JPH1174756A - 多段接続型弾性表面波フィルタ - Google Patents
多段接続型弾性表面波フィルタInfo
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Abstract
に関し、カスケード接続部に外部回路を付加せずに、寄
生容量の低減、インピーダンス不整合の低減を図ること
を課題とする。 【解決手段】 一つの圧電基板上に形成された複数個の
弾性表面波フィルタと、各弾性表面波フィルタを電気的
に多段接続する接続部からなり、前記弾性表面波フィル
タが、弾性表面波を励振する励振部と、その励振部の両
側に配置されかつ電気信号の入出力端子となる2つの信
号端子部とから形成されるインターデジタルトランスデ
ューサを備え、前記信号端子部の一方が前記接続部と接
続され、かつこの一方の信号端子部と弾性表面波フィル
タの接地点との間に形成される寄生容量が0.01pF
以下となるように、一方の信号端子部の電極面積を設定
したことを特徴とする。
Description
ルタに関し、特に複数の弾性表面波フィルタを多段接続
(カスケード接続)した構成を持つ弾性表面波フィルタ
に関する。
信回路のフィルタとして、弾性表面波フィルタが盛んに
用いられている。弾性表面波フィルタは、圧電基板上
に、インターデジタルトランスデューサ(以下、IDT
と呼ぶ)とIDTの両端に配置した反射器とからなる電
極パターンを形成して構成される。この電極パターン内
に、弾性表面波が励起される。また、弾性表面波フィル
タを縦属接続した、いわゆる多段接続型の弾性表面波フ
ィルタが提案されている。
フィルタの構成図を示す。このフィルタは、横結合型の
弾性表面波フィルタ(109,110)を金属電極膜
(カスケード接続部102)によって縦属接続したもの
である。IDT107は、通常一定間隔で配置された複
数の電極指から構成される励振部と、その上下方向の両
側に配置される端子側バスバー103と接続側バスバー
104とからなる。弾性表面波フィルタのIDTの一例
として、電極指の線幅及び電極指の間隔を3.2μm,
IDTの電極周期λを12.8μm,端子側バスバー1
03及び接続側バスバー104の図面の上下方向の幅を
15λ程度としたものが開発されている。
ルタの回路ブロック図を示す。図13のフィルタチップ
113が、図12の圧電基板100上に形成された弾性
表面波フィルタに対応する。通常、外部回路とのインピ
ーダンス整合をとるために、フィルタチップ113の入
力側及び出力側には整合回路111,112が付加され
る。また、このように、カスケード接続部102で接続
された構成の弾性表面波フィルタでは、カスケード接続
部102においても、インピーダンスの不整合が生じる
ことが多く、この部分において表面弾性波の伝搬損失が
極めて大きい。
インピーダンス整合をとるために、図12,図13に示
すような外部回路(図中のインダクタL)が付加され
る。この外部回路については、種々の回路が提案されて
いる(特開平5−129884号公報,特開平6−27
6046号公報,特開平6−310978号公報,特開
平7−7369号公報,特開平7−22891号公報,
特開平7−22892号公報)。
合用の回路はいずれもフィルタチップの外部に付加され
るため、この外部回路を含めたフィルタの面積は大きく
なり、また回路素子数が増加するためにフィルタ全体の
コストが高くなっていた。
て、インピーダンスの不整合が生じるのは、各弾性表面
波フィルタの入力インピーダンス及び出力インピーダン
スに容量成分が並列に含まれているからである。この容
量成分の原因としては、各弾性表面波フィルタ内に存在
する「寄生容量」があげられる。
部分における寄生容量の説明図を示す。IDTは、中央
部分でくし歯形状に交差した複数の電極指からなる電極
指部とその両側に配置されるバスバー115とから構成
される。また、IDTは、圧電基板100上に形成さ
れ、フィルタチップのパッケージ底面114とは、電気
的に絶縁されている。
だ部分116及び117に存在すると考えられる。すな
わち、寄生容量の一つ(117)はIDTのバスバー1
15とパッケージ底面114との間に形成される平板コ
ンデンサの容量であり、もう一つ(116)は、IDT
の電極指部の各電極指の先端とこの先端に隣接する電極
指のバスバーとの接続部分の付近に存在する容量であ
る。このような寄生容量を低減できれば、カスケード接
続部102におけるインピーダンス不整合を減らすこと
ができる。
なされたものであり、複数の弾性表面波フィルタをカス
ケード接続して構成された多段接続型弾性表面波フィル
タにおいて、カスケード接続部に外部回路を付加せず
に、寄生容量を低減し、カスケード接続部におけるイン
ピーダンス不整合を減らすことを課題とする。
基板上に形成された複数個の弾性表面波フィルタと、各
弾性表面波フィルタを電気的に多段接続する接続部から
なり、前記各弾性表面波フィルタ及び接続部に内在する
寄生容量を所定値以下となるように、寄生容量を形成す
る電極の面積を設定したことを特徴とする多段接続型弾
性表面波フィルタを提供するものである。
表面波を励振する励振部と、その励振部の両側に配置さ
れかつ電気信号の入出力端子となる2つの信号端子部と
から形成されるインターデジタルトランスデューサを備
え、前記信号端子部の一方が前記接続部と接続されかつ
この一方の信号端子部と弾性表面波フィルタの接地点と
の間に形成される寄生容量を所定値以下、たとえば0.
01pF以下とすることが好ましい。
面波を励振する励振部と、その励振部の両側に配置され
かつ電気信号の入出力端子となる2つの信号端子部とか
ら形成されるインターデジタルトランスデューサを備
え、前記励振部が、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向
に前記2つの信号端子部から交互に延伸された複数個の
電極指から構成され、弾性表面波の伝搬方向に平行な方
向から見て各電極指が交差している部分の電極指の横幅
よりも、信号端子部と接しかつ各電極指が交差していな
い部分の電極指の横幅を小さくしてもよい。
の表面に弾性表面波を発生できる材料であればよく、従
来から用いられているようなLiTaO3,LiNb
O3,Li2B4O 7を利用してもよいが、比誘電率が小さ
く、入力インピーダンスの調整の幅が小さい水晶のとき
に特に効果が大きい。弾性表面波フィルタは、水晶基板
上で、多段接続して使用されることが多い横結合型多重
モードフィルタを用いた時に特に効果が大きいが、縦結
合型の弾性表面波フィルタや、トランスバーサル型フィ
ルタを用いても同様の効果が得られる。
接続部は、金属導電膜で形成され、その金属材料として
は、アルミニウムAl、金Au、銅Cu、チタンTiな
どを用いることができる。IDTを構成する2つの信号
端子部のうち、一方の信号端子部は接続部に電気的に接
続されるが、この一方の信号端子部と弾性表面波フィル
タの接地点との間に、「寄生容量」が形成されている。
ここで弾性表面波フィルタの接地点は、たとえば圧電基
板が設置される金属パッケージであり、IDT等が形成
される圧電基板の表面とは反対に存在する。この他、寄
生容量は、弾性表面波フィルタの種々の部位と地気(グ
ランド)との間で形成される可能性がある。
ような2つの部位(116,117)に形成される寄生
容量の低減を対象とする。すなわち、第1の寄生容量1
17は、IDTの一方の信号端子部と弾性表面波フィル
タの接地点との間に形成されるものであり、第2の寄生
容量116は、IDTを構成する各電極指の先端と、こ
の先端に隣接する電極指が接続される信号端子部付近と
の間に形成されるものである。
めには、前記一方の信号端子部の面積は、できるだけ小
さいことが好ましい。
117を低減させるための多段接続型弾性表面波フィル
タの構成図を示す。ただし、この構成に限定されるもの
ではない。 これは2つの横結合型多重モードフィルタ
15、16を、カスケード接続部8を介して2段接続し
たものである。1段目の横結合型多重モードフィルタ1
5は信号入力側の弾性表面波フィルタであり、入力端子
4から電気信号が入力される。フィルタ15の中央部分
は、入力側IDT1であり、その両側に反射器2、3が
配置される。IDT1は、複数の電極指6からなる励振
部と、2つの信号端子部5、7とから構成される。
下端子側バスバー5と呼ぶ。カスケード接続部8に接続
された信号端子部は、以下接続側バスバー7と呼ぶ。横
結合型多重モードフィルタ16及び出力側IDT12に
ついても同様の構成を持つが、出力端子11は、励起さ
れた弾性表面波を電気信号として出力する部分である。
また、図1のIDT1、12、反射器2、3、13、1
4、カスケード接続部8の電極パターンはすべて同一圧
電基板上に形成され、Alなどの金属膜が用いられる。
は、接続側バスバー7の電極面積を十分に小さくしたこ
とを特徴とする。図1では、IDT1、12を構成する
端子側バスバー5、10と信号側バスバー7、9は、紙
面の左右方向に長い等幅の長方形状である。したがっ
て、面積を小さくするために、接続側バスバー7、9の
紙面の上下方向の幅21、23は、端子側バスバーの幅
22、24よりも小さくする。
とグランドとの間に形成される寄生容量が低減できる。
以下、この原理について説明する。一般に図1に示した
ような横結合型多重モードフィルタは、圧電基板100
の表面上に形成され、この圧電基板は、アルミニウムな
どの金属でできた筐体の中に取り付けられる。IDT,
反射器,カスケード接続部の電極パターンが形成されて
いない圧電基板100の裏面は筐体と接しており、通
常、筐体はグランドに接続されている。
ため、第1の寄生容量117は、圧電基板を介して接続
側バスバー7、9と筐体と接する圧電基板100の裏面
との間に形成される。この第1の寄生容量は、平板コン
デンサの容量に近似することができる。一般に、平板コ
ンデンサの容量は、次式で表わされる。 C=εO・εr・S/t ……(1) ここで、Cは平板コンデンサの容量(第1の寄生容
量)、εOは真空誘電率、εrは圧電基板の比誘電率、S
は接続側バスバー7、9の電極面積、tは圧電基板の厚
みである。
バスバー7、9の電極面積Sに比例することがわかる。
したがって、接続側バスバー7、9の電極面積Sを小さ
くすれば、第1の寄生容量を低減できる。
ー7,9の幅21、23と横結合型多重モードフィルタ
15、16の入力インピーダンスに含まれる容量値との
関係のグラフを示す。圧電基板100としては、厚み
(t)が350μm程度のSTカット水晶を用い、図1
に示した横結合型の多重モードフィルタを圧電基板上に
形成させたものを用いる。また、横結合型多重モードフ
ィルタのIDT1、12及び反射器2、3、13、14
の電極周期λ=12.5μm、電極膜厚=0.36μ
m、IDT1、12の電極指の対数=250対、電極指
6の交差幅=7λ、端子側バスバー5、10の幅(2
2、24)=15λとする。
23を、15λとしたものと1λとしたものの容量値を
図2に示す。図2によれば、接続側バスバー7、9の幅
を端子側バスバー5、10と同じ(15λ)としたもの
は、容量値は約2.29pFであり、接続側バスバーの
幅を端子側バスバーよりも小さくして1λとしたもの
は、容量値は約2.23pFである。
から1λとした場合、(1)式より容量値は約0.06
pF減少することがわかり、上記実測値とほぼ一致す
る。さらに、接続側バスバー7、9の幅を1λとした場
合、まだ第1の寄生容量117は存在しているが、
(1)式よりその容量値は0.004pFと算出でき
る。
フィルタの入力インピーダンスに含まれる容量値は数p
Fのオーダーであり、このうち第1の寄生容量分(0.
004pF)は2桁以上小さいことがわかる。このよう
に、第1の寄生容量117が通常存在する入力インピー
ダンスの容量分に比べて2桁以上小さい(0.01pF
以下)ということは、第1の寄生容量をほんど無視でき
る程度に低減できたことを意味する。
ー7,9の幅21、23とカスケード接続部8の損失と
の関係のグラフを示す。この図によれば、接続側バスバ
ー7、9の幅21、23を1λとしたとき、その幅が1
5λのときに比べて約0.6dBだけ損失が減少してい
ることがわかる。すなわち、接続側バスバー7,9の幅
を減少させればインピーダンス不整合の原因となる損失
が減少する傾向にあることがわかる。
極面積を小さくすれば、損失を減少させることができ、
カスケード接続部8のインピーダンス不整合を低減でき
る。図1で示した構成は一実施例であって、これに限定
するものではなく、接続側バスバー7,9の電極面積が
十分小さければよい。すなわち、必ずしも接続側バスバ
ーの幅21、23を小さくする必要はなく、接続側バス
バーの形状も長方形形状に限る必要はない。
116(図14参照)を低減させるための弾性表面波フ
ィルタのIDTの構成図を示す。図4に示したこの発明
の第2実施形態は、図1に示した弾性表面波フィルタの
IDTに対応する部分のみを示した図であり、図1とは
電極指の根元線幅36が異なる。
及び接続側バスバー7から交互に紙面の上下方向に延伸
されているが、紙面の左右方向、すなわち励振される弾
性表面波の伝搬方向に平行な方向から見て各電極指が交
差している部分を、電極指交差部31と呼ぶ。また、交
差していない部分を、電極指非交差部32、33と呼
ぶ。
4に示すものでは、電極指非交差部32、33にある電
極指の幅(根元線幅35、36)が、電極指交差部31
にある電極指幅34よりも小さいことを特徴とする。こ
のような構成では、図4の電極指38の先端37の右側
と、この電極指38の隣りの電極指39の根元部分との
距離が図1の場合よりも長くなり、この部分に存在する
寄生容量が減少できる。
線幅と入力インピーダンスに含まれる並列容量値との関
係のグラフを示す。ここで、圧電基板としてはSTカッ
ト水晶を用い、IDTの電極周期λ=12.5μm、電
極膜厚=0.36μm、電極指交差部31の電極指幅
(34)=3.4375μm(λ/2の55%)とす
る。そして、図5は電極指非交差部32、33の根元線
幅35、36をλ/2の55%、40%、30%とした
場合のグラフを示している。
根元線幅35、36とが同じ(λ/2の55%)である
場合よりも、根元線幅35、36を電極指幅34よりも
小さくした方(λ/2の40%,30%)が、並列容量
値が0.04pFから0.07pF程度減少しているこ
とがわかる。これは、電極指の先端37と隣接する電極
指の根元部分との間に存在していた第2の寄生容量が減
少したためと考えられる。このように、外部回路を付加
することなく、電極指の幅を一部減少させることによっ
て、第2の寄生容量116を減少できる。
させることは、比誘電率が小さな水晶基板に対して特に
有効である。比誘電率の大きなLiNbO3、LiTa
O3を材料とする圧電基板では、寄生容量の低減のほか
IDTの電極指の対数や電極指の交差幅を調整すること
によっても、入力インピーダンスを変更し、インピーダ
ンス整合をとることができるからである。
減させる実施例について述べるが、この発明はこれに限
定されるものではない。
場合の弾性表面波フィルタについて、接続側バスバーの
幅を十分に小さくし、端子側バスバーよりも小さくした
実施例を示す。構成図は図1と同様とする。 圧電基板:STカット水晶、IDTの電極周期λ=1
2.5μm、電極膜厚=0.36μm、電極指の交差幅
=7λ、電極対数=250対、端子側バスバーの幅を1
5λ、接続側バスバーの幅を1λとする。また、接続側
バスバー及び端子側バスバーは長方形状であり、その紙
面の左右方向の長さは同じであるので、接続側バスバー
の電極面積は、端子側バスバーの1/15である。
1λとしたときのフィルタ特性(周波数−挿入損失)を
示す。図7に、図6と比較のために、接続側バスバーの
幅を15λとしたときのフィルタ特性を示す。
て、図6では挿入損失が約5.2dB、図7では約5.
8dBであることから、第1実施例の構成では、挿入損
失が0.6dB程度改善されているのがわかる。すなわ
ち、接続側バスバーの電極面積を端子側バスバーの電極
面積の1/15程度とすることにより、寄生容量を減ら
し、インピーダンス不整合を低減させることができる。
場合の弾性表面波フィルタについて、IDTの電極指の
根元線幅を、電極指幅よりも小さくした実施例を示す。
図8に、この発明の第2実施例の弾性表面波フィルタの
構成図を示す。 圧電基板:STカット水晶、IDTの電極周期λ=1
2.5μm、電極膜厚=0.36μm、電極指の交差幅
=7λ、IDTの電極対数=250対、反射器の電極数
=120本、接続側バスバー及び端子側バスバーの幅=
15λとする。また、図4に示したように、電極指交差
部31でのIDTの電極指幅34はλ/2の55%と
し、IDTの電極指の根元線幅35、36を電極指幅3
4よりも小さい幅(λ/2の40%)とする。
並列容量は、図5に示したものと同じグラフとなる。す
なわち、根元線幅を小さくすれば、電極指の線幅を小さ
くしない(λ/2の55%)場合よりも並列容量は小さ
くなる。これは、寄生容量が減少することを意味する。
の根元線幅に対するフィルタ挿入損失のグラフを示す。
図9より、電極指の根元線幅35、36を電極指幅34
よりも小さくした場合(電極指幅34=λ/2の55%
に対して、根元線幅35、36=λ/2の40%)、フ
ィルタの挿入損失は、0.2〜0.3dB減少している
ことがわかる。
がλ/2の40%のときに、並列容量及びフィルタ挿入
損失が最小となっているのがわかる。このように、第2
実施例では、IDTの電極指の根元線幅をIDTの電極
指交差部の電極指幅よりも小さくすれば、寄生容量が減
少しフィルタの挿入損失も改善できるため、インピーダ
ンス不整合を低減できる。
れも横結合型多重モードフィルタの構成であるが、縦結
合型の多重モードフィルタでも、同様に寄生容量の低減
及びインピーダンスの不整合の低減が可能である。図1
0に、縦結合型多重モードフィルタにおいて、接続側バ
スバーの電極面積を縮小(たとえば1λ程度)した構成
図を示す。ここで、各弾性表面波フィルタは2つのID
Tで構成され、一方のIDTどおしが、接続部の金属電
極膜によって接続されている。電極面積を縮小するため
には、たとえば、接続側バスバーの幅を1λ程度とすれ
ばよい。
おいて、IDTの電極指の非交差部の根元線幅を、ID
Tの電極指の交差部の電極指幅よりも細くした構成図を
示す。図10、図11に示した縦結合型多重モードフィ
ルタの場合も、IDTの各構成寸法を第1、第2実施例
と同様にすれば、図2、図3、図5、図9と同様の特性
が得られ、寄生容量の低減、インピーダンス不整合の低
減が図られる。
性表面波フィルタ及び接続部に内在する寄生容量を所定
値以下となるようにしているので、インピーダンス不整
合を低減することができる。
バスバーの電極の面積を十分に小さくし、端子側バスバ
ーの電極面積よりも小さくしているので、従来のフィル
タ構成より接続側バスバーと弾性表面波フィルタの接地
点との間に形成される寄生容量が低減できる。さらに、
IDTを構成する電極指の非交差部の根元線幅を、交差
部の電極指の横幅よりも小さくしているので、IDTに
内在する寄生容量が低減できる。
成図である。
ンピーダンスに含まれる容量値の関係グラフである。
関係グラフである。
図である。
の関係グラフである。
時の周波数−挿入損失特性グラフである。
入損失特性である。
ルタの構成図である。
幅と挿入損失の関係グラフである。
タの構成図(接続側バスバーの面積を小さくした場合)
である。
タの構成図(IDTの電極指の根元線幅を小さくした場
合)である。
構成図である。
である。
寄生容量の説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 一つの圧電基板上に形成された複数個の
弾性表面波フィルタと、各弾性表面波フィルタを電気的
に多段接続する接続部からなり、前記弾性表面波フィル
タが、弾性表面波を励振する励振部と、その励振部の両
側に配置されかつ電気信号の入出力端子となる2つの信
号端子部とから形成されるインターデジタルトランスデ
ューサを備え、 前記信号端子部の一方が前記接続部と接続され、かつこ
の一方の信号端子部と弾性表面波フィルタの接地点との
間に形成される寄生容量が0.01pF以下となるよう
に、一方の信号端子部の電極面積を設定したことを特徴
とする多段接続型弾性表面波フィルタ。 - 【請求項2】 一つの圧電基板上に形成された複数個の
弾性表面波フィルタと、各弾性表面波フィルタを電気的
に多段接続する接続部からなり、前記弾性表面波フィル
タが、弾性表面波を励振する励振部と、その励振部の両
側に配置されかつ電気信号の入出力端子となる2つの信
号端子部とから形成されるインターデジタルトランスデ
ューサを備え、前記信号端子部の一方が前記接続部と接
続され、前記接続部と接続された一方の信号端子部の電
極の面積を、この一方の信号端子部が含まれるインター
デジタルトランスデューサの他方の信号端子部の電極の
面積よりも小さくしたことを特徴とする多段接続型弾性
表面波フィルタ。 - 【請求項3】 前記一方の信号端子部の電極の面積が、
前記他方の信号端子部の電極の面積の1/15以下であ
ることを特徴とする請求項2記載の多段接続型弾性表面
波フィルタ。 - 【請求項4】 一つの圧電基板上に形成された複数個の
弾性表面波フィルタと、各弾性表面波フィルタを電気的
に多段接続する接続部からなり、前記弾性表面波フィル
タが、弾性表面波を励振する励振部と、その励振部の両
側に配置されかつ電気信号の入出力端子となる2つの信
号端子部とから形成されるインターデジタルトランスデ
ューサを備え、 前記励振部が、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に前
記2つの信号端子部から交互に延伸された複数個の電極
指から構成され、弾性表面波の伝搬方向に平行な方向か
ら見て各電極指が交差している部分の電極指の幅より
も、信号端子部と接しかつ各電極指が交差していない部
分の電極指の幅を小さくしたことを特徴とする多段接続
型弾性表面波フィルタ。 - 【請求項5】 前記弾性表面波フィルタが、横結合型多
重モードフィルタであることを特徴とする請求項1から
4に記載したいずれかの多段接続型弾性表面波フィル
タ。 - 【請求項6】 前記圧電基板が水晶であることを特徴と
する請求項1から5に記載したいずれかの多段接続型弾
性表面波フィルタ。
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