JP7136026B2 - マルチプレクサ - Google Patents

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Description

本発明は、付加回路を有するマルチプレクサに関する。
従来、付加回路としてのキャンセル回路を有するマルチプレクサが知られている（例えば、特許文献１）。
図９は、特許文献１に記載されたマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。図９に示されるように、マルチプレクサ７は、送信フィルタ回路６０と、受信フィルタ回路７０と、キャンセル回路８０と、を備える。
送信フィルタ回路６０と受信フィルタ回路７０とは、端子Ｐ０で共通接続される。この構成により、マルチプレクサ７は、端子Ｐ１にて受信された高周波信号を、送信フィルタ回路６０を経由して端子Ｐ０から出力し、かつ、端子Ｐ０にて受信された高周波信号を、受信フィルタ回路７０を経由して端子Ｐ２から出力するデュプレクサとして機能する。
送信フィルタ回路６０は、送信周波数帯域を通過帯域とするフィルタである。送信フィルタ回路６０は、直列共振子６１、６２、６３および６４ならびに並列共振子６５、６６、６７および６８からなるラダー型の共振子フィルタで構成される。並列共振子６５とグランドとの間および並列共振子６６、６７とグランドとの間に特性調整用のインダクタ９１および９２がそれぞれ接続される。直列共振子６２、６３および６４は、分割共振子である。
受信フィルタ回路７０は、受信周波数帯域を通過帯域とするフィルタである。受信フィルタ回路７０は、直列共振子７１および７２ならびに並列共振子７３および７４からなるラダー型の共振子フィルタと、縦結合共振子型フィルタ７５と、で構成される。縦結合共振子型フィルタ７５は、互いに並列に接続された縦結合型共振器７６および７７で構成される。
キャンセル回路８０は、縦結合型共振器８１とキャパシタ８２とで構成され、送信フィルタ回路６０の一部と並列に接続される。具体的には、縦結合型共振器８１の一端はキャパシタ８２を介して端子Ｐ０に接続され、縦結合型共振器８１の他端は送信フィルタ回路６０における直列共振子６１と６２との間の信号経路にキャパシタを介さずに接続される。キャパシタ８２は共振子で構成される。
キャンセル回路８０は、送信フィルタ回路６０を流れる非所望の周波数帯域（例えば、受信周波数帯域）の信号である非所望信号に対し、逆位相でかつ好ましくは同振幅のキャンセル信号を生成する。送信フィルタ回路６０とキャンセル回路８０とを合わせた回路において非所望信号とキャンセル信号とが加算され非所望信号の振幅が減少することにより、送信経路の減衰特性および送受間のアイソレーション特性（以下、総称して電気特性と言う）が向上する。
マルチプレクサ７では、端子Ｐ１から見た、送信フィルタ回路６０とキャンセル回路８０とを合わせたインピーダンスを、送信フィルタ回路６０の直列共振子６１で調整できる。これにより、縦結合型共振器８１の端子Ｐ１側のキャパシタが省略できるので、より小型化されたマルチプレクサ７によって、電気特性を向上する効果が得られる。
特開２０１８－７４５３９号公報
従来のマルチプレクサは小型化に優れる反面、電気特性を十分に向上させることが難しい場合がある。
そこで、本発明は、付加回路を有しかつ小型化と電気特性の向上とを両立するマルチプレクサを提供する。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子と第１端子とに接続された第１フィルタ回路と、前記共通端子と第２端子とに接続された第２フィルタ回路と、前記第１フィルタ回路の一部と並列に接続された付加回路と、を備え、前記第１フィルタ回路は、前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ信号経路上に配置された１以上の直列共振子と前記信号経路上の対応するノードとグランドとの間に配置された１以上の並列共振子とを有し、前記１以上の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い直列共振子は、前記ノードのいずれも介することなく直列接続された複数の分割共振子によって構成され、前記付加回路は、圧電基板において、弾性波伝搬方向に並置された複数のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極からなる共振子群とキャパシタとを有し、前記共振子群の一端は前記キャパシタを介して前記共通端子に接続され、前記共振子群の他端は隣接する前記分割共振子の間の前記信号経路にキャパシタを介さずに接続され、前記第１端子に最も近い前記直列共振子は、３以上の分割共振子によって構成され、前記共振子群の前記他端は、前記分割共振子のうち前記第１端子に最も近い前記分割共振子以外の２の前記分割共振子の間の前記信号経路に接続される。
上記のマルチプレクサによれば、付加回路の共振子群が、第１フィルタ回路の第１端子に最も近い直列共振子を構成する分割共振子のうち隣接する分割共振子間の信号経路に接続される。これにより、付加回路は、第１フィルタ回路の少なくとも１の分割共振子を介在して、第１端子に接続される。
そのため、第１端子から見た、第１フィルタ回路と付加回路とを合わせたインピーダンスを、第１フィルタ回路の分割共振子で調整できる。これにより、付加回路内の第１端子側のキャパシタが省略できるので、マルチプレクサが小型化される。
また、付加回路の共振子群を、第１フィルタ回路の第１端子に最も近い直列共振子と次に近い直列共振子との間の信号経路に接続する構成と比べて、付加回路と並列に接続される第１フィルタ回路の部分がより長くなる。これにより、有効なキャンセル信号の生成が容易になるので、電気特性をより効果的に向上させることが可能になる。
以上により、小型化と電気特性の向上とを両立するマルチプレクサが得られる。
実施の形態に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。 ＩＤＴ電極の構造の一例を模式的に示す平面図および断面図である。 比較例１に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。 比較例２に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。 端子Ｐ１から見たマルチプレクサのインピーダンスの一例を示すスミスチャートである。 マルチプレクサの端子Ｐ１、Ｐ０間の通過特性の一例を示すグラフである。 マルチプレクサの端子Ｐ１、Ｐ２間のアイソレーション特性の一例を示すグラフである。 変形例に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。 従来例に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。
以下、本発明の実施の形態について、実施の形態および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。なお、以下の実施の形態において、「接続される」とは、配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含まれる。
実施の形態に係るマルチプレクサについて、送信フィルタ回路と、受信フィルタ回路と、送信フィルタ回路の一部と並列に接続された付加回路と、を備えるデュプレクサの例を挙げて説明する。
図１は、実施の形態に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。図１に示されるように、マルチプレクサ１は、端子Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、送信フィルタ回路１０、受信フィルタ回路２０、および付加回路３０を有する。端子Ｐ０は、例えば、図示しないアンテナ素子に接続される。
ここで、端子Ｐ０、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ、共通端子、第１端子および第２端子の一例であり、送信フィルタ回路１０および受信フィルタ回路２０は、それぞれ、第１フィルタ回路および第２フィルタ回路の一例である。
送信フィルタ回路１０は、所定の送信周波数帯域を通過帯域とするフィルタ回路であり、端子Ｐ０と端子Ｐ１とに接続される。送信フィルタ回路１０の一端および他端はそれぞれ端子Ｐ０、Ｐ１に直接接続されてもよく、図示しない他の回路素子を介して接続されてもよい。
送信フィルタ回路１０は、直列共振子１１～１４と、並列共振子１５～１８と、インダクタ４１～４４からなるラダー型の共振子フィルタで構成される。
直列共振子１１～１４は、端子Ｐ０と端子Ｐ１とを結ぶ信号経路である直列腕上に配置される。並列共振子１５～１８は、直列腕上の対応するノードとグランドとを結ぶ信号経路である並列腕上に配置される。インダクタ４１は、直列腕上の直列共振子１１と端子Ｐ１との間に配置され、インダクタ４３、４４は並列腕上に配置される。
端子Ｐ１に最も近い直列共振子１１は、並列共振子１５～１８が接続されたいずれのノードも介することなく直列接続された複数の分割共振子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃによって構成される。同様に、直列共振子１２～１４および並列共振子１５～１７の各々も、他の共振子が接続されたいずれのノードも介することなく直列接続された複数の分割共振子によって構成されてもよい。
受信フィルタ回路２０は、所定の受信周波数帯域を通過帯域とするフィルタ回路であり、端子Ｐ０と端子Ｐ２とに接続される。受信フィルタ回路２０の一端および他端はそれぞれ端子Ｐ０、Ｐ２に直接接続されてもよく、図示しない他の回路素子を介して接続されてもよい。
受信フィルタ回路２０の構成は、特には限定されない。受信フィルタ回路２０は、一例として、図９に示される受信フィルタ回路７０と同じ構成であってもよい。すなわち、受信フィルタ回路２０は、ラダー型のフィルタ回路と縦結合共振子型フィルタとで構成されてもよい（図示せず）。
付加回路３０は、弾性波伝搬方向に並置されたＩＤＴ電極３３および３４からなる共振子群３１とキャパシタ３２とを有し、送信フィルタ回路１０の一部と並列に接続される。具体的には、共振子群３１の一端はキャパシタ３２を介して端子Ｐ０に接続され、共振子群３１の他端は分割共振子１１ａと１１ｂとの間の信号経路にキャパシタを介さずに接続される。
共振子群３１は、ＩＤＴ電極間での表面波の結合を利用して信号を伝達する縦結合共振子型フィルタを構成してもよく、ＩＤＴ電極間での表面波の伝搬を利用して信号を伝達するトランスバーサル型フィルタを構成してもよい。共振子群３１は、３以上のＩＤＴ電極からなってもよい（図示せず）。
共振子群３１は、付加回路３０を通過する信号の位相を制御し、キャパシタ３２は、付加回路３０を通過する信号の振幅を制御する。これにより、付加回路３０は、送信フィルタ回路１０を漏洩するキャンセル対象の信号（例えば、受信周波数帯域の信号成分）と相殺される信号（つまりキャンセル信号）を生成する。
キャンセル信号は、キャンセル対象の信号成分と合算されたときに合算結果の振幅がキャンセル対象の信号成分の振幅より小さくなる信号であり、キャンセル対象の信号成分に対し、逆位相でかつ好ましくは同振幅の信号である。
ここで、キャンセル対象の信号成分とキャンセル信号とが逆位相であるとは、－１８０°以上１８０°以下の範囲内で両者の位相差の絶対値が９０°より大きいことをいう。これは、キャンセル対象の信号成分とキャンセル信号とが互いに逆方向の位相成分を有することと等しい。
また、キャンセル信号はキャンセル対象の信号成分と同振幅であることが好ましいが、振幅が異なっても構わない。キャンセル信号とキャンセル対象の信号成分との位相差に応じて、両者の合算結果の振幅がキャンセル対象の信号成分の振幅よりも小さくなる場合は、減衰特性を向上させることができる。
次に、ＩＤＴ電極の基本的な構造について説明する。
図２は、ＩＤＴ電極５０の基本的な構造の一例を模式的に表す平面図及び断面図である。図２に示されるＩＤＴ電極５０の構造は、付加回路３０におけるＩＤＴ電極３３、３４に適用される他、送信フィルタ回路１０における直列共振子１１～１４および並列共振子１５～１７を構成する個々の分割共振子および並列共振子１８に適用される。なお、図２の例は、ＩＤＴ電極５０の基本的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数および長さなどは、図２の例には限定されない。
ＩＤＴ電極５０は、互いに対向する一対の櫛歯状電極５０ａ、５０ｂからなる。櫛歯状電極５０ａは、互いに平行な複数の電極指５１ａと、複数の電極指５１ａを接続するバスバー電極５２ａとで構成されている。櫛歯状電極５０ｂは、互いに平行な複数の電極指５１ｂと、複数の電極指５１ｂを接続するバスバー電極５２ｂとで構成されている。電極指５１ａおよび５１ｂは、弾性波の伝搬方向であるＸ軸方向と直交する方向に延びるように形成されており、互いに間挿し合うように配置されている。
ＩＤＴ電極５０の形状および大きさを規定するパラメータを電極パラメータと言う。電極パラメータの一例として、電極指５１ａまたは電極指５１ｂのＸ軸方向における繰り返し周期である波長λ、Ｘ軸方向に見て電極指５１ａ、５１ｂが重複する長さである交差幅Ｌ、電極指５１ａ、５１ｂのライン幅Ｗ、および隣り合う電極指５１ａ、５１ｂ間のスペース幅Ｓが挙げられる。
電極指５１ａ、５１ｂを合わせた電極指の本数の１／２である対数、電極指５１ａ、５１ｂを合わせた電極指の繰り返し周期であるピッチ（Ｗ＋Ｓ）、ピッチに占めるライン幅の割合であるデューティ比Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）も、電極パラメータの一例である。
電極指５１ａ、５１ｂ、およびバスバー電極５２ａ、５２ｂは、圧電基板５９上に形成された電極層５３で構成されている。
一例として、電極層５３は、銅、アルミニウムなどの金属またはこれらの合金で構成され、圧電基板５９は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムなどを含有する圧電体層で構成されてもよい。電極層５３は、図示していない密着層を介在して圧電基板５９上に形成されてもよい。電極層５３は、保護層５４で被覆されてもよい。
圧電基板５９は、圧電体層一層からなってもよいし、少なくとも一部に圧電性を有する積層型基板であってもよい。少なくとも一部に圧電性を有する積層型基板は、支持基板と、支持基板上に形成されており、圧電薄膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、高音速膜上に積層されており、圧電薄膜を伝搬する弾性バルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、低音速膜上に積層された圧電薄膜と、で構成された積層体であってもよい。また、支持基板は、高音速膜と支持基板を兼ねる、シリコン基板などの高音速支持基板であってもよい。
ＩＤＴ電極５０の容量および圧電基板５９上での面積は、電極パラメータに応じて規定される。
次に、上記のように構成されたマルチプレクサ１の効果を、比較例との対比に基づいて説明する。以下では、マルチプレクサ１を実施例として参照する。
図３は、比較例１に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。図３のマルチプレクサ３では、付加回路３０の共振子群３１が、送信フィルタ回路１０の直列共振子１１と１２との間の信号経路に接続されている。
図４は、比較例２に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。図４のマルチプレクサ４では、付加回路３０の共振子群３１が、送信フィルタ回路１０の直列共振子１１の端子Ｐ１側の端部とインダクタ４１との間の信号経路に接続されている。
図５は、端子Ｐ１から見たマルチプレクサの送信周波数帯域におけるインピーダンスの一例を示すスミスチャートである。図５の例において、スミスチャートの中心に表される特性インピーダンスは５０Ωである。
図６は、マルチプレクサの端子Ｐ１、Ｐ０間の通過特性の一例を示すグラフである。図６では、特に送信周波数帯域での通過特性が拡大して示される。
図７は、マルチプレクサの端子Ｐ１、Ｐ２間のアイソレーション特性の一例を示すグラフである。
図５から、端子Ｐ１から見たマルチプレクサの送信周波数帯域におけるインピーダンスは、実施例および比較例１では良好な整合状態にあるのに対し、比較例２ではショート側へずれていることが分かる。また、図６から、端子Ｐ１、Ｐ０間の送信周波数帯域における挿入損失は、実施例および比較例１ではほぼ同じであるのに対し、比較例２ではより大きいことが分かる（図６の拡大部分）。この差は、図５に見られる整合のずれに起因する。
図７から、端子Ｐ１、Ｐ２間の受信周波数帯域における挿入損失の最小値は、実施例および比較例２ではほぼ同じであるのに対し、比較例１ではより小さいことが分かる（受信周波数帯域の低域端）。つまり、比較例１では、実施例および比較例２と比べて、受信周波数帯域の信号成分に対する端子Ｐ１、Ｐ２間のアイソレーションが悪いことが分かる。この差は、比較例１では、実施例および比較例２と比べて、付加回路３０と並列に接続される送信フィルタ回路１０の部分がより短く、そのため、有効なキャンセル信号を生成しにくくなることで生じる。
このように、実施例では、比較例２と比べて、端子Ｐ１、Ｐ０間の送信周波数帯域における減衰に優れ、かつ比較例１と比べて、端子Ｐ１、Ｐ２間の受信周波数帯域におけるアイソレーションに優れる。つまり、実施例では、比較例１および２と比べて、より良好な電気特性が得られる。
この結果から、実施例のマルチプレクサ１において、小型化と電気特性の向上とが両立できることが分かる。
マルチプレクサ１では、付加回路３０の共振子群３１が、送信フィルタ回路１０の分割共振子１１ａと１１ｂとの間の信号経路に接続されているが、この例には限られない。
図８は、変形例に係るマルチプレクサの構成の一例を示す回路図である。図８のマルチプレクサ２では、付加回路３０の共振子群３１が、送信フィルタ回路１０の分割共振子１１ｂと１１ｃとの間の信号経路に接続される。マルチプレクサ２によっても、マルチプレクサ１と同様の効果が得られる。
マルチプレクサ２は、第１フィルタ回路の第１端子に最も近い直列共振子が３以上の分割共振子によって構成される場合に、付加回路の共振子群が、分割共振子のうち第１端子に最も近い分割共振子以外の２の分割共振子の間の信号経路に接続される一例である。
このような構成では、付加回路の共振子群は、２以上の分割共振子（マルチプレクサ２の例では、分割共振子１１ａおよび１１ｂ）を介して第１端子に接続される。
このとき、共振子群と第１端子との間に位置する分割共振子のうち少なくとも２の分割共振子は、容量および圧電基板上での面積の少なくとも一方において互いに異なっていてもよい。
具体的に、マルチプレクサ２の例では、分割共振子１１ａおよび１１ｂが、容量および圧電基板上での面積の少なくとも一方において互いに異なっていてもよい。これにより、分割共振子１１ａおよび１１ｂをその役割に応じて設計することが可能になるので、分割共振子の設計を合理化できる。
例えば、第１端子に最も近い分割共振子、つまり、分割共振子１１ａを大容量または大面積に設けることで、電流密度を低減させて耐電力性および低歪性を確保してもよい。また、分割共振子１１ｂを端子Ｐ１から見たマルチプレクサ２の整合に適した容量に設けてもよい。
以上、本発明の実施の形態に係るマルチプレクサについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、実施の形態ではデュプレクサの例を挙げて説明したが、本発明の適用は、デュプレクサには限られない。例えば、単に周波数帯域が異なる複数の信号を分波および合波するダイプレクサ、トリプレクサ、クアッドプレクサなどに適用されてもよい。
本発明は、付加回路を有するマルチプレクサとして、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
１、２、３、４、７ マルチプレクサ
１０、６０ 送信フィルタ回路
１１、１２、１３、１４、６１、６２、６３、６４、７１、７２ 直列共振子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 分割共振子
１５、１６、１７、１８、６５、６６、６７、６８、７３、７４ 並列共振子
２０、７０ 受信フィルタ回路
３０ 付加回路
３１ 共振子群
３２、８２ キャパシタ
３３、３４、５０ ＩＤＴ電極
４１、４２、４３、４４、９１、９２ インダクタ
５０ａ、５０ｂ 櫛歯状電極
５１ａ、５１ｂ 電極指
５２ａ、５２ｂ バスバー電極
５３ 電極層
５４ 保護層
５９ 圧電基板
７５ 縦結合共振子型フィルタ
７６、７７、８１ 縦結合型共振器
８０ キャンセル回路
Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２ 端子

Claims (3)

  1. 共通端子と第１端子とに接続された第１フィルタ回路と、
    前記共通端子と第２端子とに接続された第２フィルタ回路と、
    前記第１フィルタ回路の一部と並列に接続された付加回路と、を備え、
    前記第１フィルタ回路は、前記共通端子と前記第１端子とを結ぶ信号経路上に配置された１以上の直列共振子と前記信号経路上の対応するノードとグランドとの間に配置された１以上の並列共振子とを有し、前記１以上の直列共振子のうち前記第１端子に最も近い直列共振子は、前記ノードのいずれも介することなく直列接続された複数の分割共振子によって構成され、
    前記付加回路は、圧電基板において、弾性波伝搬方向に並置された複数のＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極からなる共振子群とキャパシタとを有し、前記共振子群の一端は前記キャパシタを介して前記共通端子に接続され、前記共振子群の他端は隣接する前記分割共振子の間の前記信号経路にキャパシタを介さずに接続され、
    前記第１端子に最も近い前記直列共振子は、３以上の分割共振子によって構成され、
    前記共振子群の前記他端は、前記分割共振子のうち前記第１端子に最も近い前記分割共振子以外の２の前記分割共振子の間の前記信号経路に接続される、
    マルチプレクサ。
  2. 前記共振子群の前記他端と前記第１端子との間に位置する前記分割共振子のうち少なくとも２つの分割共振子は、容量および前記圧電基板における面積の少なくとも一方において互いに異なる、
    請求項１に記載のマルチプレクサ。
  3. 前記共振子群の前記他端と前記第１端子との間に位置する前記分割共振子のうち、前記第１端子に最も近い前記分割共振子が、前記容量および前記圧電基板における前記面積の少なくとも一方において、最も大きい、
    請求項２に記載のマルチプレクサ。
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