JP6603268B2 - マイクロ音響波フィルタのネットワーク合成設計 - Google Patents
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Description
ここで、N(s)は分子多項式、D(s)は分母多項式、zi’sは式N(s)=0のルート(伝送ゼロ点)、pi’sは式D(s)=0のルート(反射ゼロ点)、mは伝送ゼロ点の数、nは反射ゼロ点の数、Kは倍率である。(ロスが少ない場合は、伝送ゼロ点は、S21のゼロ点であり、反射ゼロ点は、S11のゼロ点である。小さいが無限大の実損が後に回路設計プロセスに加えられると、これらゼロ点が小さくなるが、正確にはゼロではなくなり、最終フィルタの固有振動周波数に対応する。)次いで、複素多項式比からフィルタ回路エレメントの値を、ロスが少ない場合において正確に「合成」(計算)する。実際は小さく保たれているロスを無視すると、「合成した」回路の応答は、所望の応答関数に合致する。
ここで、ωRとωAは、それぞれ所定の音響共振器についての共振周波数と非共振周波数であり、γは、材料の特性により、更に
によって規定される。
典型的なγ値は、42度XYカットLiTaO3について、約12から約18の範囲である。音響共振器の周波数分離は、共振周波数と非共振周波数間の差を意味する。音響波共振器のパーセンテージ分離は、共振周波数と非共振周波数間のパーセンテージ周波数分離であり、以下の式で計算できる。
ここで、γは、共振器の直列容量に対する静電容量の比(式(4))であり、圧電材料の材料特性によって決まると共に、デバイスのジオメトリによって変化する。
ここで、ωρ/2πは、通過帯域又は阻止帯域の幾何学的中心周波数であり、ω/2πは、実際の周波数であり、Ωはマッピングした周波数であり、γは、共振器の静電容量と直列容量の非であり、ΩRは、共振器のマッピングした共振周波数であり、ΩAは、共振器のマッピングした非共振周波数である。
特に、Bの値は、Bのサインに応じてL又はCのいずれによっても実現できる。正規化した回路値のアンマッピングは、図16に示す共振周波数ωRの値及び各共振器の静電容量C0、及びキャパシタ及びインダクタのキャパシタンスとインダクタンスと共に、図15に示す現実の回路を作る。これは、シミュレーションを行ったときに、図17に示す周波数応答となる。(インダクタL1とキャパシタC1を、極性抽出によって合成の最後に加え、ネットワークの等価入力及び出力インピーダンスを提供する)。
Claims (26)
- 周波数応答要求(ステップ52)に応じて音響マイクロ波フィルタを設計する方法において:
少なくとも一の共振エレメント(114)と少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(116−120)を含む複数の回路エレメント(114−120)を具えるフィルタ回路構造(100)を選択するステップ(ステップ56)と;
前記周波数応答要求に基づいて回路応答関数を選択するステップ(ステップ60)と;
初期フィルタ回路設計を作成するために、前記選択した回路応答関数に基づいて前記各回路エレメント(114−120)の値を選択するステップ(ステップ62)と;
音響フィルタ回路設計を作成するために、前記少なくとも一の共振エレメント(114)と、前記初期フィルタ回路設計の前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(116−120)を少なくとも一の音響共振器モデル(122)に変換するステップ(ステップ64)と;
最終フィルタ回路設計を作成するために、コンピュータ化したフィルタオプティマイザを使用し、前記音響フィルタ回路設計を最適化するステップ(ステップ70)と;
前記音響マイクロ波フィルタを構築するステップ(ステップ72)とを具え、
前記音響マイクロ波フィルタの少なくともいくつかの回路エレメント値が、前記最終フィルタ回路設計の対応する回路エレメント値に合致することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記周波数応答要求が、周波数依存型リターンロスと、挿入ロスと、阻止率と、直線性のうちの一またはそれ以上を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記周波数応答要求が、500−3500MHzの範囲の通過帯域を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記周波数応答要求が、通過帯域と阻止帯域を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも一の共振エレメント(114)が、キャパシタ(CR1)とインダクタ(LR1)からなる並列L−C共振器組合せを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(116)が、キャパシタ(C11)を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記フィルタ回路構造(100)が、インライン非共振ノード回路構造であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記回路応答関数が、伝送ゼロ点を規定する分子多項式と、反射ゼロ点を規定する分母多項式の比の値にスケールファクタを乗じた形であることを特徴とする方法。
- 請求項8に記載の方法において、伝送ゼロ点の総数が、反射ゼロ点の総数に等しいかこれより大きいことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも一の音響共振器モデル(122)が、それぞれ少なくとも一のButterworth−Van Dyke(BVD)モデルであることを特徴とする方法。
- 請求項10に記載の方法において、前記少なくとも一の共振エレメント(114)の一つが、内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)を具え、前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(116)の一つが、前記内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)と直列に接続した内部シャントアドミッタンスインバータ(J11)を具え、前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(118)の別の一つが、前記内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)と並列に接続した内部シャント非共振サスセプタンス(BN1)を具え、前記内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)と、内部シャントアドミッタンスインバータ(J11)と、内部シャント非共振サスセプタンス(BN1)とが、少なくとも一のBVDモデル(122)の一つに変換されることを特徴とする方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)と前記内部シャントアドミッタンスインバータ(J11)が、内部シャント直列L−C共振器組合せ(134)に変換され、前記内部シャント直列L−C共振器組合せ(134)と内部シャント非共振サスセプタンス(BN1)が、一のBVDモデル(122)に変換されることを特徴とする方法。
- 請求項11に記載の方法において、前記BVDモデル(122)が内部シャントBVDモデルであることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(120)が更に、前記内部シャント並列L−C共振器組合せ(CR1,LR1)と内部シャント非共振サスセプタンス(BN1)との間のノード(1)に接続された二つのインラインアドミッタンスインバータ(JS1,J12)を具え、前記内部シャントBVDモデル(122)と前記二つのインラインアドミッタンスインバータ(JS1,J12)が、一のインラインBVDモデル(122a)と当該インラインBVDモデル(122a)と直列に接続されたリアクタンス(X1)に変形されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも一の共振エレメント(114)が、複数の共振エレメントを具え、前記少なくとも一のリアクタンス回路エレメント(116−120)が複数のリアクタンス回路エレメントを具え、前記少なくとも一の音響共振器モデルが複数の共振器モデル(122)を具えることを特徴とする方法。
- 請求項15に記載の方法が更に、前記初期フィルタ回路設計を複数のサブセット回路設計(130a,130b)に分割するステップを具え、当該サブセット回路設計(130a,130b)の各々が、前記共振エレメント(114)の一つと前記複数のリアクタンス回路エレメント(116−120)のうちの一またはそれ以上を具え、各サブセット回路設計(130a,130b)について、前記一の共振エレメント(114)と前記一またはそれ以上のリアクタンス回路エレメント(116−120)が、それぞれ前記音響共振器モデル(122)の一つに変換されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法が更に、表面音響波(SAW)共振器と、バルク音響波(BAW)共振器と、フィルムバルク音響共振器(FBAR)と、マイクロ電気機械システム(MEMS)共振器から前記少なくとも一の共振エレメントのタイプを選択するステップ(ステップ54)を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法が更に:
前記周波数応答要求を正規化した設計スペースにマッピングするステップであって、前記回路エレメント値が、このマッピングした周波数応答要求に基づいて決定した正規化した値である、マッピングするステップ(ステップ58)と;
前記音響フィルタ回路設計の前記正規化した回路エレメント値から実際の回路を作るステップ(ステップ66)と;
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも一の共振エレメント(114)が、複数の共振エレメントであることを特徴とする方法。
- 請求項19に記載の方法において、予め最適化したフィルタ回路設計の前記複数の共振エレメント(114)が複数のフィルタソリューションを作成するために信号伝送路に沿って配置されている、オーダを変更するステップと;
前記フィルタソリューションのそれぞれについてパフォーマンスパラメータを計算するステップと;
このパフォーマンスパラメータを互いに比較するステップと;
前記計算したパフォーマンスパラメータの比較に基づいて、前記フィルタソリューションのうちの一つを前記フィルタ回路設計として選択するステップと;を具えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法が更に、最終フィルタ回路設計を作成するために、フィルタ回路設計のエレメントを除去する最適化を行うステップ(ステップ70)を具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記最終フィルタ回路設計が、複数の音響共振器(Res1−Res8)を具え、前記最終フィルタ回路設計の複数の音響共振器(Res1−Res8)の最小共振周波数と最大共振周波数との差が、前記複数の音響共振器(Res1−Res8)の中の単一共振器の最大周波数分離の少なくとも1倍であることを特徴とする方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記最終フィルタ回路設計における複数の共振器(Res1−Res8)の最小共振周波数と最大共振周波数間の差が、前記複数の共振器(Res1−Res8)の中の単一共振器の最大周波数分離の少なくとも2倍であることを特徴とする方法。
- 請求項22に記載の方法において、前記最終フィルタ回路設計における複数の共振器(Res1−Res8)の最小共振周波数と最大共振周波数間の差が、前記複数の共振器(Res1−Res8)の中の単一共振器の最大周波数分離の少なくとも3倍であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、フィルタ回路設計を最適化するステップが、前記最終フィルタ回路設計を作成するために、フィルタ回路設計をフィルタオプティマイザに入力するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法が更に、予め最適化したフィルタ回路設計を作成するために、前記音響フィルタ回路設計に寄生効果を加えるステップ(ステップ68)を具え、前記最終フィルタ回路設計を作成するために、予め最適化した音響フィルタ回路設計がコンピュータ化したフィルタオプティマイザを使用して最適化されることを特徴とする方法。
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