JPS5837727B2 - frequency selection device - Google Patents

frequency selection device

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JPS5837727B2
JPS5837727B2 JP14423082A JP14423082A JPS5837727B2 JP S5837727 B2 JPS5837727 B2 JP S5837727B2 JP 14423082 A JP14423082 A JP 14423082A JP 14423082 A JP14423082 A JP 14423082A JP S5837727 B2 JPS5837727 B2 JP S5837727B2
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JP
Japan
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frequency
signal
pump
surface acoustic
acoustic wave
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JP14423082A
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Japanese (ja)
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JPS5844810A (en
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昭一 皆川
宣夫 御子柴
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KURARION KK
Original Assignee
KURARION KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/0296Surface acoustic wave [SAW] devices having both acoustic and non-acoustic properties
    • H03H9/02976Surface acoustic wave [SAW] devices having both acoustic and non-acoustic properties with semiconductor devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弾性表面波を用いた周波数選択装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a frequency selection device using surface acoustic waves.

信号から特定の周波数成分を選択するための周波数選択
装置における周波数選択素子として、従来から、(l)
電気的なインダクタンス(コイル)と容量(コンデンサ
)による共振回路、(2)機械的な共振を用いたもの(
メカニカルフィルタ)、(3)圧電体のバルク共振を用
いたもの(セラミックフイルタ、水晶フィルタ)、(4
)弾性表面波フィルタ、共振器などが知られている。
Conventionally, (l) has been used as a frequency selection element in a frequency selection device for selecting a specific frequency component from a signal.
(2) A resonant circuit using electrical inductance (coil) and capacitance (capacitor), (2) A circuit using mechanical resonance (
mechanical filters), (3) those using piezoelectric bulk resonance (ceramic filters, crystal filters), (4
) Surface acoustic wave filters, resonators, etc. are known.

これらの内、(1)のものは選択周波数が広い範囲に旦
って可変にできるという利点がある反面、素子の抵抗成
分のために、選択度Qを大きくとることが難しく、また
、温度変化によって選択周波数が変化し易いという欠点
があった。
Among these, (1) has the advantage that the selection frequency can be varied over a wide range, but it is difficult to obtain a large selectivity Q due to the resistance component of the element, and The disadvantage is that the selected frequency is likely to change.

一方、(2)〜(4)のものは、選択度Qを大きくとる
ことは比較的簡単であるという利点がある反面、本質的
に固定周波数選択素子であるため、可変にできる周波数
範囲は狭いという欠点があった。
On the other hand, the items (2) to (4) have the advantage that it is relatively easy to increase the selectivity Q, but on the other hand, because they are essentially fixed frequency selection elements, the frequency range that can be varied is narrow. There was a drawback.

本発明の目的は、可変にできる周波数範囲を広くとるこ
とができるとともに、選択度Qを著るしく大きくするこ
とができる周波数選択装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a frequency selection device that can widen the variable frequency range and significantly increase the selectivity Q.

このような目的を達戒するために、本発明では、音波伝
播線路上に設けられた、少なくとも1個の弾性表面波ト
ランスジューサに近接して、少なくとも1個の反射電極
を設け、この反射電極に印加する交流電気信号によるパ
ラメトリック相互作用によって選択された周波数成分を
反射させることによって、周波数選択を行なうようにし
たことに特徴がある。
In order to achieve such an objective, the present invention provides at least one reflective electrode in close proximity to at least one surface acoustic wave transducer provided on the acoustic wave propagation line, and the reflective electrode is The feature is that frequency selection is performed by reflecting frequency components selected by parametric interaction with applied alternating current electrical signals.

以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明による周波数選択装置の一実施例の構
成を示すものである。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of a frequency selection device according to the present invention.

図において、1は信号入力トランスジューサ、2は信号
出力トランスジューサ、3および4はポンプ電極、5は
圧電膜、6は絶縁膜、7は半導体基板、8および9は弾
性表面波吸収材、10はポンプ電源、11は直流阻止用
コンデンサ、12は交流阻止用インダクタ、13は直流
バイアス電源を示す。
In the figure, 1 is a signal input transducer, 2 is a signal output transducer, 3 and 4 are pump electrodes, 5 is a piezoelectric film, 6 is an insulating film, 7 is a semiconductor substrate, 8 and 9 are surface acoustic wave absorbers, and 10 is a pump 11 is a DC blocking capacitor, 12 is an AC blocking inductor, and 13 is a DC bias power source.

このような装置を製作するに際しては、シリコンSiな
どからなる半導体基板T上に、熱酸化により、シリコン
酸化膜SiO2などの絶縁膜6を形成し、その上に、ス
パツタ法等により酸化亜鉛ZnOなどの圧電膜5を付着
させる。
When manufacturing such a device, an insulating film 6 such as a silicon oxide film SiO2 is formed by thermal oxidation on a semiconductor substrate T made of silicon Si, etc., and a film such as zinc oxide ZnO or the like is deposited thereon by a sputtering method or the like. A piezoelectric film 5 is attached.

さらに、その上にアルミニウムA7等の金層を蒸発し、
フォトエッチングにより各電極1〜4を形成する。
Furthermore, a gold layer such as aluminum A7 is evaporated on top of it,
Each electrode 1 to 4 is formed by photo-etching.

圧電膜表面中央部に形成される電極1および2は櫛形電
極で、信号人力および信号出力トランスジューサを構成
している。
Electrodes 1 and 2 formed at the center of the surface of the piezoelectric film are comb-shaped electrodes, and constitute a signal input and signal output transducer.

また、この電極1および2に近接して、周辺部に形成さ
れる電極3および4はポンプ電極で交流阻止用インダク
タ12を介して直流バイアス電源13に接続されるとと
もに、直流阻止用コンデンサ11を介してポンプ電源1
0に接続されているまた、圧電膜5の音波伝播線路の両
端面には弾性表面波吸収材8および9が配列されている
Further, electrodes 3 and 4 formed in the vicinity of electrodes 1 and 2 are pump electrodes connected to a DC bias power supply 13 via an AC blocking inductor 12, and connected to a DC blocking capacitor 11. Pump power supply 1 through
Furthermore, surface acoustic wave absorbers 8 and 9 are arranged on both end faces of the sound wave propagation line of the piezoelectric film 5.

なお、圧電膜5の材料としては、酸化亜鉛ZnOに限ら
ず、ニオブ酸リチウムLiN603、窒化アルミニウム
A7N.硫化カドミウムCdS.硫化亜鉛Zn8などの
圧電体材料を使用でき、また、半導体基板7としては、
P型、N型半導体のいずれかを用いてもよく、P型、N
型のそれぞれに対応させて直流バイアス電源13の電圧
の極性を、半導体基板7の表面に適当な空間電荷層容量
が生ずるような極性とすればよい。
Note that the material of the piezoelectric film 5 is not limited to zinc oxide ZnO, but also lithium niobate LiN603, aluminum nitride A7N. Cadmium sulfide CdS. A piezoelectric material such as zinc sulfide Zn8 can be used, and as the semiconductor substrate 7,
Either P-type or N-type semiconductor may be used, and P-type or N-type semiconductor may be used.
The polarity of the voltage of the DC bias power supply 13 may be set to a polarity such that an appropriate space charge layer capacitance is generated on the surface of the semiconductor substrate 7 in accordance with each type.

さらに、図では、半導体基板7と圧電膜5の間に安定化
膜としての絶縁膜6を介在させているが圧電膜の材質に
よっては、この絶縁膜6を省略することもでき、また、
圧電体基板上に半導体膜を付着させたものを用いること
もできる。
Further, in the figure, an insulating film 6 as a stabilizing film is interposed between the semiconductor substrate 7 and the piezoelectric film 5, but depending on the material of the piezoelectric film, this insulating film 6 may be omitted.
It is also possible to use a piezoelectric substrate with a semiconductor film attached thereto.

上述したような構戒において、直流バイアス電源13に
よって、直流バイアス電圧をポンプ電極3および4に印
加し、これら電極3および4直下の半導体基板7の表面
に適当な空間電荷層容量が生ずるようにする。
In the configuration described above, a DC bias voltage is applied to the pump electrodes 3 and 4 by the DC bias power supply 13 so that an appropriate space charge layer capacitance is generated on the surface of the semiconductor substrate 7 directly under these electrodes 3 and 4. do.

また、選択希望周波数fの2倍の周波数2fのポンプ電
圧を生ずるポンプ電源10の出力を直流阻止用コンデン
サ11を通してポンプ電極3および4に印加し、半導体
基板7表面の空間電荷層容量をポンプ電圧の周波数2f
で励振する。
Further, the output of the pump power supply 10 that generates a pump voltage with a frequency 2f that is twice the selected desired frequency f is applied to the pump electrodes 3 and 4 through the DC blocking capacitor 11, and the space charge layer capacitance on the surface of the semiconductor substrate 7 is increased by the pump voltage. frequency 2f of
Excite with

この容量は印加する電圧に応じて変化するため、周波数
2fで変化することになる。
Since this capacitance changes depending on the applied voltage, it changes at a frequency of 2f.

一方、充分に帯域の広い信号入力トランスジューサ1の
端子1′に入力電気信号を印加すると、その入力信号は
、弾性表面波信号に変換されて、圧電膜5の表面を図の
左右に伝播する。
On the other hand, when an input electrical signal is applied to the terminal 1' of the signal input transducer 1 having a sufficiently wide band, the input signal is converted into a surface acoustic wave signal and propagates on the surface of the piezoelectric film 5 to the left and right in the figure.

入力トランスジューサ1から図の左方へ伝播する弾性表
面波のうちで、周波数fの成分は、ポンプ電極3を伝播
している時に、その圧電ポテンシャルが基板表面の空間
電荷層容量非線形効果によりポンプ電圧とパラメトリッ
ク相互作用を行なうために、増幅される。
Among the surface acoustic waves propagating from the input transducer 1 to the left in the figure, the frequency f component is propagated through the pump electrode 3, and its piezoelectric potential increases the pump voltage due to the nonlinear effect of the space charge layer capacitance on the substrate surface. is amplified to perform parametric interaction with

同時に、ポンプ電極3から図の右方に伝播する、入力信
号の大きさに対応した周波数fの弾性表面波が発生する
At the same time, a surface acoustic wave with a frequency f corresponding to the magnitude of the input signal is generated, which propagates from the pump electrode 3 to the right in the figure.

この弾性表面波は図の右方に伝播され、信号出力トラン
スジューサ2により再び電気信号に変換され、その端子
2′から希望周波数fの信号が出力される。
This surface acoustic wave is propagated to the right in the figure and is again converted into an electrical signal by the signal output transducer 2, and a signal of the desired frequency f is output from its terminal 2'.

同様に、入力トランスジューサ1から図の右方に伝播さ
れた弾性表面波の内、周波数fの成分の信号の大きさに
対応した周波数fの反射波がポンプ電極4から図の左方
に伝播され、出力トランスジューサ2により電気信号に
変換される。
Similarly, among the surface acoustic waves propagated from the input transducer 1 to the right in the figure, a reflected wave with a frequency f corresponding to the magnitude of the signal of the frequency f component is propagated from the pump electrode 4 to the left in the figure. , is converted into an electrical signal by the output transducer 2.

すなわち、ポンプ電極3および4により反射される弾性
表面波は、主に周波数fの成分であり、その大きさは入
力信号に対応し、また、ポンプ電圧およびバイアス電圧
の大きさに依存している。
That is, the surface acoustic waves reflected by the pump electrodes 3 and 4 are mainly components of frequency f, the magnitude of which corresponds to the input signal and also depends on the magnitudes of the pump voltage and bias voltage. .

したがって、出力トランスジューサ2の出力の周波数特
性は第2図aのようになり、極めて選択度Qの大きな周
波数選択ができる。
Therefore, the frequency characteristic of the output of the output transducer 2 becomes as shown in FIG. 2a, and frequency selection with extremely high selectivity Q is possible.

また、ポンプ電源10のポンプ電圧周波数2fを変化さ
せることにより、出力トランスジューサ2から取り出さ
れる通過帯域中心周波数fを可変させることができる。
Further, by changing the pump voltage frequency 2f of the pump power supply 10, the passband center frequency f extracted from the output transducer 2 can be varied.

なお、ポンプ電極3および4から図の左および右にそれ
ぞれ伝播される通過弾性表面波は弾性表面波吸収材8お
よび9で吸収される。
Note that the passing surface acoustic waves propagated from the pump electrodes 3 and 4 to the left and right in the figure, respectively, are absorbed by the surface acoustic wave absorbers 8 and 9.

第3図〜第6図はそれぞれ本発明による周波数選択装置
の他の実施例の概略構或を示すものである。
3 to 6 each show a schematic structure of another embodiment of the frequency selection device according to the present invention.

第3図の例では、1個の弾性表面波トランスジューサ1
4の両側に近接して、ポンプ電源10の交流ポンプ電圧
のみを印加する反射電極(ポンプ電極)3および4を配
列し、トランスジューサ14の周波数による電気インピ
ーダンスの変化を利用するようになっている。
In the example of FIG. 3, one surface acoustic wave transducer 1
Reflective electrodes (pump electrodes) 3 and 4, which apply only the AC pump voltage of the pump power supply 10, are arranged close to both sides of the pump power source 10 to utilize changes in electrical impedance depending on the frequency of the transducer 14.

第4図の例では、弾性表面波トランスジューサとしての
入力および出力トランスジューサ1および2に近接して
、一方側に機械的反射を行なう周期的な凹凸部材20を
配夕1ル、他方側に、ポンプ電源10からの交流電圧を
印加する反射電極4を設けている。
In the example of FIG. 4, a mechanically reflecting periodic concavo-convex member 20 is arranged on one side in the vicinity of input and output transducers 1 and 2 as surface acoustic wave transducers, and a pump on the other side. A reflective electrode 4 to which an AC voltage from a power source 10 is applied is provided.

第5図の実施例は、2つの希望周波数f1,f2を選択
するもので、2つのポンプ電極3および4に別個のポン
プ電源15および16を接続し、それぞれのポンプ電源
15および16のポンプ電圧周波数を2f1および2f
2にした例である。
In the embodiment shown in FIG. 5, two desired frequencies f1 and f2 are selected. Separate pump power supplies 15 and 16 are connected to the two pump electrodes 3 and 4, and the pump voltage of each pump power supply 15 and 16 is frequency to 2f1 and 2f
This is an example where the number is set to 2.

それによって、出力トランスジューサ2から取り出され
る出力の周波数特性は第2図bのようになる。
As a result, the frequency characteristic of the output taken out from the output transducer 2 becomes as shown in FIG. 2b.

第6図の実施例は、出力トランスジューサ2の出力端子
2′への出力を帰還回路17に通して直流バイアス電源
13およびポンプ電源10に帰還し、反射電極としての
ポンプ電極3および4に加える直流バイアス電圧の大き
さおよび交流電圧の大きさ、周波数を変化させ、出力信
号の振幅制御および周波数制御を行なう例である。
In the embodiment shown in FIG. 6, the output to the output terminal 2' of the output transducer 2 is passed through a feedback circuit 17 to be fed back to the DC bias power supply 13 and the pump power supply 10, and the DC current is applied to the pump electrodes 3 and 4 as reflective electrodes. This is an example in which the amplitude and frequency of the output signal are controlled by changing the magnitude of the bias voltage and the magnitude and frequency of the AC voltage.

この場合、帰還信号を電源13および10のいずれか一
方に印加するようにしてもよい。
In this case, the feedback signal may be applied to either one of power supplies 13 and 10.

なお、上述した第6図の装置は第4図および第5図の構
成の装置にも適用できることは言うまでもない。
It goes without saying that the device shown in FIG. 6 described above can also be applied to the devices having the configurations shown in FIGS. 4 and 5.

また、上述した実施例では、反射電極の構造として均一
厚さのものを使用する場合について述べたが、反射電極
の構造を周期的構造、例えば櫛形構造にしてもよい。
Further, in the above-described embodiments, a case was described in which a reflective electrode having a uniform thickness is used, but the reflective electrode may have a periodic structure, for example, a comb-shaped structure.

なお、その場合には、ポンプ電源の周波数は必ずしも選
択希望周波数の2倍にはならない。
Note that in that case, the frequency of the pump power source is not necessarily twice the selected desired frequency.

さらに、上述した実施例では、2つの弾性表頂波トラン
スジューサの外側に反射電極を設けるようにしたが、そ
れらの間に設けるようにしてもよいO 以上述べたように、本発明によれば、ポンプ電源の周波
数を変えるだけで選択周波数の範囲を広範に変化でき、
また、選択周波数の選択度を著るしく大きくできる。
Further, in the above-described embodiment, the reflective electrode is provided outside the two elastic surface acoustic wave transducers, but it may also be provided between them.As described above, according to the present invention, The selected frequency range can be changed over a wide range simply by changing the frequency of the pump power supply.
Furthermore, the selectivity of the selected frequency can be significantly increased.

さらに、選択周波数の安定度は外部発振器の安定度で決
定できるので、非常に高安定にすることができる。
Furthermore, since the stability of the selected frequency can be determined by the stability of the external oscillator, it can be made extremely stable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による周波数選択装置の一実旅例の構成
図、第2図は本発明による周波数特性の一例を示す特性
図、第3図〜第6図はそれぞれ本発明による周波数選別
装置の他の実施例の概略横成図である。 1は信号トランスジューサ、2は信号出力トランスジュ
ーサ、3,4はポンプ電極、5は圧電膜10はポンプ電
源、13は直流バイアス電源を示す。
FIG. 1 is a block diagram of an example of a frequency selection device according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of frequency characteristics according to the present invention, and FIGS. 3 to 6 are respectively diagrams of a frequency selection device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic horizontal diagram of another embodiment of the invention. 1 is a signal transducer, 2 is a signal output transducer, 3 and 4 are pump electrodes, 5 is a piezoelectric film 10 which is a pump power source, and 13 is a DC bias power source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧電素子上に形成される音波伝播線路上に、信号入
力及び信号出力弾性表面波トランスジューサを配列′シ
、かつ両弾性表面波トランスジューサ間以外の前記音波
伝播線路上に、反射電極を配列し、該反射電極に直流信
号及び交流信号を印加する手段を設けたことを特徴とす
る周波数選択装置。 2 前記信号出力弾性表面波トランスジューサの出力の
帰還信号により、前記反射電極lこ印加される直流信号
および交流信号の少なくとも一方を制御するようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の周波数選
択装置。
[Scope of Claims] 1. Signal input and signal output surface acoustic wave transducers are arranged on a sound wave propagation line formed on a piezoelectric element, and on the sound wave propagation line other than between both surface acoustic wave transducers, A frequency selection device characterized in that reflective electrodes are arranged and means for applying a DC signal and an AC signal to the reflective electrodes is provided. 2. According to claim 1, at least one of a DC signal and an AC signal applied to the reflective electrode is controlled by a feedback signal of the output of the signal output surface acoustic wave transducer. frequency selection device.
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