JP2010206375A - Branching filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信機器において用いられ送信フィルタおよび受信フィルタを備える分波器に関する。 The present invention relates to a duplexer that is used in a communication device and includes a transmission filter and a reception filter.
近年、移動体通信機器において、小型化の要求や高機能化に伴う高周波化が進んでいる。このような背景から高周波通信用のフィルタにおいて、従来の誘電体フィルタやセラミックフィルタに比べて外形サイズを小さくすることができると共に、急峻なロールオフ特性や更なる高周波化にも適していることから、薄膜圧電共振器(FBAR)を用いたフィルタすなわちFBARフィルタの利用が検討されている。 In recent years, in mobile communication devices, the demand for miniaturization and higher frequencies associated with higher functionality have been increasing. From this background, high-frequency communication filters can be made smaller in size than conventional dielectric filters and ceramic filters, and are also suitable for steep roll-off characteristics and higher frequencies. The use of a filter using a thin film piezoelectric resonator (FBAR), that is, an FBAR filter has been studied.
FBARフィルタは、ラダー型フィルタとして構成することにより、FBARフィルタの段数やFBARの容量を変化させ、また、並列共振器とグランドとの間にインダクタを設置するなどして、FBARフィルタの挿入損失や減衰特性を容易に変化させることができる。 By configuring the FBAR filter as a ladder filter, the number of stages of the FBAR filter and the capacitance of the FBAR are changed, and an inductor is installed between the parallel resonator and the ground, so that the insertion loss of the FBAR filter can be reduced. The attenuation characteristic can be easily changed.
このFBARフィルタを用いた応用部品として、送受信信号を周波数によって分けることのできる分波器がある。 As an application part using this FBAR filter, there is a duplexer that can separate transmission and reception signals according to frequency.
例えば、特許文献1には、アンテナ端子側に並列に接続されたキャパシタと直列に接続されたインダクタとを備え、FBARを用いた分波器が開示されている。また、特許文献2には、アンテナ端子とフィルタとの間に接続され、並列に接続されたキャパシタとインダクタによる並列共振回路を備え、FBARを用いた分波器が開示されている。
For example,
高周波無線通信機器におけるFBARを用いた分波器においては、2次ひずみおよび/又は3次ひずみが発生するという課題が存在する。2次ひずみおよび3次ひずみは、共振器の構造や材料の非線形性により発生するもので、送信フィルタの通過帯域周波数を通過した送信信号にそれぞれ2倍波および3倍波の信号が発生してしまうことにより、送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性を著しく悪化させてしまうことになる。 In a duplexer using FBAR in a high-frequency wireless communication device, there is a problem that second-order distortion and / or third-order distortion occurs. Second-order distortion and third-order distortion are generated by the nonlinearity of the resonator structure and material, and second and third harmonic signals are generated in the transmission signal that has passed through the passband frequency of the transmission filter, respectively. As a result, the attenuation characteristics of the second harmonic frequency and the third harmonic frequency of the transmission signal are remarkably deteriorated.
特許文献1には、分波器における2次ひずみおよび3次ひずみに関する記載は無く、もちろん送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性を向上させるという技術的課題に関する示唆もない。また、特許文献2には、分波器において、キャパシタとインダクタとによる並列共振器により送信信号の2倍波周波数又は3倍波周波数の減衰特性を向上し、高次ひずみを減少することが記載されているが、ここに記載されている回路構成の場合、送信信号の2倍波周波数付近に並列共振回路の共振点を設けたのでは送信信号の3倍波周波数付近の減衰特性はほとんど向上しないため、3次ひずみによる3倍波の発生を抑制することはできない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、送信信号におけるFBARの2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することが可能な分波器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a duplexer capable of suppressing the generation of both the second harmonic and the third harmonic due to the second-order distortion and third-order distortion of the FBAR in a transmission signal. The purpose is to do.
本発明によれば、
第1薄膜圧電共振器フィルタおよび該第1薄膜圧電共振器フィルタより高い周波数の通過帯域を有する第2薄膜圧電共振器フィルタを備え、前記第1薄膜圧電共振器フィルタの一方の端子と前記第2薄膜圧電共振器フィルタの一方の端子との接続部をアンテナ端子と接続してなる分波器であって、
前記分波器は、更に、前記接続部とグランドとの間に介在する共振回路を備えており、
該共振回路は、直列共振を発生し、その直列共振周波数をFr1とし且つ前記第1薄膜圧電共振器フィルタの通過帯域の中心周波数をFf1としたとき、前記Fr1が前記Ff1の2倍乃至3倍の範囲内となるように設定されていることを特徴とする分波器、
が提供される。
According to the present invention,
A first thin film piezoelectric resonator filter; and a second thin film piezoelectric resonator filter having a higher pass band than the first thin film piezoelectric resonator filter, and one terminal of the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter. A duplexer formed by connecting a connection portion with one terminal of a thin film piezoelectric resonator filter to an antenna terminal,
The duplexer further includes a resonance circuit interposed between the connection portion and the ground,
The resonance circuit generates series resonance, and when the series resonance frequency is Fr1 and the center frequency of the pass band of the first thin film piezoelectric resonator filter is Ff1, the Fr1 is 2 to 3 times the Ff1. A duplexer characterized in that it is set to be within the range of
Is provided.
本発明によれば、共振回路の共振による送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰と、共振回路のキャパシタンスに基づく周波数特性に伴う高周波減衰による送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰とによって、送信信号におけるFBARの2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制した分波器を実現できる。 According to the present invention, the second harmonic frequency and the third harmonic frequency of the transmission signal are attenuated due to resonance of the resonant circuit, and the second harmonic frequency and the third harmonic of the transmission signal are caused by high frequency attenuation due to frequency characteristics based on the capacitance of the resonant circuit. By the attenuation of the wave frequency, it is possible to realize a duplexer in which generation of both the second harmonic and the third harmonic due to the second-order distortion and third-order distortion of the FBAR in the transmission signal is suppressed.
上記構成において、前記共振回路は、例えば、第1インダクタと第1キャパシタとを直列に接続したものからなる。 In the above-described configuration, the resonance circuit includes, for example, a first inductor and a first capacitor connected in series.
また、上記構成において、前記共振回路は、例えば、チップキャパシタからなる。これによれば、チップキャパシタの自己共振を利用して共振回路を構成するため、小型の分波器を実現できる。 In the above configuration, the resonance circuit is formed of, for example, a chip capacitor. According to this, since the resonant circuit is configured using the self-resonance of the chip capacitor, a small duplexer can be realized.
上記構成において、好ましくは、前記分波器は、更に、前記接続部と前記共振回路との間に介在する第2インダクタを有する。これによれば、優れた通過特性の分波器を実現できる。 In the above configuration, preferably, the duplexer further includes a second inductor interposed between the connection portion and the resonance circuit. According to this, a duplexer having excellent pass characteristics can be realized.
上記構成において、好ましくは、前記第1薄膜圧電共振器フィルタおよび第2薄膜圧電共振器フィルタの少なくとも一方はラダー型フィルタであり、該ラダー型フィルタは並列共振器とグランドとの間に介在する第3インダクタを備える。これによれば、小型かつ減衰特性に優れた分波器を実現できる。 In the above configuration, preferably, at least one of the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter is a ladder type filter, and the ladder type filter is interposed between the parallel resonator and the ground. 3 inductors are provided. According to this, a small duplexer having excellent attenuation characteristics can be realized.
上記構成において、好ましくは、前記第1薄膜圧電共振器フィルタおよび第2薄膜圧電共振器フィルタの前記一方の端子はそれぞれそれらの直列共振器と直接的に接続されている。これによれば、小型の分波器を実現できる。 In the above configuration, preferably, the one terminal of each of the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter is directly connected to the series resonator. According to this, a small duplexer can be realized.
上記構成において、好ましくは、前記第1薄膜圧電共振器フィルタおよび第2薄膜圧電共振器フィルタは多層基板に実装されている。また、該多層基板には、前記共振回路の第1インダクタおよび第1キャパシタ、前記第2インダクタ、並びに前記第3インダクタのうちの少なくとも1つを内蔵させることができる。これによれば、小型の分波器を実現できる。 In the above configuration, preferably, the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter are mounted on a multilayer substrate. The multilayer substrate may include at least one of the first inductor and the first capacitor, the second inductor, and the third inductor of the resonance circuit. According to this, a small duplexer can be realized.
上記構成において、好ましくは、前記第1薄膜圧電共振器フィルタおよび第2薄膜圧電共振器フィルタはフリップチップ実装方式により前記多層基板に実装されている。これによれば、小型の分波器を実現できる。 In the above configuration, preferably, the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter are mounted on the multilayer substrate by a flip chip mounting method. According to this, a small duplexer can be realized.
本発明によれば、送信信号におけるFBARの2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することができ、送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性の悪化を抑制した分波器を提供することができる。 According to the present invention, generation of both the second harmonic and the third harmonic due to the second-order distortion and third-order distortion of the FBAR in the transmission signal can be suppressed, and the second harmonic frequency and the third harmonic frequency of the transmission signal can be suppressed. It is possible to provide a duplexer that suppresses deterioration of attenuation characteristics.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の分波器の一実施形態を示す回路図である。本実施形態の分波器1は、第1薄膜圧電共振器フィルタ(第1FBARフィルタ)2および該第1FBARフィルタより高い周波数の通過帯域を有する第2薄膜圧電共振器フィルタ(第2FBARフィルタ)3を備える。第1FBARフィルタ2の一方の端子と第2FBARフィルタ3の一方の端子との接続部がアンテナ端子ANTと接続されている。第1FBARフィルタ2の他方の端子は送信機接続端子TXとされ、第2FBARフィルタ3の他方の端子は受信機接続端子RXとされている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the duplexer of the present invention. The
アンテナ端子ANTに接続される第1FBARフィルタ2の端子と第2FBARフィルタ3の端子との接続部と、グランドとの間には、共振回路4が介在している。共振回路4は、直列共振を発生するものであり、例えば、第1インダクタ7と第1キャパシタ8とを直列に接続したものからなる。このような共振回路4は、自己共振周波数を有するチップキャパシタ6を用いることでも、実現することができる。すなわち、チップキャパシタ6は、図2に示すとおり、キャパシタンス成分8(第1キャパシタ8に相当)に加えて、キャパシタ電極によるインダクタンス成分7(第1インダクタ7に相当)を有する。これらのキャパシタンスとインダクタンスとは直列接続となることから、チップキャパシタ6は直列共振による共振回路4として機能する。すなわち、自己共振はチップキャパシタ6内のインダクタンス成分7とキャパシタンス成分8とによる直列共振のことである。尚、以下の説明においては、チップキャパシタ6内のインダクタンス成分7およびキャパシタンス成分8を、それぞれ第1インダクタ7および第1キャパシタ8ということがある。
A
更に、前記のアンテナ端子ANTに接続される第1FBARフィルタ2の端子と第2FBARフィルタ3の端子との接続部と、共振回路4との間には第2インダクタ5が介在している。アンテナ端子ANTは、第2インダクタ5を介して第1FBARフィルタ2の端子と第2FBARフィルタ3の端子との接続部に接続されている。
Further, a
第1FBARフィルタ2は、ラダー型フィルタであり、直列に接続された3個の直列共振器S11,S12,S13と3個の並列共振器P11,P12,P13とを含んでいる。第1FBARフィルタ2は、更に、第1並列共振器P11,P12,P13とグランドとの間にそれぞれ接続された3個の第3インダクタL11,L12,L13を有する。第1FBARフィルタ2のアンテナ端子側の端子(前記接続部側の端子)は直列共振器S11と直接的に接続されている。該直列共振器S11は、第1FBARフィルタ2の他の直列共振器S12,S13よりも小さな容量で構成されるのが好ましい。
The
同様に、第2FBARフィルタ3は、ラダー型フィルタであり、直列に接続された3個の直列共振器S21,S22,S23と3個の並列共振器P21,P22,P23とを含んでいる。第2FBARフィルタ3は、更に、第2並列共振器P21,P22,P23とグランドとの間にそれぞれ接続された3個の第3インダクタL21,L22,L23を有する。第2FBARフィルタ3のアンテナ端子側の端子(前記接続部側の端子)は直列共振器S21と直接的に接続されている。該直列共振器S21は、第2FBARフィルタ3の他の直列共振器S22,S23よりも小さな容量で構成されるのが好ましい。
Similarly, the
共振回路4は、その直列共振周波数をFr1とし且つ第1FBARフィルタ2の通過帯域の中心周波数をFf1としたとき、Fr1がFf1の2倍乃至3倍の範囲内となるように設定されている。これにより、送信信号におけるFBARの2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することが可能となる。
The
以下、分波器1の作用とくに共振回路4の機能に基づく送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性の悪化抑制の作用につき、具体的に説明する。
Hereinafter, the operation of the
第1FBARフィルタ2の直列共振器および並列共振器の容量は、例えば、S11が1.8pF、S12が2.0pF、S13が2.2pF、P11が1.7pF、P12が1.7pF、P13が1.7pFである。第2FBARフィルタ3の直列共振器および並列共振器の容量は、S21が1.0pF、S22が1.7pF、S23が1.7pF、P21が1.8pF、P22が2.5pF、P23が1.8pFである。
The capacitances of the series resonator and the parallel resonator of the
本実施形態では、共振回路4の一方端がグランドに接続された構成とすることにより、周波数が高くなるにつれて第1キャパシタ8のインピーダンスZが低下し、電流がグランドに流れやすくなっていくため、高周波数になるほど減衰が大きくなり、送信信号の2倍波周波数および3倍波周波数の減衰が向上し、送信信号におけるFBARの2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することができる。
In the present embodiment, since one end of the
本実施形態は、W−CDMA(Wide Band Code Division Multiple Access)のBandI帯の分波器である。第1FBARフィルタ2は送信用フィルタであり、送信信号となる通過帯域の周波数は1920から1980MHzであり、通過帯域の中心周波数Ff1は1950MHzである。第2FBARフィルタ3は受信用フィルタであり、通過帯域の周波数は2110から2170MHzである。すなわち、送信信号の通過帯域中心周波数Ff1の2倍波から3倍波の周波数範囲は、2×(Ff1)乃至3×(Ff1)となり、具体的には3900MHz乃至5850MHzとなる。チップキャパシタ6のキャパシタンス成分または第1キャパシタ8の容量値は、例えば2.2pFである。従って、2×(Ff1)乃至3×(Ff1)に自己共振周波数を持つためには、チップキャパシタ6のインダクタンス成分または第1インダクタ7のインダクタンス値L(=1/(ω2×C))は0.34乃至0.76nHに設定されていればよい(ω=2πf=2π×[2(Ff1)〜3(Ff1)]から)。共振回路4として機能するチップキャパシタ6の自己共振周波数は例えば4800MHzであり、この場合、チップキャパシタ6のインダクタンス成分または第1インダクタ7のインダクタンス値は0.50nHとなる。
The present embodiment is a Band I band duplexer of W-CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access). The
チップキャパシタ6等からなる共振回路4および第2インダクタ5が移相整合回路としても作用する。
The
チップキャパシタ6等からなる共振回路4および第2インダクタ5が、この機能を発揮するためには、第1FBARフィルタ2のアンテナ端子ANT側からみた反射特性と第2FBARフィルタ3のアンテナ端子ANT側からみた反射特性は同じであることが極めて好ましい。すなわち、第1FBARフィルタ2の通過帯域周波数(1920から1980MHz)の反射特性と第2FBARフィルタ3の通過帯域周波数(2110から2170MHz)の反射特性とが同じであること、および第1FBARフィルタ2の遮断帯域周波数(2110から2170MHz)の反射特性と第2FBARフィルタ3の遮断帯域周波数(1920から1980MHz)の反射特性とが同じであることが極めて好ましい。
In order for the
反射特性はインピーダンスZがいくらになっているかにより表すとことができ、本実施形態においては、第1FBARフィルタ2の通過帯域周波数(1920から1980MHz)および第2FBARフィルタ3の通過帯域周波数(2110から2170MHz)ではインピーダンスZ=0.7−j0.5であり、第1FBARフィルタ2の遮断帯域周波数(2110から2170MHz)および第2FBARフィルタ3の遮断帯域周波数(1920から1980MHz)ではインピーダンスZ=0.02−j1.4となっている。遮断帯域周波数におけるインピーダンスZの実部は無限大(∞)であることが望ましい。
The reflection characteristic can be expressed by how much the impedance Z is. In this embodiment, the passband frequency (1920 to 1980 MHz) of the
このように構成した第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3をアンテナ端子ANT側で接続し、アンテナ端子ANT側からみたとき1920から1980MHzおよび2110から2170MHzの反射特性はインピーダンスZ=0.3−j0.5となる。
When the
良好な通過特性の分波器とするために、アンテナ端子ANT側からみた1920から1980MHzおよび2110から2170MHzの反射特性はインピーダンスZ=1.0+j0.0となることが望ましい。このため移相整合回路として、チップキャパシタ等からなる共振回路4および第2インダクタ5が設置されている。
In order to obtain a duplexer with good pass characteristics, it is desirable that the reflection characteristics of 1920 to 1980 MHz and 2110 to 2170 MHz viewed from the antenna terminal ANT side have an impedance Z = 1.0 + j0.0. For this reason, a
チップキャパシタ6のキャパシタンス成分または第1キャパシタ8の容量値は、2.2pFであり、インダクタンス成分または第1インダクタ7のインダクタンス値は0.50nHであることから、チップキャパシタ6を設置していない状態でアンテナ端子ANT側からみた1920から1980MHzおよび2110から2170MHzの反射特性はインピーダンスZ=0.3+j0.5であれば、共振回路4を設置することによりインピーダンスZ=1.0+j0.0に移相整合が可能となる。移相整合回路となるチップキャパシタ6および第2インダクタ5を設置しない状態でアンテナ端子ANT側からみた1920から1980MHzおよび2110から2170MHzの反射特性がインピーダンスZ=0.3−j0.5であることから、第2インダクタ5を設置することによりアンテナ端子ANT側からみた1920から1980MHzおよび2110から2170MHzの反射特性はインピーダンスZ=0.3+j0.5となればよいので、第2インダクタ5の適切なインダクタンス値は3.90nHとなる。共振回路4による移相整合状態により、第2インダクタ5の値を変更することで良好な通過特性の分波器とすることができる。
Since the capacitance component of the
図3は、第1FBARフィルタ2の直列共振器S11,S12,S13および並列共振器P11,P12,P13、並びに第2FBARフィルタ3の直列共振器S21,S22,S23および並列共振器P21,P22,P23のそれぞれを構成するFBAR9の縦断面図である。
FIG. 3 shows series resonators S11, S12, S13 and parallel resonators P11, P12, P13 of the
基板10上に、下部電極11、圧電膜12、上部電極13の順に形成されており、圧電膜12を挟んで下部電極11と上部電極13とが重なり合った箇所が共振部14となる。基板10の平坦な表面と共振部14との間には空洞部15が形成されている。
A
なお、基板10は、シリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、ガリウム砒素(GaAs)およびガラスのいずれかからなるか、もしくはこれらの積層構造からなる。下部電極11および上部電極13は、いずれも、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、タングステン(W)およびチタン(Ti)のいずれかからなるか、もしくはこれらの積層構造からなる。圧電膜12は、窒化アルミニウム(AlN)および酸化亜鉛(ZnO)のいずれかからなる。
The
圧電膜12の結晶配向性は高いことが望ましい。圧電膜12の結晶配向性が低い場合、圧電膜12の電界分布が大きく変化し、下部電極11と上部電極13との電位差が大きくなることから、2次ひずみおよび3次ひずみが大きくなりやすい。本実施形態において圧電膜12として用いられる窒化アルミニウム(AlN)膜の結晶配向性は、例えば1.4deg以下と良好である。
The crystal orientation of the
また、FBAR9は、図3に示すように基板10の平坦な表面と下部電極11との間に空洞部15を有するメンブラン型の薄膜圧電共振器以外に、基板10に空洞部形成のための凹みがあるピット型の薄膜圧電共振器(図示せず)、基板10に空洞部形成のための貫通孔があるDeep−RIE型の薄膜圧電共振器(図示せず)、または、空洞部15に代えて音響ミラー層を用いたSMR型の薄膜圧電共振器(図示せず)とすることもできる。
In addition to the membrane-type thin film piezoelectric resonator having a
本発明においては、第1FBARフィルタの直列および並列のFBARからなる構成部分並びに第2FBARフィルタの直列および並列のFBARからなる構成部分を、それぞれ、半導体、絶縁体または圧電体基板上に形成したフィルタチップの形態となし、これらのフィルタチップを、第1FBARフィルタの第3インダクタおよび第2FBARフィルタの第3インダクタを線路パターンにて形成した低温焼成セラミックス基板(LTCC:Low Temperature Co−fired Ceramics)などの多層基板に実装する形態が望ましい。これにより、より一層小型の分波器を実現することができる。 In the present invention, a filter chip in which a constituent part composed of series and parallel FBARs of a first FBAR filter and a constituent part composed of series and parallel FBARs of a second FBAR filter are formed on a semiconductor, an insulator or a piezoelectric substrate, respectively. These filter chips are made of a multilayer such as a low temperature co-fired ceramics (LTCC) in which the third inductor of the first FBAR filter and the third inductor of the second FBAR filter are formed in a line pattern. A form mounted on a substrate is desirable. Thereby, a much smaller duplexer can be realized.
図4は本実施形態において共振回路4としてチップキャパシタ6を使用した分波器の多層構造LTCC基板(多層基板)16を各層ごとに上面からみた模式的分解図であり、図5は図4のA−A’断面に相当する縦断面図である。なお、チップキャパシタ6はLTCC基板16外に設置しているため、図示していない。
FIG. 4 is a schematic exploded view of a duplex structure LTCC substrate (multilayer substrate) 16 of a duplexer using a
LTCC基板16は、上から順に第1層、第2層、第3層、第4層および第5層の順に積層されている。尚、図5において第5層は図示を省略されている。LTCC基板16の第1層には、チップ化された第1および第2のFBARフィルタ2,3がフリップチップ実装方式によりフェースダウンで実装されている。この実装では、Auバンプ17を機能面(上記共振部14が形成されている面)に備えた第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3と、Auメッキ処理を施したLTCC基板16とによる、Au−Au接合が採用されている。これにより、ワイヤーを用いた接続などの必要性がなくなるため、小型化が可能となる。
The
主として第1層および第2層において、線路パターンにより、第3インダクタL11,L12,L13,L21,L22,L23、および第2インダクタ5が形成されている。第3層には主として接続線路が形成されており、第4層には主としてグランドパターンが形成されており、第5層には主として前記アンテナ端子(ANT)、送信機接続端子(TX)および受信機接続端子(RX)が形成されている。これによって、第2インダクタ5および第3インダクタL11,L12,L13,L21,L22,L23を外付けする必要がなくなるため、小型化が可能となる。
The third inductors L11, L12, L13, L21, L22, L23 and the
図6は本実施形態の分波器1の最終形態を示す縦断面図である。この図は図5に対応する断面を示すものであり、図5に示されるものと同様の部材または部分等には同一の符号が付されている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the final form of the
LTCC基板16にフリップチップ実装方式により第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3を実装した後に、第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3の機能面上が中空状態となるようにして、封止用樹脂18により密閉封止をしている。密閉封止については、第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3の機能面が中空状態であればよいので、メタルや樹脂によるキャップを用いた封止形態(図示せず)や、フィルム状の樹脂を用いた封止形態(図示せず)とすることもできる。
After mounting the
図7は比較のために示す従来の分波器19の回路図である。この比較形態は、その基本的構成において、上記本発明実施形態のものと比較して、共振回路4および第2インダクタ5に代わって第4インダクタ20が設けられている点が異なる。第4インダクタ20は、アンテナ端子ANTと第1FBARフィルタ2のアンテナ側端子および第2FBARフィルタ3のアンテナ側端子の接続部と、グランドとの間に介在している。その他の構成は、基本的には上記本発明実施形態のものと同じである。
FIG. 7 is a circuit diagram of a
図8は上記本発明実施形態に属する分波器[共振回路4としてチップキャパシタ6が用いられているもの](実施例1)と上記比較形態に属する分波器(比較例1)との第1FBARフィルタ2の通過特性の比較を示す図である。実施例1は、4800MHzにチップキャパシタ6の自己共振による共振点が発生しており、比較例1に比べて2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性が向上している。
FIG. 8 is a diagram of a duplexer belonging to the embodiment of the present invention (a
図9は、上記の本発明実施形態において、特に、共振回路4を、前記チップキャパシタ6ではなしに、直列接続の第1インダクタ7と第1キャパシタ8とからなるものとし、これらをLTCC基板16に内蔵した分波器を示すものであり、LTCC基板16を各層ごとに上面からみた模式的分解図である。この図9は上記図4に対応する部分を示すものである。図10は図9のA−A’断面に相当する縦断面図である。これらの図において、図4および図5に示されるものと同様の部材または部分等には同一の符号が付されている。
FIG. 9 shows that, in the above-described embodiment of the present invention, the
図9に示すように、LTCC基板16は上から順に第1層、第2層、第3層、第4層、第5層および第6層の順に積層されている。尚、図10において第6層は図示を省略されている。本実施形態は、図4および図5の実施形態の第3層と第4層との間に、共振回路4を構成する第1インダクタ7と第1キャパシタ8を構成する一方の電極とを形成する層を第4層として挿入したような形態をなしている。第1キャパシタ8の一方の電極は、例えば面積が1.06mm2となるように一辺が1.03mmの正方形で形成されており、第1キャパシタ8の他方の電極として第5層のグランドパターンを利用している。第1キャパシタ8の一方の電極を正方形状ではなく、円形、楕円形および多角形などに変更してもよい。第1キャパシタ8の一対の電極間の距離は、第4層の厚さに相当し、たとえば30μmである。尚、第1キャパシタ8の電極は1つの層のみではなく、複数の層に渡って形成することもできる。
As shown in FIG. 9, the
その他の構成は、図4および図5の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the embodiment of FIGS.
図9および図10の実施形態によれば、第2インダクタ5および第3インダクタL11,L12,L13,L21,L22,L23に加えて、第1インダクタ7および第1キャパシタ8をも外付けする必要がなくなるため、小型化が可能となる。
According to the embodiment of FIGS. 9 and 10, in addition to the
共振回路4は、たとえば第1インダクタ7のインダクタンス値が0.45nHで、第1キャパシタ8の容量値が2.2pFとなるように設定することができ、このときの共振回路4の直列共振周波数Fr1は4890MHzとなる。
The
図4および図5の分波器の場合と同様の理由で、図9および図10の実施形態においては、第2インダクタ5のインダクタンス値は、例えば3.90nHとすることができる。
For the same reason as in the duplexer of FIGS. 4 and 5, in the embodiment of FIGS. 9 and 10, the inductance value of the
図11は図9および図10の実施形態に属する分波器[共振回路4として第1インダクタ7と第1キャパシタ8とからなるものが用いられているもの](実施例2)と上記比較形態に属する分波器(比較例1)との第1FBARフィルタ2の通過特性の比較を示す図である。実施例2は、4890MHzに共振回路4の直列共振による共振点が発生しており、比較例1に比べて2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性が向上している。
FIG. 11 shows a duplexer belonging to the embodiment of FIGS. 9 and 10 [the
以下、実施例および比較例により本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
(実施例1)
上記図1および図3乃至図6の実施形態に属する分波器1であって、共振回路4としてチップキャパシタ6が用いられているものを製造した。
Example 1
A
第1FBARフィルタ2の直列共振器および並列共振器の容量は、S11が1.8pF、S12が2.0pF、S13が2.2pF、P11が1.7pF、P12が1.7pF、P13が1.7pFであった。第2FBARフィルタ3の直列共振器および並列共振器の容量は、S21が1.0pF、S22が1.7pF、S23が1.7pF、P21が1.8pF、P22が2.5pF、P23が1.8pFであった。
The capacitance of the series resonator and the parallel resonator of the
各FBARにおいて、基板10はシリコン(Si)からなり、下部電極11はモリブデン(Mo)からなり、圧電膜12は窒化アルミニウム(AlN)からなり、上部電極13はルテニウム(Ru)からなるものであった。圧電膜12の窒化アルミニウム(AlN)結晶配向性は1.4deg以下であった。
In each FBAR, the
第1FBARフィルタ2の通過帯域の中心周波数Ff1は1950MHzであり、共振回路4として機能するチップキャパシタ6の自己共振周波数Fr1は4800MHz(=2.46×Ff1)であった。チップキャパシタ6は、第1インダクタ7のインダクタンス値が0.50nHであり、第1キャパシタ8の容量値が2.2pFであった。第2インダクタ5のインダクタンス値は3.90nHであった。
The center frequency Ff1 of the pass band of the
図8に、本実施例の分波器の第1FBARフィルタ2の通過特性を示す。後述の比較例1に比べて2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性が向上している。
FIG. 8 shows the pass characteristics of the
表1に送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。ここでは、第1FBARフィルタ2の送信機接続端子TXに、周波数が1950MHzで電力が27dBm、28dBm、29dBmおよび30dBmの信号をそれぞれ入力し、第2FBARフィルタ3の受信機接続端子RXを50Ωに終端し、アンテナ端子ANTから出力される2倍波の2次ひずみによる出力電力および3倍波の3次ひずみによる出力電力を測定した。後述の比較例1に比べて、2次ひずみによる2倍波の出力電力を15dBm程度抑制することができ、3次ひずみによる3倍波の出力電力を10dBm程度抑制することができた。
Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion of the transmission signal and the output power of the third harmonic due to the third order distortion. Here, a signal having a frequency of 1950 MHz and a power of 27 dBm, 28 dBm, 29 dBm, and 30 dBm is input to the transmitter connection terminal TX of the
(比較例1)
上記図7の比較形態に属する分波器19を製造した。第1FBARフィルタ2および第2FBARフィルタ3の構成は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 1)
A
第4インダクタ20のインダクタンス値は2.5nHであった。
The inductance value of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1.
(実施例2)
上記図1乃至図3、図9および図10の実施形態に属する分波器1であって、共振回路4として直列接続の第1インダクタ7と第1キャパシタ8とからなるものが用いられているものを製造した。その他の構成は実施例1と同様である。
(Example 2)
The
第1FBARフィルタ2の通過帯域の中心周波数Ff1は1950MHzであり、共振回路4の直列共振周波数Fr1は4890MHz(=2.51×Ff1)であった。第1インダクタ7のインダクタンス値が0.45nHであり、第1キャパシタ8の容量値が2.2pFであった。
The center frequency Ff1 of the pass band of the
図11に、本実施例の分波器の第1FBARフィルタ2の通過特性を示す。後述の比較例1に比べて2倍波周波数および3倍波周波数の減衰特性が向上している。
FIG. 11 shows the pass characteristics of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。比較例1に比べて、2次ひずみによる2倍波の出力電力を14dBm程度抑制することができ、3次ひずみによる3倍波の出力電力を11dBm程度抑制することができた。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1. Compared to Comparative Example 1, the output power of the second harmonic due to the second order distortion could be suppressed by about 14 dBm, and the output power of the third harmonic due to the third order distortion could be suppressed by about 11 dBm.
(実施例3)
本実施例は、図9に示される第1インダクタ7の長さを長くすることでインダクタンス値を0.75nHとし、共振回路4の直列共振周波数Fr1を3920MHz(=2.01×Ff1)にしたことを除いて、実施例2と同様にして分波器を製造した。
(Example 3)
In this embodiment, the length of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。比較例1に比べて、2次ひずみによる2倍波の出力電力を17dBm程度抑制することができ、3次ひずみによる3倍波の出力電力を5dBm程度抑制することができた。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1. Compared to Comparative Example 1, the output power of the second harmonic due to the second order distortion could be suppressed by about 17 dBm, and the output power of the third harmonic due to the third order distortion could be suppressed by about 5 dBm.
本実施例における共振回路4の直列共振周波数Fr1は、第1FBARフィルタ2の通過帯域の中心周波数Ff1の3倍波周波数から離れた箇所に設定されたが、2×(Ff1)以上に設定することにより、共振回路4内の第1キャパシタ8の周波数特性による高周波数の減衰とあわせて、比較例1に比べて2次ひずみによる2倍波の発生および3次ひずみによる3倍波の発生を抑制することができた。
The series resonance frequency Fr1 of the
(比較例2)
本実施例は、図9に示される第1インダクタ7の長さを更に長くすることでインダクタンス値を0.80nHとし、共振回路4の直列共振周波数Fr1を3800MHz(=1.95×Ff1)にしたことを除いて、実施例3と同様にして分波器を製造した。
(Comparative Example 2)
In the present embodiment, the inductance value is set to 0.80 nH by further increasing the length of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。比較例1に比べて、2次ひずみによる2倍波の出力電力を18dBm程度抑制することができたが、3次ひずみによる3倍波の出力電力を1dBm程度しか抑制することができなかった。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1. Compared to Comparative Example 1, the output power of the second harmonic due to the second order distortion could be suppressed by about 18 dBm, but the output power of the third harmonic due to the third order distortion could be suppressed only by about 1 dBm.
3次ひずみによる3倍波の発生の抑制については、共振回路4内の第1キャパシタ8の周波数特性に伴う減衰による効果のみとなっており、上記実施例3の結果と合わせ考えれば、共振回路4の直列共振周波数Fr1が2×(Ff1)よりも小さいときには、送信信号の3倍波周波数の減衰特性が劣化し、2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することは困難となることが分かる。
The suppression of the generation of the third harmonic due to the third-order distortion is only the effect due to the attenuation due to the frequency characteristic of the
(実施例4)
本実施例は、図9に示される第1インダクタ7の長さを短くすることでインダクタンス値を0.34nHとし、共振回路4の直列共振周波数Fr1を5820MHz(=2.98×Ff1)にしたことを除いて、実施例2と同様にして分波器を製造した。
Example 4
In this embodiment, the length of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。比較例1に比べて、2次ひずみによる2倍波の出力電力を4dBm程度抑制することができ、3次ひずみによる3倍波の出力電力を15dBm程度抑制することができた。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1. Compared to Comparative Example 1, the output power of the second harmonic due to the second order distortion could be suppressed by about 4 dBm, and the output power of the third harmonic due to the third order distortion could be suppressed by about 15 dBm.
本実施例における共振回路4の直列共振周波数Fr1は、第1FBARフィルタ2の通過帯域の中心周波数Ff1の2倍波周波数から離れた箇所に設定されたが、3×(Ff1)以下に設定することにより、共振回路4内の第1キャパシタ8の周波数特性による高周波数の減衰とあわせて、比較例1に比べて2次ひずみによる2倍波の発生および3次ひずみによる3倍波の発生を抑制することができた。
The series resonance frequency Fr1 of the
(比較例3)
本実施例は、図9に示される第1インダクタ7の長さを更に短くすることでインダクタンス値を0.32nHとし、共振回路4の直列共振周波数Fr1を6000MHz(=3.08×Ff1)にしたことを除いて、実施例4と同様にして分波器を製造した。
(Comparative Example 3)
In the present embodiment, the inductance value is set to 0.32 nH by further reducing the length of the
表1に、実施例1と同様にして測定した送信信号の2次ひずみによる2倍波の出力電力および3次ひずみによる3倍波の出力電力を示す。比較例1に比べて、3次ひずみによる3倍波の出力電力を17dBm程度抑制することができたが、2次ひずみによる2倍波の出力電力を1dBm程度しか抑制することができなかった。 Table 1 shows the output power of the second harmonic due to the second order distortion and the output power of the third harmonic caused by the third order distortion of the transmission signal measured in the same manner as in Example 1. Compared to Comparative Example 1, the output power of the third harmonic due to the third order distortion could be suppressed by about 17 dBm, but the output power of the second harmonic due to the second order distortion could be suppressed only by about 1 dBm.
2次ひずみによる2倍波の発生の抑制については、共振回路4内の第1キャパシタ8の周波数特性に伴う減衰による効果のみとなっており、上記実施例4の結果と合わせ考えれば、共振回路4の直列共振周波数Fr1が3×(Ff1)よりも大きいときには、送信信号の2倍波周波数の減衰特性が劣化し、2次ひずみおよび3次ひずみによる2倍波および3倍波の両方の発生を抑制することは困難となることが分かる。
The suppression of the generation of the second harmonic due to the second-order distortion is only the effect due to the attenuation due to the frequency characteristic of the
1 分波器
2 第1薄膜圧電共振器(FBAR)フィルタ
3 第2薄膜圧電共振器(FBAR)フィルタ
4 共振回路
5 第2インダクタ
6 チップキャパシタ
7 第1インダクタ
8 第1キャパシタ
9 薄膜圧電共振器(FBAR)
10 基板
11 下部電極
12 圧電膜
13 上部電極
14 共振部
15 空洞部
16 LTCC基板
17 Auバンプ
18 封止用樹脂
19 分波器
20 第4インダクタ
S11,S12,S13,S21,S22,S23 直列共振器
P11,P12,P13,P21,P22,P23 並列共振器
L11,L12,L13,L21,L22,L23 第3インダクタ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記分波器は、更に、前記接続部とグランドとの間に介在する共振回路を備えており、
該共振回路は、直列共振を発生し、その直列共振周波数をFr1とし且つ前記第1薄膜圧電共振器フィルタの通過帯域の中心周波数をFf1としたとき、前記Fr1が前記Ff1の2倍乃至3倍の範囲内となるように設定されていることを特徴とする分波器。 A first thin film piezoelectric resonator filter; and a second thin film piezoelectric resonator filter having a higher pass band than the first thin film piezoelectric resonator filter, and one terminal of the first thin film piezoelectric resonator filter and the second thin film piezoelectric resonator filter. A duplexer formed by connecting a connection portion with one terminal of a thin film piezoelectric resonator filter to an antenna terminal,
The duplexer further includes a resonance circuit interposed between the connection portion and the ground,
The resonance circuit generates series resonance, and when the series resonance frequency is Fr1 and the center frequency of the pass band of the first thin film piezoelectric resonator filter is Ff1, the Fr1 is 2 to 3 times the Ff1. A duplexer characterized by being set to fall within the range of.
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