを接続するステップと、 によって、基板上の回路に接続された複数のコンデンサおよび電気機械的スイッ
チのマトリックスを作製する方法を含む。
かつよりよく理解されるであろう。
的実施形態が示されている。具体的には、2帯域テレビジョン・チューナ10は
、同調制御器42によって生成されるスイッチ制御電圧VSの制御下で、受信し
た着信無線周波数(RF)信号をUHF帯域チューナまたはVHF帯域チューナ
のいずれかに経路指定する単極双投(SPDT)スイッチ12を含む。UHF帯
域チューナは、選択されるUHFチャンネルのRF搬送波信号周波数fRFに同調
される中心周波数およびそのようなチャンネルの帯域幅に匹敵する帯域幅、例え
ば従来のTVチャンネルの場合には約6MHzを有する、同調可能な帯域パスフ
ィルタ回路を含むプリセレクタ・同調回路20を含む。RF増幅器22は、事前
選択されたUHFチャンネル信号を増幅し、それを、前置同調回路20と同様に
選択されるUHFチャンネルの搬送波信号周波数fRFに同調される中心周波数お
よびそのようなチャンネルの帯域幅に匹敵する帯域幅を有する、同調可能な帯域
パスフィルタ回路を含むポストセレクタ・同調回路24に加える。同調回路20
および24は、同調制御器42によって生成される制御信号VCに応答して操作
可能な複数の超小型電気機械的(MED)スイッチを含むスイッチト・キャパシ
タンス/インダクタンス・アレイによって同調可能である。UHFミキサ28は
その入力の1つで、同調回路24から増幅帯域幅制限RF信号を、もう1つの入
力で、電圧制御局部発振器26によって生成される周波数信号fLOを受け取る。
局部発振器26の周波数fLOは、ミキサ28の出力で、チューナの予め定められ
た固定中間周波数(IF)、例えば約45MHzのビート周波数を生成するよう
に選択される。周知の通り、fRF−fLO=fIFである。IF同調回路40は、チ
ューナの予め定められた固定IF周波数の中心周波数およびそのチャンネルの帯
域幅に匹敵する帯域幅、例えば従来のテレビジョン・チャンネルの場合約6MH
zを有する帯域パスフィルタ回路である。
号周波数fRFに同調される中心周波数およびそのようなチャンネルの帯域幅に匹
敵する帯域幅、例えば約6MHzを有する、同調可能な帯域パスフィルタ回路を
含むプリセレクタ・同調回路30を含む。RF増幅器32は事前選択されたVH
Fチャンネル信号を増幅し、それを、前置同調回路30と同様に、選択されるV
HFチャンネルの搬送波信号周波数fRFに同調される中心周波数およびそのよう
なチャンネルの帯域幅に匹敵する帯域幅を有する、同調可能な帯域パスフィルタ
回路を含むポストセレクタ・同調回路34に加える。同調回路30および34は
、例えば同調制御器42によって生成される制御信号VCに応答して操作可能な
複数の超小型電気機械的(MEM)スイッチを含む、スイッチト・キャパシタン
ス・アレイによって同調可能である。VHFミキサ38は、その入力の1つで、
同調回路34からの増幅帯域幅制限RF信号を、もう1つの入力で、電圧制御局
部発振器36によって生成される周波数信号fLOを受け取る。局部発振器36の
周波数fLOは、IF同調回路40に加えられる、チューナの予め定められた固定
中間周波数(IF)、例えば約45MHzのビート周波数fIFをミキサ38の出
力で生成するように選択される。
されるスイッチト・キャパシタンス・アレイまたはスイッチト・キャパシタンス
およびインダクタンス・アレイならびに超小型電気機械的スイッチを含む。UH
F同調回路20および24は同時に作動し、同一UHF周波数に同調するので、
両方に同一同調制御信号VCを加えることができ、それにより同調制御信号発生
器42が簡素化される。同様に、VHF同調回路30および34は同時に作動し
、同一VHF周波数に同調するので、両方に同一同調制御信号VCを加えること
ができ、それにより同調制御信号発生器42が簡素化される。UHF同調回路2
0、24はVHF同調回路30、34と同時には作動しないので、すなわちUH
F帯域またはVHF帯域の両方ではなく、いずれかがスイッチ12によって選択
されるので、両組の同調回路20、24、30、34に同一同調制御信号VCを
使用することができ、それにより同調制御信号発生器42はさらに簡素化される
。それに加えて、局部発振器26および36もまた、その出力信号の周波数fLO を選択するために、本発明の一態様による超小型電気機械的切替え式同調アレイ
、例えばキャパシタンス・アレイを含むことができる。局部発振器26および3
6用の同調制御信号VOもまた同調制御信号発生器42によって生成され、同調
回路20、24、30、34を制御するために使用するものと同じ同調制御信号
VCとすることができる。同調制御信号発生器42は、使用者つまりTVリモー
ト・コントロールまたはTV受像機上のボタンを押す人によるチャンネルの選択
に応答して、上述の制御信号を生成する。
、24、30および34で使用することができる、本発明を含む同調回路の簡略
図である。同調回路30で、インダクタL1およびL2を含む切替え可能なイン
ダクタンス・マトリックス48は同調可能な共振同調回路のインダクタンスを提
供し、切替え可能なキャパシタンス・マトリックス50はキャパシタンスを提供
する。MEMスイッチSWOは、制御信号VLOによって制御され、TVのVH
F帯域の低周波(VHFチャンネル2−6の57−85MHz)を選択するため
にインダクタL1を選択的に短絡しないか、またはTVのVHF帯域の高周波(
VHFチャンネル7−13の177−213MHz)部分を選択するためにイン
ダクタL1を選択的に短絡するために、制御信号VLOによって制御される。さ
らに、インダクタL1の一部分は、低い方のVHF帯域をさらに2つのサブバン
ドに分割するために、制御信号VL1に応答してMEMスイッチSW1を閉じる
ことによって短絡することができ、インダクタL2の一部分は、高い方のVHF
帯域をさらに2つのサブバンドに分割するために、制御信号VL2に応答してM
EMスイッチSW2を閉じることによって短絡することができ、それによりVH
F搬送周波数の全範囲にわたって同調可能な回路30を同調させるために必要な
キャパシタンス値の範囲が減少する。
イッチS1、S2、...SNと共に基板上に形成されるコンデンサC1、C2
、...CNの配列を含む。C1、C2、...CNは、MEMスイッチS1、
S2、...SNをそれぞれ閉じることによって、切替え可能なインダクタンス
・マトリックス48のインダクタL1、L2のインダクタンスと並列に接続する
ことができる。MEMスイッチS1、S2、...SNはそれぞれスイッチ制御
電圧VC1、VC2、...VCNによって制御されて、コンデンサC1、C2
、...CNのうちの、同調可能な帯域パスフィルタ30の所望の中心周波数f RF でインダクタL1、L2のインダクタンスと共振するために必要なものを、選
択的に閉じることによって選択する。MEMスイッチに印加される制御電圧をM
EMスイッチ接点を通して結合される信号から分離するために、上述の制御電圧
は各々、波線RL0、RL1、RL2、RS1、...RSNによって示される
、抵抗器および/またはRFインダクタを含むことができるそれぞれのインピー
ダンスを通して印加される。
2およびS1、S2、...SNの例示的スイッチ制御電圧状態を、下の表1に
記載する。ここで「接地」は電位が印加されず、MEMスイッチが開いているこ
とを示し、「+V」はMEMスイッチを閉じるのに充分な正の制御電圧が印加さ
れることを示す。
例示的配置を含む基板100の平面図である。導体110における受信RF信号
は、SPDT MEMスイッチ12に結合される。その双極スイッチ・アーム1
14は、ヒンジ・アーム114を基板100から上に持ち上げるアンカー・ポス
ト112A、112Bから伸長するねじりたわみ性ヒンジ113A、113Bに
よって支持される。UHF選択制御線116に正の制御電圧+Vが印加されると
、スイッチ・アーム114は静電気でそれに引きつけられ、それが導体120と
接触するまでヒンジ113A、113Bを中心に回転して、受信RF信号をUH
F帯域チューナ(図4には図示せず)に結合するために導体110から導体12
0への電気的接続を完了する。同様の方法で、正の制御電圧+VがVHF選択制
御線118に印加されると、スイッチ・アーム114は静電気でそれに引きつけ
られ、それが導体132に接触するまでヒンジ113A、113Bを中心に回転
して、受信RF信号をVHF帯域チューナの同調可能なプリセレクタ・フィルタ
130に結合するために導体110から導体132への電気的接続を完了する。
フィルタ130は、コンデンサC1、C2、C3、C4、C5と並列のインダク
タンスL1、L2、L3を含み、同調可能な並列共振回路を形成する。
地138、140との間に直列に接続される、基板100上に形成された集積イ
ンダクタまたは基板100上に形成されない離散インダクタのいずれかとするこ
とができるので、記号によって示されているインダクタL1、L2、L3を含む
。切替え可能なインダクタンス・マトリックス148の各インダクタL1、L2
、L3は、それらと並列にそれぞれ接続されたMEMスイッチ146、144、
142を有する。インダクタL1は、制御線147を介して印加されるスイッチ
制御電圧VL1の制御下で、MEMスイッチ146によって選択的に一つに接続
される導体136と138との間に接続される。制御電圧VL1が印加されると
、スイッチ・アームAL1は静電気により制御線147に引きつけられ、スイッ
チ・アームAL1をアンカー・ポストAN1上に支持する可撓性ヒンジHL1を
、スイッチ・アームAL1が導体136に接触してそれによりインダクタL1が
短絡するまで撓ませる。インダクタL2は、制御線145を介して印加されるス
イッチ制御電圧VL2の制御下で、MEMスイッチ144によって選択的に一つ
に接続される導体136と134との間に接続される。制御電圧VL2が印加さ
れると、スイッチ・アームAL2は静電気により制御線145に引きつけられ、
スイッチ・アームAL2をアンカー・ポストAN2上に支持する可撓性ヒンジH
L2を、スイッチ・アームAL2が導体134に接触してそれによりインダクタ
L2が短絡するまで撓ませる。同様に、インダクタL3は、制御線143を介し
て印加されるスイッチ制御電圧VL3の制御下で、MEMスイッチ142によっ
て選択的に一つに接続される導体134と132との間に接続される。制御電圧
VL3が印加されると、スイッチ・アームAL3は静電気により制御線143に
引きつけられ、スイッチ・アームAL3をアンカー・ポストAN3上に支持する
可撓性ヒンジHL3を、スイッチ・アームAL3が導体132に接触してそれに
よりインダクタL3が短絡するまで撓ませる。
れたコンデンサC1、C2、C3、C4、C5の配列を含む。各々のコンデンサ
C1、C2、C3、C4、C5は、それぞれの超小型電気機械的(MEM)スイ
ッチS1、S2、S3、S4、S5によって、導体132のそれぞれの接点領域
151、152、153、154、155とそれぞれの接地導体161、162
、163、164、165との間に選択的に接続される。MEMスイッチS1は
、可撓性ヒンジH1によってアンカー・ポストAN1から張り出したスイッチ・
アームA1を含む。制御電圧VC1が制御線171に印加されたときにスイッチ
・アームA1を制御線171に引きつける静電気力の影響下で、ヒンジH1は撓
んでスイッチ・アームA1を接点領域151に接触させ、それによりコンデンサ
C1の上部プレートから接点領域151への導電性接続を完了する。同様の方法
で、MEMスイッチS2−S5は、それぞれ可撓性ヒンジH2−H5によってア
ンカー・ポストAN2−AN5からそれぞれ張り出したそれぞれのスイッチ・ア
ームA2−A5を含む。制御電圧VC2−VC5がそれぞれ制御線172−17
5に印加されたときにスイッチ・アームA2−A5を制御線172−175に引
きつける静電気力の影響下で、ヒンジH2−H5は撓んでスイッチ・アームA2
−A5をそれぞれの接点領域152−155にそれぞれ接触させ、それによりコ
ンデンサC2−C5のそれぞれの上部プレートから接点領域152−155への
導電性接続を完了する。
た大きさになっている。コンデンサのキャパシタンスはそのプレートの面積に正
比例するので、コンデンサC1−C5のキャパシタンスは実質的に同じ1:2:
4:8:12の割合である。したがって、総キャパシタンス値CTは、コンデン
サC1のキャパシタンスCC1から、MEMスイッチS1−S5の開位置と閉位置
の様々な組み合わせによって得ることができるそのキャパシタンスの27倍(つ
まりCT=(1+2+4+8+12)CC1=27CC1)までの範囲である。キャ
パシタンスの変化の増分の値は、キャパシタC1のキャパシタンスCC1である。
それぞれのMEMスイッチ制御線に印加される制御電圧VC1、VC2、...
VCNを生成するために、同調制御器42に使用されるようなデジタル・プロセ
ッサによって生成されるデジタル制御語の簡便なインタフェーシングを促進し簡
素化するために、数字2に基づくキャパシタンス比を使用することが有利である
。各々の上記制御電圧VC1、VC2、...VCNの値は零または正電圧のい
ずれかであるので、各々をバイナリ・ビットとみなすことができ、制御電圧VC
1、VC2、...VCNの組をバイナリ・デジタル語とみなすことができる。
したがって、同調制御信号発生器42は、同調回路20、24、30、34およ
び局部発振器26、36に印加される様々な個々の制御電圧VC1、VC2、.
..VCNを含むデジタル語制御信号を生成する。
ッチS1の拡大平面図を、図6に示すそれらの対応する側面断面図と併せて考察
することにより、最もよく理解することができる。基板100上に堆積した接地
導体200は、コンデンサC1の下部プレートを形成する。コンデンサC1は、
導電性下部プレート200上に堆積された窒化シリコンまたは二酸化シリコン層
などの誘電層202、および誘電層202の上に堆積された導電性上部プレート
204から形成される。スイッチS1は、基板100上に堆積されたアンカー・
ベース222の頂部から張り出した矩形の薄い金属の可撓性ヒンジ部材220か
ら形成され、ヒンジ部材200はスイッチ接点151の上にかぶさるように伸長
する。スイッチ・アーム部材224は、スイッチ接点151の上に重なるヒンジ
部材220の端部上に堆積される。スイッチ接点151は基板100上に堆積さ
れ、RF伝送線路導体132は基板100上に、スイッチ接点151の上にかぶ
さりそれと接触するように堆積される。導電性制御線171の端部228はスイ
ッチ・アーム224の下に配置され、それと一緒にコンデンサを形成する。制御
電圧VC1が制御線171に印加されると、電圧が静電引力を発生させ、それが
ヒンジ220を撓ませて、スイッチ・アーム224がスイッチ接点151に接触
するまでスイッチ・アーム220が基板100の方向に動くことを可能にし、そ
れによりスイッチS1が閉じる。特定の適用例では、静電気制御線171の端部
228を拡大し、その上に誘電体を上に載せること、およびスイッチ・アーム2
24も拡大してそれらが形成するコンデンサのそれぞれのプレートのサイズおよ
びキャパシタンスの両方を増加させ、それによって制御電圧VC1によって生成
されるMEMスイッチS1を作動させるための静電引力を増加することが好まし
い。
06を形成し、アンカー・ベース222の上に位置するヒンジ部材220上に接
点226を形成し、それらの間にブリッジ導体236を形成する。同じ堆積によ
りコンデンサC1の下部プレート200の遠隔端に接点161を形成し、基板1
00のバイア・ホール102を充填してバイア104を形成し、それによって接
地電位との接続を行うことができる。
連付けられるコンデンサの製造工程順序を示す断面図である。図7Aは基板30
0、例えば下面をチタン層302および次いで金層304でメタライズしたセラ
ミック基板を示す。これらの金属層は基板300の接地導体または接地面として
機能する。基板300の頂面は、1層のクロム306および次いで1層の銅30
8および次いでさらに1層のクロム310でメタライズされ、基板300の頂面
のこれらの層の上に、MEMスイッチ用の制御線およびコンデンサの下部プレー
トを含む導電体が形成される。図7Bでは、上部クロム層310の上に厚さ30
0ナノメートル(nm)の窒化シリコン絶縁層320が堆積され、この層からコ
ンデンサの誘電層など様々な絶縁部材が形成される。例えば、図7Cは、コンデ
ンサ(左側)の誘電層320およびMEMスイッチ制御導体(右側)の誘電層を
残すために、窒化シリコンがエッチングされた後に残る窒化シリコン絶縁層32
0の上にパターン化されたフォトレジスト層322を示す。
ッチングされて銅層308が露出する。次に、図7Eに示すように導電体のパタ
ーンを画定するためにパターン化フォトレジスト326が塗布され、金層330
が導電体のパターンを被覆するために銅層308の露出部分にメッキされ、かつ
コンデンサの第2のまたは上部のプレートを形成するために誘電層320の露出
部分にメッキされる。次いで、フォトレジスト326が剥離され、銅層308お
よびクロム層306の露出部分が、図7Fに示すようにエッチングされる。工程
のこのステップで、例えば図6のスイッチ接点151およびスイッチ制御線22
8の構造が、コンデンサC1のプレート200、204、206および誘電層2
02を持つものとして形成される。
上に形成された金のメタライズ・メッキ用シード層336とが示されており、メ
ッキ用シード層336は、MEMスイッチのアンカー・ベース222およびコン
デンサC1の上部プレート206などのように、フォトレジスト334のパター
ンに穴が存在する部分で金メッキされた導体330と電気的に接触する。次いで
、図7Hに示すように、メッキ用シード層336の上にさらなるフォトレジスト
のパターン化層338が塗布され、スイッチ・アームA1の一部分、アンカー・
ベース222、およびコンデンサC1など、メッキ用シード層336の露出部分
に金のパターン化層340がメッキされる。図7Iでは、フォトレジストのパタ
ーン化層338の一部分が除去され(または全てのフォトレジストを除去して、
新しいフォトレジストのパターン化層338を塗布することができる)、メッキ
用シード層336の金メッキされておらず除去すべき部分を露出させ、次いで層
336のこれらの部分をエッチングする。最後に、基板からのダイ・ウェーハを
酸素中でプラズマ洗浄することなどによって全てのフォトレジストを除去して、
図7Jに示すように、MEMスイッチS1およびコンデンサC1の上部プレート
206とMEMスイッチS1のアンカー222、226におけるヒンジH1との
間の結線236の完成した構造を残す。
ヒンジ部材220の端部に拡大接点224を含む薄いメッキ用シード層336を
含む。制御線228はスイッチS1の可動端の下に位置するので、そこに印加さ
れる電圧は静電力を生成し、誘電層320の存在によって増強され、スイッチ接
点224をそれがスイッチ接点151に接触するまで下方に引っ張り、それによ
ってスイッチS1回路を閉じる。誘電層202を含むコンデンサC1は、接地に
接続された下部プレート200およびブリッジ結線236によってスイッチS1
の接点に接続されるその上部プレート204、206を有する。
り替えるために作動するように意図されたMEMスイッチの場合、FR信号線は
幅約4milである。MEMスイッチのアームは幅約2mil、長さ約4−6m
ilであり、基板から約2.5μm離して配置される。このMEMスイッチは、
約12μsecで約20−28ボルトの制御電圧で作動し、約18μsecで解
放され、開くときは約0.015pf(計算)の直列キャパシタンスを、閉じる
ときは約1−5オーム(測定)の範囲の接点抵抗を示す。
クスと一緒に基板または集積回路上に簡便に形成される種類の例示的スパイラル
・インダクタ400を示す。スパイラル・インダクタ400は基板412上に形
成されたスパイラル導体410を含み、スパイラル導体410は、その両端に接
続され基板412に形成された2つのリード導線418、420を有する。した
がって、リード導線418はその中心をスパイラル導体410の端部に接続する
ことができ、スパイラル導体410はその中にギャップを有し、その中をリード
導線418が通る。導電性エア・ブリッジ414、416はリード導線418の
上を通るように基板300から間隔をおいて配置され、そのようなギャップ間の
スパイラル導体410の導通状態を達成する。
ンデンサC1、C2、...およびMEMスイッチS1、S2、...が形成さ
れるのと同じ基板100であることが好ましい)のMEMスイッチおよびコンデ
ンサの形成と同時に、図7Aないし7Jに関連して上述したのと同じ処理工程を
利用して製造される。以下の説明では、図7Aないし7Jに従って基板300の
処理を説明する際に使用したものと一致する層の指定符号を使用し、図8に従っ
てスパイラル・インダクタ400を説明する際に使用したものと一致する指定符
号を使用する。それぞれクロム、銅、およびクロムのベース層306、308、
310が堆積され、その上に窒化シリコンの層320が堆積される。層310、
320は、図7Aないし7Dで示したようにパターン化され、かつエッチングさ
れ、中央リード導線418が画定される。次いでパターン化フォトレジスト層3
26が塗布され、パターン化金メッキ層330が基板300上に配置され、その
後で図7Eないし7Fに示すようにフォトレジスト326の剥離およびベース層
306、308、310のエッチングが行われ、内部にギャップおよびリード導
線418、420を有するスパイラル導体410が形成される。次に、特にスパ
イラル導体410のギャップを充填し、中央リード導線418上を被覆するため
に、除去可能なパターン化フォトレジスト334が塗布され、その上にメッキ用
シード層336が堆積され、その後、図7Gないし7Iに示すように、さらなる
パターン化フォトレジスト338の塗布およびその上のメッキ金導体340の堆
積が続き、導電性エア・ブリッジ414、416の導体が形成される。最後に、
基板300から間隔をおいて配置されたエア・ブリッジ414、416を残して
、フォトレジスト層334、338およびシード層336の一部分が除去され、
それにより、MEMスイッチS1、S2、...およびコンデンサC1、C2、
...ならびにその他の同様のMEMスイッチおよびコンデンサと同一基板上に
、スパイラル導体410のギャップの両端および中央リード導線418の上に導
電性結線が提供される。
例示的可変周波数発振器426である。可変周波数発振器426は、希望する発
振周波数の範囲より1以上大きい利得を有する増幅器440を含む。周波数決定
共振回路430は切替え可能なキャパシタンス・マトリックス450を含み、こ
れは例えば、上述のコンデンサ・マトリックス50と同様の形および動作であり
、回路内でインダクタンスL4と結合されてそれと共に共振回路430を形成す
る。共振回路430は、増幅器440が共振回路430の共振周波数で発振する
ように、増幅器440の出力および入力端子に結合される。共振周波数は、イン
ダクタL4のインダクタンスおよび切替え可能なキャパシタンス・マトリックス
450のキャパシタンスによって決定される。こうして、様々な制御信号V0を
切替え可能なキャパシタンス・マトリックス450の様々なMEMスイッチに変
えることによって、これらのMEMスイッチは選択的に開閉され、それにより切
替え可能なキャパシタンス・マトリックス450のキャパシタンスおよびしたが
って増幅器440が発振して制御可能な周波数信号fLOを生成する周波数fLOが
変化する。
た種類の別の例示的可変周波数発振器426´である。可変周波数発振器426
´は、増幅器440が結合された水晶442によって決定される希望の発振周波
数で発振するように、1より大きい利得を有する増幅器440を含む。周波数決
定回路430´は例えば、発振増幅器440によって生成される周波数信号を受
け取る従来型の切替え可能なプログラマブルNカウンタ432を含み、周波数信
号は数値Nによって分割されて制御可能な周波数信号fLOを生成する。プログラ
マブル・カウンタ432は、同調制御器42によって生成される制御信号VCに
よるアドレス指定に応答して、メモリ434から生成されるデジタル語によって
制御される。つまり、発振器周波数制御信号VOおよびフィルタ同調制御信号V
Cは同一である。したがって、チューナ10の同調回路20、24、30、34
に含まれる切替え可能なリアクタンス・マトリックスの様々なMEMスイッチを
制御するために使用される様々な制御信号VCを生成する同調制御器42によっ
て、同調制御器42は、プログラマブル・カウンタ432の除数Nをも選択させ
、それにより制御可能な周波数信号fLOも変化する。
て定義する本発明の請求と精神の範囲内での変形が当業者には明白であろう。例
えば、図4のコンデンサC1、C2、C3、C4、C5の配列は並列に接続され
た5つのコンデンサとして示されているが、特定の適用例に望まれるキャパシタ
ンス値を提供するのに適切な直列および並列接続の任意の数のコンデンサの任意
の組合せで充分である。MEMスイッチ・コンデンサ・アレイの形成における様
々な材料および層の堆積は、チタン、クロム、金またはその他の適切な物質のシ
ード層を用いて、または用いずに、スパッタリング、真空蒸着、メッキ、電気メ
ッキ、薄膜技術、および類似物などの適切な工程によって塗布される、焼成すべ
き金属またはインクとしての銅、アルミニウム、金、銀などの適切な導電性材料
から形成することができる。同様に、キャパシタンス・マトリックス、インダク
タンス・マトリックス、およびMEMスイッチは、セラミック、アルミナ、シリ
コン、シリコン・オン・サファイア、ガリウムひ素および類似物など、任意の適
切な基板上に形成することができる。
でき、図8Aに示すように実質的に方形の形状である必要はない。さらに、スパ
イラル・インダクタ400の導電性エア・ブリッジ414、416は、上述の通
りメッキ用シード層336および金メッキ層340を含むことができ、この場合
、それらはスイッチ・アーム224と同様である。あるいはメッキ用シード層3
36を含み、金メッキ層340を省くことができ、この場合、それらは可撓性ヒ
ンジ部材220と同様である。
化およびエッチングを行うことができるクロム層306から、基板300上にM
EMスイッチ、コンデンサ、および/またはインダクタンスと共に、抵抗器を形
成することができる。このために、図7Fに関連して、露出した銅層308はエ
ッチングされてクロム層306を露出させる。追加のフォトマスク・ステップを
実行して、イオン・ビーム・ミリングまたはケミカル・エッチングなどによって
、クロム層306に希望する抵抗器のパターンを画定する。これらの抵抗器は、
例えば、金メッキ導体セグメント間の利用可能な空き空間に形成することができ
る。代替的に、ベースのクロム層306をチタンまたはニクロム層に置き換え、
そこに抵抗器を形成することができる。さらに、抵抗器は、ベース層306を堆
積する前にセーメット抵抗材料を堆積することによって抵抗器を画定することも
でき、このサーメット抵抗器は、本書で上述した工程によって形成された金メッ
キ導体によって回路に接続される。これらの代替例はいずれも、図7Aないし7
Jに関連して説明した処理と一致し、必要なものはせいぜい追加のフォトマスク
・ステップだけである。
波数は、MEMスイッチを使用してその中の追加コンデンサおよび/またはイン
ダクタンスを切り替えることにより、または代替的に、例えばバラクタ・ダイオ
ードなどの小電圧可変キャパシタンスを使用する微同調回路によって、自動周波
数制御、ケーブルTVシステムの搬送波オフセットおよび類似物に適応するよう
に変更することができる。
よびその中に使用される発振器、信号処理装置、変調器および復調器、送信器お
よび受信器等々に適用することができる。
ある。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
面図である。
RF増幅器、24...同調回路、26...発振器、28...ミキサ、40...同調回
路、42...同調制御器、171...制御線、102...接地、132...RF伝送
線路、206...コンデンサ、220...ヒンジ、224...アーム、226...ア
ンカー、100...基板、440...増幅器、434...メモリ
Claims (10)
- 【請求項1】 チューナ(10)であって、前記チューナは: 電子回路用基板(100)と; 同調制御信号(VC)に応答する共振周波数を含む通過帯域を有する、前
記基板(100)上の同調可能な帯域パスフィルタ(20、24、30、34)
と; 周波数制御信号(VO)に応答して制御可能な周波数信号を生成する、前
記基板(100)上の同調可能な発振器(26、36)と; 前記通過帯域の信号を受け取るのに前記同調可能な帯域パスフィルタ(2
0、24、30、34)に結合され、前記制御可能な周波数信号を受け取るのに
前記同調可能な発振器(26、36)に結合された、前記基板(100)上のミ
キサ(28、38)と; 前記同調制御信号(VC)および前記周波数制御信号(VO)を生成する
同調制御器(42)と; を備え; 前記同調可能な帯域パスフィルタ(20、24、30、34)が共振回路
を含み、前記共振回路は: 前記基板(100)上の導電性結線(132)と; 前記基板(100)上の導電層(200、204)および誘電層(2
02)から形成される複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5)と; 前記同調制御信号(VC)に応答してそのスイッチ・アーム(A1、
A2、A3、A4、A5、224)の運動によって選択的に開閉される、前記基
板(100)上の材料の層(330、336)から形成される複数のスイッチ(
S1、S2、S3、S4、S5)であって、前記複数のスイッチ(S1、S2、
S3、S4、S5)の1つが前記複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、
C5)のそれぞれ1つを前記導電性結線(132)に選択的に結合する、複数の
スイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)と; を備え; それにより前記導電性結線(132)のキャパシタンスが前記同調制
御信号(VC)に応答して変化する、 チューナ(10)。 - 【請求項2】 前記同調可能な帯域パスフィルタ(20、24、30、34
)の共振回路が前記基板(100)上の導電層(330、336)から形成され
た複数のインダクタ(400、L1、L2、L3)をさらに備え、前記複数のス
イッチ(S1、S2、S3、S4、S5)の1つが前記複数のインダクタ(40
0、L1、L2、L3)のそれぞれ1つを前記導電性結線(132)に選択的に
結合し、それによって前記導電性結線(132)におけるインダクタンスおよび
キャパシタンスが前記同調制御信号(VC)に応答して変化する、請求項1記載
のチューナ(10)。 - 【請求項3】 前記同調可能な発振器(26、36)が、第2の共振回路を
含み、前記第2の共振回路は: 前記基板(100)上の第2の導電性結線(132)と; 前記基板(100)上の導電層(200、204)および誘電層(2
02)から形成される第2の複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5
)と; 前記周波数制御信号(VO)に応答してそのスイッチ・アーム(A1
、A2、A3、A4、A5、224)の運動によって選択的に開閉される、前記
基板(100)上の材料の層(330、336)から形成される第2の複数のス
イッチ(S1、S2、S3、S4、S5)であって、前記第2の複数のスイッチ
(S1、S2、S3、S4、S5)の1つが前記第2の複数のコンデンサ(C1
、C2、C3、C4、C5)のそれぞれ1つを前記第2の導電性結線(132)
に選択的に結合する、第2の複数のスイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)
と、 を備え; それにより前記第2の導電性結線(132)のキャパシタンスが前記
周波数制御信号(VO)に応答して変化する、 請求項1記載のチューナ(10)。 - 【請求項4】 前記チューナ(10)がVHFおよびUHFテレビジョン周
波数帯域の1つのテレビジョン信号の受信用であり、前記同調可能な帯域パスフ
ィルタ(20、24、30、34)の共振周波数がVHFおよびUHFテレビジ
ョン周波数帯域の前記1つにある、請求項1記載のチューナ(10)。 - 【請求項5】 前記同調制御信号(VC)に応答する前記共振周波数を含む
通過帯域を有する、前記基板(100)上の第2の同調可能な帯域パスフィルタ
(20、30)と; 前記第2の同調可能な帯域パスフィルタ(20、30)からの前記通過帯
域の信号を前記同調可能な帯域パスフィルタ(24、34)に結合する増幅器(
22、32)と; をさらに備え; 前記第2の同調可能な帯域パスフィルタ(20、30)が、第2の共振回
路を含み、前記第2の共振回路は: 前記基板(100)上の第2の導電性結線(132)と; 前記基板上(100)の導電層(200、204)および誘電層(2
02)から形成された第2の複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5
)と; 前記同調制御信号(VC)に応答してそのスイッチ・アーム(A1、
A2、A3、A4、A5、224)の運動によって選択的に開閉する、前記基板
(100)上の材料の層から形成された第2の複数のスイッチ(S1、S2、S
3、S4、S5)であって、前記第2の複数のスイッチ(S1、S2、S3、S
4、S5)の1つが前記第2の複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、C
5)のそれぞれ1つを前記第2の導電性結線(132)に選択的に結合する、第
2の複数のスイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)と; を備え; それにより前記第2の導電性結線(132)のキャパシタンスが前記
同調制御信号(VC)に応答して変化する、 請求項1記載のチューナ(10)。 - 【請求項6】 前記スイッチ・アーム(A1、A2、A3、A4、A5、2
24)が前記基板から間隔をおいて配置された堆積金属層(336)を備え、前
記スイッチ・アーム(A1、A2、A3、A4、A5、224)が前記基板(1
00)に固着された第1の端(226)および前記基板(100)に対して可動
な第2の端を有する、請求項1記載のチューナ(10)。 - 【請求項7】 前記同調制御信号(VC)が前記スイッチ・アーム(A1、
A2、A3、A4、A5、224)の下にある前記基板(100)上の制御導体
(171、172、173、174、175、228)に加えられ、前記制御導
体(171、172、173、174、175)が前記制御導体(171、17
2、173、174、175、228)と前記スイッチ・アーム(A1、A2、
A3、A4、A5、224)との間に誘電層(320)を含む、請求項1記載の
チューナ(10)。 - 【請求項8】 基板(100)上の回路に接続された複数のコンデンサ(C
1、C2、C3、C4、C5)および電気機械的スイッチ(S1、S2、S3、
S4、S5)のマトリックスを形成する方法であって、前記方法は: 前記基板の一部分に導電層(200)を堆積して複数のコンデンサ・プレ
ートを形成し、かつ複数のスイッチ接点(151、152、153、154、1
55)と、複数のスイッチ接点(151、152、153、154、155)の
それぞれ1つに対応付けられる複数の制御導体(171、172、173、17
4、175)とを形成するステップと; 前記複数のコンデンサ・プレートの各々の上に誘電層(202)を、各前
記誘電層(202)の上に別の導電層(204)を堆積して、前記基板(100
)上に前記複数のコンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5)を形成するステ
ップと; 前記複数のスイッチ接点(151、152、153、154、155)と
、該複数のスイッチ接点に関連付けられる前記複数の制御導体(171、172
、173、174、175)の少なくとも一部分との上に、複数の貫通穴を有し
前記穴の1つが各前記制御導体に近接している除去可能な層(334)を形成す
るステップと; 複数の導電領域(336)を形成する第2の導電層(336)を前記除去
可能な層(334)の上に堆積し、各導電領域(336)が前記制御導体(17
1、172、173、174、175)のそれぞれ1つ、前記スイッチ接点(1
51、152、153、154、155)のそれぞれ1つの上にあり、前記穴の
それぞれ1つを介して前記基板(100)に取り付けられて前記複数のスイッチ
接点(151、152、153、154、155)の1つに対応付けられるそれ
ぞれのスイッチ・アーム(A1、A2、A3、A4、A5、220)を形成する
ステップと; 前記除去可能な層(334)を除去して、前記基板(100)から間隔を
おいて配置され一端(226)をそれに取り付けられかつ他端でそれに対応付け
られるそれぞれのスイッチ接点(151、152、153、154、155)か
ら間隔をおいて配置された前記複数のスイッチ・アーム(A1、A2、A3、A
4、A5)を残すことによって、前記基板(100)上に、前記複数の電気機械
的スイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)を形成するステップと; 前記コンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5)の1つ、前記スイッチ
・アーム(A1、A2、A3、A4、A5)の1つ、および前記スイッチ接点(
151、152、153、154、155)の1つの間に複数の導電性結線(3
40)を堆積して、前記コンデンサ(C1、C2、C3、C4、C5)の1つと
前記基板上の回路の電気機械的スイッチ(S1、S2、S3、S4、S5)とを
接続するステップと、 を備える方法。 - 【請求項9】 前記除去可能な層(334)を形成する前に、前記制御導体
(171、172、173、174、175)の一部分の上に誘電層(320)
を堆積するステップをさらに備える、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記導電層(200)を堆積するステップが、前記基板上
に中にギャップを有する少なくとも1つのスパイラル・インダクタ(400)導
体(410)をさらに形成し; 前記除去可能な層(324)を形成するステップが、前記スパイラル・イ
ンダクタ導体(410)のギャップ上にそのような層(334)を形成するステ
ップをさらに含み; 前記第2の導電層(336)を堆積するステップが、前記スパイラル・イ
ンダクタ導体(410)のギャップの上に導電性領域(336)を形成して、そ
の上にブリッジ導体(414、416)を形成するステップをさらに含み; 前記除去可能な層(334)を除去するステップが、前記スパイラル・イ
ンダクタ導体(410)のギャップ上に、前記基板(100)から間隔をおいて
配置された前記ブリッジ導体(414、416)を残す、 請求項8記載の方法。
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