JP2005159563A - 弾性表面波フィルタ及びそれを用いた無線装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 弾性表面波フィルタの入力側IDTと出力側IDTとの間に浮遊容量を小さく抑え、平衡動作信号間の対称性を改善する。
【解決手段】 圧電基板100と、該圧電基板上であってかつ弾性表面波の伝搬方向に隣接する入力用インタディジタルトランスデューサ(IDT)(4;5、6)及び出力用IDT(5、6;4)とを有し、入力用IDTと出力用IDTとの少なくとも一方が平衡動作する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタであって、入力IDTと出力IDTとの間及び/又はこれらに接続される配線(4c、15)間にシールド電極(12)を設けた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、圧電体を用いた弾性表面波フィルタに関し、より詳細には、圧電基板上に複数のインタディジタルトランスデューサ(IDT)を有する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタ及びそれを用いた無線装置に関する。
弾性表面波フィルタは、携帯電話等に代表される無線装置の高周波回路においてフィルタとして広く用いられている。近年、この無線装置の高周波回路において、平衡動作型の入出力をもつ集積回路素子(IC)が使われてきている。これに呼応して、弾性表面波フィルタについても入力又は出力が平衡動作することが要求されるようになってきた。従来、平衡動作の実現する一例として、特許文献1に記載されているように、入力側または出力側IDTの対向する電極をそれぞれ入力または出力端子として使用する方法があった。また、別の例として、特許文献2に記載されているように、入力側または出力側の平衡動作させる側のIDTを2組に分け、一方の組のIDTを位相が他方の組のIDTと180°異なる様に設けることによっても、平衡動作を実現できた。
特開平6−204781号公報 特開平11−97966号公報
しかしながら、特許文献1及び2に記載の従来技術は、入力側IDTと出力側IDTとの間に浮遊容量が形成され、平衡動作信号間の対称性が悪く、弾性表面波フィルタが搭載された無線装置などの電子装置が誤動作するという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決し、弾性表面波フィルタの入力側IDTと出力側IDTとの間の浮遊容量を小さく抑え、平衡動作信号間の対称性を改善することを目的とする。
本発明は、圧電基板と、該圧電基板上であってかつ弾性表面波の伝搬方向に隣接する入力用インタディジタルトランスデューサ(IDT)及び出力用IDTとを有し、前記入力用IDTと前記出力用IDTとの少なくとも一方が平衡動作する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタであって、前記入力IDTと前記出力IDTとの間及び/又はこれらに接続される配線間にシールド電極を設けた弾性表面波フィルタである。シールド電極は、入力IDTと出力IDTとの間の浮遊容量を小さくするように作用する。これにより、良好な平衡動作の対称性を実現することができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力IDTのバスバーと前記出力IDTのバスバーとの間に設ける構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、前記入力IDTに接続される入力配線と前記出力IDTに接続される出力配線との間に設けられた構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力IDTの電極指と前記出力IDTの電極指との間に設けられた電極指を有する構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、隣接する前記入力IDTの電極指と前記出力IDTの電極指との間に設けられた複数の電極指を有し、当該複数の電極指は互いに接続されている構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、前記圧電基板上で前記入力IDTと前記出力IDTとに接続されていない構成とすることができる。
上記弾性表面波フィルタにおいて、前記シールド電極は、前記入力IDTと前記出力IDTのいずれかに接続されるグランド電位とは少なくとも前記圧電基板上で異なるアース電位に接続されている構成とすることができる。また、前記圧電基板を搭載する外囲器においても一部または全部で前記グランド電位とは異なる前記アース電位に接続されている構成とすることもできる。
また、本発明は上記弾性表面波フィルタを備えたフィルタ装置を含む。
弾性表面波フィルタの入力側IDTと出力側IDTとの間に浮遊容量を小さく抑え、平衡動作信号間の対称性を改善することができ、この弾性表面波フィルタを備えた無線装置のノイズを低減することができる。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る縦結合多重モード型弾性表面波フィルタの平面図である。本実施例の特徴の一つはシールド電極12にあるが、これを詳述する前に、実施例1の基本構成について説明する。
この弾性表面波フィルタでは、リチウムタンタレートやリチウムナイオベートなどの圧電基板100上に、3つのIDT4、5、6が弾性表面波の伝搬方向に隣接して配置されている。この配置は模式的に図示されたもので、実際には、IDT4〜6は圧電基板100のエッジから所定距離をおいて配置されている。図1では、中央のIDT4の両側にそれぞれIDT5と6が配置されている。各IDT4、5、6はそれぞれ一対のくし型電極で構成されている。各くし型電極は、バスバーとこれから延びる電極指とを有する。バスバーは、電極指を共通に接続する配線部である。例えば、IDT4の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー4a、4bとこれらから延びる電極指とを有する。バスバー4aから延びる電極指と、バスバー4bから延びる電極指とは交互に配置され、隣接する電極指の交差部分が弾性表面波の励振に寄与する。同様に、IDT5の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー5a、5bとこれらから延びる電極指とを有し、IDT6の一対のくし型電極はそれぞれ、バスバー6a、6bとこれらから延びる電極指とを有する。IDT5のバスバー5aとIDT6のバスバー6aとは信号配線15に接続され、他方のバスバー5bと6bはそれぞれグランド8に接続されている。これに対し、IDT4のバスバー4a、4bはそれぞれ平衡信号端子2a、2bに接続されている。この平衡信号端子2a、2bに現れる信号は平衡信号、つまり位相差が180°異なる信号である。弾性表面波の伝搬方向に沿って、反射器3がIDT5に隣接して設けられ、反射器7がIDT6に隣接して設けられている。
更に、IDT10と、その両側に反射器9、11が設けられている。IDT10は一対のくし型電極で形成され、一方のくし型電極は信号端子1に接続され、他方の信号端子は配線15に接続されている。信号配線15は、IDT10とIDT5、6とを接続する。信号端子1は例えば入力端子であり、平衡信号端子2a、2bは出力端子である。逆に、平衡信号端子2a、2bが入力端子で、信号端子1が出力端子であってもよい。
次に、シールド電極12について説明する。シールド電極12は、バスバー4aと平衡信号端子2aとこれらを結ぶ配線4cと、配線15との間に介在するとともに、両先端はそれぞれバスバー4aと5aとの間、及びバスバー4aと6aとの間に位置している。そして、シールド電極12はアース電位13に接続されている。信号端子1を入力端子とすれば、シールド電極12は入力IDT5、6と出力IDT4との間、及びこれらに接続される配線4cと15との間に設けられている。シールド電極12は、入出力間の浮遊容量の影響を小さくするように作用する。
浮遊容量の例を図2に示す。図2は、図1の構成から、シールド電極12とアース電位13とを取り除いた構成を示す。以下、この構成を比較例という。図2に示すように、近接するバスバー4aと5aとの間、及び近接するバスバー4aと6aとの間に、浮遊容量Cが形成されている。信号端子1に入力電圧が与えられると、信号配線15を通りIDT5と6が励振される。このとき、一部の電流(もれ電流)がバスバー5a、6aから浮遊容量Cを通り、バスバー4aに流れる。この電流により、平衡信号端子2a、2bを介して出力される平衡動作の対称性が劣化する。浮遊容量は上記以外にも存在する。例えば、上記浮遊容量Cよりも小さい浮遊容量が、信号配線15とバスバー4aとの間、信号配線15と配線4cとの間、信号配線15と平衡信号端子2aとの間にも存在する。また、バスバー5aから延びる電極指とバスバー6aから延びる電極指との間にも、比較的小さいながらも存在する。
図1に示すシールド電極12は、上記浮遊容量C、並びに信号配線15とバスバー4aとの間、信号配線15と配線4cとの間、及び信号配線15と平衡信号端子2aとの間に形成されている浮遊容量の影響を小さくするように作用する。例えば、バスバー5a、6aから漏れる電流は、バスバー4aと5aとの間及びバスバー4aと6aとの間に設けたシールド電極12の先端部に流れ込み、シールド電極12を通ってアース電位13に流れ出る。このため、バスバー5a、6aからの上記漏れ電流はIDT4のバスバー4aに流れることはない。よって、平衡信号端子2a、2bで得られる平衡動作の対称性を改善することができる。また、同様に、信号配線15とバスバー4aとの間、信号配線15と配線4cとの間、信号配線15と平衡信号端子2aとの間の漏れ電流もシールド電極12に流れ込む。
図3及び図4を参照して、比較例よりも実施例1の方が優れた平衡動作の対称性を有していることを説明する。平衡動作の対称性の良否は、振幅の対称性と位相の対称性を検証することで判定することができる。図3は実施例1と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図、図4は実施例1と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。図3及び図4の横軸は周波数(MHz)、図3の縦軸は振幅対称性(dB)、図4の縦軸は位相対称性(度)を示す。各縦軸において、0.0の位置が完全な対称性を示す。図3及び図4から、実施例1の振幅対称性及び位相対称性はいずれも、大幅に改善されていることがわかる。
シールド電極12は、アース電位13に接続されている。アース電位13は、IDT5、6が接続されるグランド電位8には接続されていない。つまり、シールド電極12に接続される電位(アース電位)は、IDT5、6のグランド電位とは別系統である。つまり、圧電基板100上には、シールド電極12とIDT4とを接続する配線は存在せず、またシールド電極12とIDT5、6とを接続する配線も存在しない。この構成により、シールド電極12とIDT5、6とは完全に独立した系統となり、平衡動作の対称性をより一層改善することができる。なお、グランド電位8及びアース電位13とも、弾性表面波フィルタの外部から供給される。例えば、圧電基板100が搭載されるパッケージに取り付けられた外部接続端子を介してグランド電位8が供給され、別の外部接続端子を介してアース電位13が供給される。外部接続端子とシールド電極12との間は、例えばボンディングワイヤで接続される。この場合には、図5に示すように、シールド電極12に接続されるパッド12aを圧電基板100上に設けることが好ましい。また、図6に示すように、シールド電極12を12Aと12Bに2分割し、それぞれにパッド12a、12bを設けてもよい。アース電位13は、電気的にゼロボルトが好ましいが、必ずしもゼロボルトでなくてもよい。
図1に示すように、シールド電極12の先端部が、隣接するバスバー4aと5aとの間、及びバスバー4aと6aとの間に介在することが好ましいが、簡略化して、配線4c及び平衡端子2aと、配線15との間に配置するだけでも平衡動作の対称性を向上させることができる。
なお、IDT10とその両側の反射器9、10は省略してもよい。この場合、配線15は信号端子1に直結される。
図7は、本発明の実施例2に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。図中、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。本実施例のシールド電極12は、アース電位13に接続された2つのくし型シールド電極14を含む。一方のくし型シールド電極14は、IDT4とIDT5との間に配置され、他方のくし型シールド電極14はIDT4とIDT6との間に配置されている。くし型シールド電極14の電極指の長さは、IDT4〜6の長さ(弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向)に略等しく、IDT4とIDT5とは直接対向する部分はなく、同様にIDT4とIDT6とが直接対向する部分はない。図7の例では、くし型シールド電極14は左右にそれぞれ2本ずつ電極指を有しているが、電極指は1本でもよく、また3本以上でもよい。また、くし型シールド電極14は、図7に示すものよりも長くてもよい。
図8は実施例2と図2に示す比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図、図9は実施例2と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。図8及び図9の横軸は周波数(MHz)、図8の縦軸は振幅対称性(dB)、図9の縦軸は位相対称性(度)を示す。各縦軸において、0.0の位置が完全な対称性を示す。図8及び図9から、実施例2の振幅対称性及び位相対称性はいずれも、大幅に改善されていることがわかる。
なお、図5や図6に示すパッド12a、12bを図7に適用することができることは勿論である。この場合の構成を図10及び図11に示す。
図12は、本発明の実施例3に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例3は、2つのフィルタ30、130を並列に接続し、フィルタ30の端子2aとフィルタ130の端子2bの間で平衡動作が行われる構成である。フィルタ30は図1に示す対応部分と同一構成であり、シールド電極12を含む。フィルタ130はフィルタ30と逆位相で動作するように、電極指パターンがフィルタ30とは異なっている。具体的には、フィルタ30のIDT4とフィルタ130のIDT4の電極パターンが異なっている。フィルタ130にも、図示するようにシールド電極12が設けられている。フィルタ130の電極指パターンに起因して、バスバー4aと5aとの間は、フィルタ30の対応部分に比べ大きい。よって、フィルタ130のシールド電極12の先端部12eは幅広に形成されている。本実施例でも、シールド電極12の作用により、優れた平衡動作の対称性が得られる。
図12に示されている2つのアース電位13は、グランド電位8とは別系統である。また、2つのアース電位13を圧電基板100が搭載されるパッケージ上で共通化して、1つのアース電位用外部接続端子に接続することもできる。
図13は、本発明の実施例4に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例4は、実施例3の構成に、シールド電極12Aを追加したものである。各フィルタ30、130にそれぞれ設けられたシールド電極12Aはシールド電極12と反対側に設けられ、IDT4とIDT5、IDT4とIDT6との間をシールドする。シールド電極12Aは、アース電位13Aに接続されている。このように、IDT4〜6の一列配置の両側にそれぞれシールド電極12、12Aを設けることで、平衡動作の対称性を一層向上させることができる。2つのシールド電極12Aに接続されているアース電位13Aは図中別々に配線されているが、圧電基板100上で接続された上アース電位に配線されていてもよい。
なお、図1や図5、図6においても図13と同様に、IDT4〜6の一列配置の両側にそれぞれシールド電極12、12Aを設けることもできる。
図14は、本発明の実施例5に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例5は、図12に示す2つのシールド電極12にそれぞれ、図7に示すくし型電極と同様のくし型電極を設けた構成である。
図15は、本発明の実施例6に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例6は、図13に示す4つのシールド電極12にそれぞれ、図7に示すくし型電極と同様のくし型電極を設けた構成である。シールド電極12の隣り合う電極指はすべて共通に接続されている。このため、フィルタ30のシールド電極12、12Aは、IDT4を取り囲むようにループ状に形成されている。同様に、フィルタ130のシールド電極12、12Aは、IDT4を取り囲むようにループ状に形成されている。なお、シールド電極12Aに接続されているアース電位13Aは図中別々に配線されているが、圧電基板100上で接続された上アース電位に配線されていてもよい。
図16は、本発明の実施例7に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。このフィルタは、2つのフィルタ40、140を有する。信号端子1を入力端子とした場合、フィルタ40は平衡信号をフィルタ140に出力し、フィルタ140は平衡信号端子2a、2bを介して平衡信号を出力する。フィルタ140のIDT4は、一方のバスバーを共通にする2つのIDTを、弾性表面波の伝搬方向に隣接して配置した構成である。シールド電極12はフィルタ40とフィルタ140とに共通に設けられている。このシールド電極12の先端部は、図1と同様に、隣り合うバスバー間に介在するように設けられている。シールド電極12は、グランド電位8とは別系統のアース電位に接続されている。
図17は、本発明の実施例8に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例8は、図16に示す実施例7のシールド電極12に、図7に示すくし型電極と同様のくし型電極を含めた構成である。
図18は、本発明の実施例9に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例9は、図16に示す実施例7の変形例に相当する。実施例9は、実施例7のIDT4とは異なる電極パターンのIDT4を有する。実施例9のIDT4は、一対のくし型電極から構成されており、それぞれに平衡信号端子2a、2bが接続されている。シールド電極12の構成は図7と同様である。
図19は、本発明の実施例10に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。実施例10は、図18に示す実施例7のシールド電極12に、図7に示すくし型電極と同様のくし型電極を含めた構成である。
以上、本発明の実施例1〜実施例10を説明した。これらの実施例において、シールド電極12はIDT4〜6等と同じ材料(例えば、アルミニウムやアルミニウムと銅との合金)で、かつ同時に形成可能である。また、実施例を適宜組み合わせることができる。例えば、図5や図6に示すように、圧電基板100上にアース電位用のパッドを設ける構成を実施例5〜実施例10に適用することができる。更に、他の様々なIDT構成に対しても同様に、入力IDTと出力IDTとの間及び/又はこれらに接続される配線間にシールド電極シールド電極を設けることができる。
図20は、本発明の実施例11に係る無線装置の構成を示すブロック図である。この無線装置に、本発明の弾性表面波フィルタが用いられている。図20は、無線装置の送受信系を示している。無線装置が携帯電話などの場合には、図20に示す送受信系は音声処理系などに接続される。
無線装置は、RF(高周波)部170、変調器171及びIF(中間周波数)部172を有する。RF部はアンテナ173、分波器174、ローノイズアンプ183、段間フィルタ184、ミキサ(乗算器)175、局部発振器176、段間フィルタ177、ミキサ(乗算器)178、段間フィルタ179及びパワーアンプ180を有する。音声処理系からの音声信号は変調器171で変調され、RF部170のミキサ178で局部発振器176の発振信号を用いて周波数変換(混合)される。ミキサ178の出力は段間フィルタ179及びパワーアンプ180を通り、分波器174に与えられる。分波器174は、送信フィルタ174と受信フィルタ174と、図示を省略してある整合回路とを有し、本発明の弾性表面波を有した分波器である。パワーアンプ180からの送信信号は、分波器174を通りアンテナ173に供給される。
アンテナ173からの受信信号は分波器174の受信フィルタ174を通り、ローノイズアンプ183、段間フィルタ184を経て、ミキサ175に与えられる。ミキサ175は、局部発振器176の発振周波数を段間フィルタ177を介して受け取り、受信信号の周波数を変換して、IF部172に出力する。IF部172は、この信号をIFフィルタ181を介して受け取り、復調器182で復調して図示しない音声処理系に復調した音声信号を出力する。
本発明の弾性表面波フィルタは、上記分波器174(送信フィルタ174と受信フィルタ174)、段間フィルタ177、179、184などを構成する。
本発明は上記実施例1〜実施例11に限定されるものではなく、他の実施例や変形例を含むものである。
本発明の弾性表面波フィルタは、平衡動作型の入出力を持つ集積回路素子(IC)が使われる無線装置の高周波回路にいて、ノイズによる誤動作などを軽減することができる。
本発明の実施例1に係る弾性表面波フィルタの平面図である。 浮遊容量を説明するための比較例である。 実施例1と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図である。 実施例1と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。 実施例1において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた構成例を示す図である。 実施例1において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた別の構成例を示す図である。 本発明の実施例2に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 実施例2と比較例との平衡出力の振幅対称性を示す図である。 実施例2と比較例との平衡出力の位相対称性を示す図である。 実施例2において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた構成例を示す図である。 実施例2において、圧電基板上にアース電位用のパッドを設けた別の構成例を示す図である。 本発明の実施例3に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例4に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例5に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例6に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例7に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例8に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例9に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例10に係る弾性表面波フィルタを示す平面図である。 本発明の実施例11に係る無線装置を示すブロック図である。
符号の説明
1 信号端子
2a、2b 平衡信号端子
3、7、9、11 反射器
4、5、6、10、30、130、40、140 IDT
4a、4b、5a、5b、6a、6b バスバー
4c 信号配線
8 グランド電位
12 シールド電極
12a、12b パッド
12e 先端部
13、13A アース電位
14 くし型シールド電極

Claims (9)

  1. 圧電基板と、該圧電基板上であってかつ弾性表面波の伝搬方向に隣接する入力用インタディジタルトランスデューサ(IDT)及び出力用IDTとを有し、前記入力用IDTと前記出力用IDTとの少なくとも一方が平衡動作する縦結合多重モード型の弾性表面波フィルタであって、
    前記入力IDTと前記出力IDTとの間及び/又はこれらに接続される配線間にシールド電極を設けたことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
  2. 前記シールド電極は、隣接する前記入力IDTのバスバーと前記出力IDTのバスバーとの間に設けられていることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波フィルタ。
  3. 前記シールド電極は、前記入力IDTに接続される入力配線と前記出力IDTに接続される出力配線との間に設けられていることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波フィルタ。
  4. 前記シールド電極は、対向する前記入力IDTの電極指と前記出力IDTの電極指との間に設けられた電極指を有することを特徴とする請求項1記載の弾性表面波フィルタ。
  5. 前記シールド電極は、対向する前記入力IDTの電極指と前記出力IDTの電極指との間に設けられた複数の電極指を有し、当該複数の電極指は互いに接続されていることを特徴とする請求項1記載の弾性表面波フィルタ。
  6. 前記シールド電極は、前記圧電基板上で前記入力IDTと前記出力IDTとに接続されていないことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ。
  7. 前記シールド電極は、前記入力IDTと前記出力IDTのいずれかに接続されるグランド電位とは異なる電位に接続されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ。
  8. 前記シールド電極は、前記入力IDTと前記出力IDTのいずれかに接続されるグランド電位とは前記圧電基板上で接続されていないアース電位に接続されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタ。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の弾性表面波フィルタを用いた無線装置。
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