KR100434609B1 - 탄성표면파 필터장치 - Google Patents

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KR100434609B1
KR100434609B1 KR10-2002-0004381A KR20020004381A KR100434609B1 KR 100434609 B1 KR100434609 B1 KR 100434609B1 KR 20020004381 A KR20020004381 A KR 20020004381A KR 100434609 B1 KR100434609 B1 KR 100434609B1
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

통과대역 저역측의 필터특성의 급준성(急峻性)이 우수하고, 저지역에 있어서의 감쇠량을 충분한 크기로 할 수 있는, 탄성표면파 필터장치를 제공한다.
일단자쌍 탄성표면파 공진자로 이루어지는 복수의 직렬팔 공진자(111a, 111b) 및 복수의 병렬팔 공진자(112a ~ 112c)를 구비하는 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터장치로서, 입력단(100A) 또는 출력단(100B)에 접속된 제 1의 병렬팔 공진자(112a, 112c)의 정전용량(Cp1)과, 직렬팔 공진자(112a, 112b) 사이의 접속점 (A)에 접속된 제 2의 병렬팔 공진자(112b)의 정전용량(Cp2)이, Cp1×2〈Cp2의 관계에 있고, 인덕턴스(113b)가 인덕턴스(113a, 113c) 이하로 되어 있는, 탄성표면파 필터장치(100).

Description

탄성표면파 필터장치{SURFACE-ACOUSTIC-WAVE FILTER DEVICE}
본 발명의 복수의 일단자쌍 탄성표면파 소자를 이용하여 구성된 탄성표면파 필터장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사다리형 회로를 구성하도록 복수의 일단자쌍 탄성표면파 공진자에 의해 병렬팔 공진자 및 직렬팔 공진자가 구성되어 있는 탄성표면파 필터장치에 관한 것이다.
종래, 입력단과 출력단의 사이의 직렬팔에 탄성표면파 공진자로 이루어지는 직렬팔 공진자를 삽입하고, 직렬팔과 접지전위의 사이에 구성되는 병렬팔에 탄성표면파 공진자로 이루어지는 병렬팔 공진자를 구비하는 탄성표면파 필터가 다수 제안되어 있다. 사다리형 회로구성을 가지는 탄성표면파 필터는 손실이 작고 또한 광대역이기 때문에, 대역필터로서 이용하는 것에 적합하고 휴대전화기용 대역필터로서 폭넓게 이용되고 있다.
일본 특개평5-183380호 공보에는, 도 29에 나타내는 바와 같이, 파선으로 나타내는 단위필터(501, 502)를 영상접속함으로써, 사다리형 회로구성을 가지는 탄성표면파 필터의 정합성이 개선된다고 기술되어 있다. 또한, 단위필터란, 1개의 직렬팔 공진자와 1개의 병렬팔 공진자로 구성되는 회로부분을 말하는 것으로 한다. 도 29에 나타내는 탄성표면파 필터에서는, 3개의 단위필터(501 ~ 503)가 접속되어 있다. 여기서, 단위필터(501, 502)의 공진자를 합성한 경우, 도 30에 나타내는 바와 같이 표시된다.
도 30에 나타내는 회로구성에서는, 입력단(504)과 출력단(505)의 사이에, 직렬팔 공진자(S1, S2)가 접속되어 있고, 2개의 병렬팔에 각각, 병렬팔 공진자(P1, P2)가 설치되어 있다. 여기서, 입력단측에 위치하는 병렬팔 공진자(P1)의 용량을 Cp1, 직렬팔 공진자(S1, S2) 사이의 병렬팔에 위치하는 병렬팔 공진자(P2)의 용량을 Cp2로 하였을 때, Cp2/Cp1=2로 되어 있다.
한편, 일본 특개평11-55067호 공보에는, Cp2/Cp1이 2이상으로 되어 있고, 또한 직렬팔 공진자 사이에 존재하는 병렬팔 공진자(P2)의 일단에 접속되는 인덕턴스를 다른 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스보다 크게 한 구성이 개시되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 도 31에 나타내는 바와 같이, 통과대역보다 낮은 주파수영역 (frb ~ fra)에 있어서의 감쇠량이 확보된다고 기술되어 있다.
상기한 바와 같이, 종래 복수의 직렬팔 공진자 및 복수의 병렬팔 공진자를 가지는 사다리형 탄성표면파 필터에서는, 병렬팔 공진자의 정전용량에 관해서는 임피던스정합을 중시하는 경우 Cp2/Cp1=2로 설정하면 바람직하다는 것, 통과대역보다 저역측의 감쇠량을 확보하기에는 Cp2/Cp1을 1:2 이상으로 하고, 또한 직렬팔 공진자 사이에 위치하고 있는 병렬팔의 병렬팔 공진자의 일단에 접속되는 인덕턴스를 다른 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스보다 크게 하면 바람직하다는 것이 알려져 있다.
그러나, 일본 특개평5-183380호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, Cp2/Cp1=2로 한 경우에는, 통과대역보다도 저역측에 있는 필터특성의 급준성(急峻性)이 손상된다는 문제가 있다. 저역측에 있어서의 필터특성의 급준성은, 도 32에 나타내는 주파수특성에 있어서 어느 감쇠량(A)에서 감쇠량(B)까지의 주파수간격 Δf으로 표시되는 값이고, Δf가 작을수록 선택도가 높게 된다.
한편, 일본 특개평11-55067호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, Cp2/Cp1을 2이상으로 하고, 또한 직렬팔 공진자 사이에 존재하는 병렬팔 공진자의 일단에 접속되는 인덕턴스값을 다른 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스값보다 크게 한 경우에는, 상기한 바와 같이 통과대역보다 저역측의 감쇠량이 높아진다. 또한, 일본 특개평11-55067호 공보에는 명시되어 있지는 않지만, 통과대역 저역측에 있어서의 급준성도 높아진다.
그러나, 일본 특개평11-55067호 공보에 기재된 구성에서는, 역으로 통과역보다 고역측에 있어서의 감쇠량이 악화하는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은, 상기 종래기술의 결점을 해소하고, 통과대역보다 저역측 및 고역측의 각 저지역에 있는 감쇠량이 충분하고, 통과대역의 근방의 저주파수 영역에 있어서의 필터특성의 급준성이 우수한, 사다리형 회로구성을 가지는 탄성표면파 필터장치 및 이 탕성표면파 필터장치를 이용한 통신기를 제공하는 것에 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시형태에 관한 탄성표면파 필터장치의 회로구성을 나타내는 도이다.
도 2는, 일반적인 탄성표면파 공진자의 등가회로를 나타내는 도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 탄성표면파 공진자의 임피던스특성을 나타내는 도이다.
도 4는, 탄성표면파 공진자에 직렬로 인덕턴스가 접속된 구성의 등가회로를 나타내는 도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 등가회로의 임피던스특성을 나타내는 도이다.
도 6은, 1개의 병렬팔 공진자에 직렬로 인덕턴스가 접속된 회로구성의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 7은, 도 6에 나타낸 전송특성을 가지는 회로구성을 나타내는 도이다.
도 8은, 2개의 병렬팔 공진자가 종속접속되어 있고, 각 병렬팔 공진자에 인덕턴스가 직렬로 접속되어 있는 회로를 나타내는 도이다.
도 9는, 도 8의 회로구성의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 10은, 도 8의 회로구성에 있어서, 병렬팔 공진자(P1, P2)의 정전용량의 비율을 다르게 한 경우의 전송특성의 변화를 나타내는 도이다.
도 11은, 도 8에 나타내는 회로구성에 있어서, 병렬팔 공진자(P1, P2)의용량비를 1:3으로 하고, 병렬팔 공진자(P2)에 접속되는 인덕턴스의 값을 변화시킨 경우의 전송특성의 변화를 나타내는 도이다.
도 12는, 정전용량이 다른 일단자쌍 탄성표면파 공진자의 임피던스특성을 나타내는 도이다.
도 13은, 도 12에 나타낸 정전용량이 큰 탄성표면파 공진자에 있어서, 주파수를 10㎒저하시킨 경우의 임피던스특성과, 도 12에 나타낸 정전용량이 작은 탄성표면파 공진자의 임피던스특성을 나타내는 도이다.
도 14는, 제 1의 실시예의 탄성표면파 필터장치의 개략적 평면도이다.
도 15는, 제 1의 실시예에 있어서, 용량비 Cp2/Cp1을 변화시킨 경우의 필터특성의 통과대역 저역측에 있어서의 급준성의 변화를 나타내는 도이다.
도 16은, 종래예에 해당하는 Cp2/Cp1=2의 경우의 탄성표면파 필터장치의 전송특성과, 제 1의 실시예(Cp2/Cp1=5)의 탄성표면파 필터장치의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 17은, 도 16에 나타낸 전송특성을 보다 넓은 주파수범위에 걸쳐서 나타낸 도이다.
도 18은, 제 1의 실시예의 탄성표면파 필터장치에 있어서, Cp2/Cp1=5로 하고, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값을 다르게 한 경우의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 19는, 제 1의 실시예에 있어서, 용량비 Cp2/Cp1과 대역폭의 관계를 나타내는 도이다.
도 20은, 제 2의 실시예의 탄성표면파 필터장치의 회로구성을 나타내는 도이다.
도 21은, 제 2의 실시예의 탄성표면파 필터장치의 개략적 평면도이다.
도 22는, 제 2의 실시예에 있어서, 용량비 Cp2/Cp1와 급준성의 관계를 나타내는 도이다.
도 23은, 제 2의 실시예(Cp2/Cp1=5)의 탄성표면파 필터장치, 및 종래예 (Cp2/Cp1=2)의 각 탄성표면파 필터장치의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 24는, 제 2의 실시예의 탄성표면파 필터장치에 있어서, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값을 변화시킨 경우의 전송특성의 변화를 나타내는 도이다.
도 25는, 제 3의 실시예에 있어서의 용량비 Cp2/Cp1와 필터특성의 급준성의 관계를 나타내는 도이다.
도 26은, 제 3의 실시예(Cp2/Cp1=5)의 탄성표면파 필터장치 및 비교를 위해서 준비한 종래예(Cp2/Cp1=2)의 탄성표면파 필터장치의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 27은, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 크기를 변화시킨 경우의 전송특성의 변화를 나타내는 도이다.
도 28은, 본 발명의 탄성표면 필터장치를 구비하는 통신기를 설명하기 위한 개략블럭도이다.
도 29는, 종래의 탄성표면파 필터장치의 회로구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 30은, 종래의 탄성표면파 필터장치의 회로구성의 다른 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 31은, 도 30에 나타낸 탄성표면파 필터장치의 전송특성을 나타내는 도이다.
도 32는, 종래의 탄성표면파 필터장치의 주파수특성에 있어서의 필터특성의 급준성을 설명하기 위한 도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100A … 입력단 100B … 출력단
101 … 패키지 101a ~ 101f … 전극패드
111a, 111b … 직렬팔 공진자 112a, 112c … 제 1의 병렬팔 공진자
112b … 제 2의 병렬팔 공진자 113a ~ 113c … 인덕턴스
113A ~ 113C … 본딩와이어 200 … 탄성표면파 필터장치
200A … 입력단 200B … 출력단
201 … 패키지 201a ~ 201f … 전극패드
211a, 211b … 직렬팔 공진자 212a … 제 1의 병렬팔 공진자
212b … 제 2의 병렬팔 공진자 213a, 213b1, 213b2 … 인덕턴스
213A, 213B1, 213B2 … 본딩와이어 A, B … 접속점
본 발명의 일 태양에 의하면, 일단자쌍 탄성표면파 공진자로 이루어지는 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자를 구비하는 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터장치로서,
압전성 기판과, 상기 압전성 기판 상에 형성된 복수의 병렬팔 공진자 및 직렬팔 공진자와, 상기 각 병렬팔 공진자에 직렬로 접속된 인덕턴스를 구비하고, 상기 복수의 병렬팔 공진자가, 입력단 또는 출력단에 접속된 제 1의 병렬팔 공진자와, 직렬팔 공진자 사이의 접속점에 접속된 제 2의 병렬팔 공진자를 구비하고, 제 1의 병렬팔 공진자의 정전용량을 Cp1, 제 2의 병렬팔 공진자의 정전용량을 Cp2로 하였을 때, Cp1×2〈Cp2의 관계에 있고, 또한 상기 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 특정의 태양에서는, Cp2가 Cp1×2〈Cp2〈Cp1×10의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하고, 이에 따라 필터특성의 급준성이 더 높아지고 있을뿐만 아니라 대역폭이 비교적 넓은 탄성표면파 필터를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 특정한 태양에서는, 제 2의 병렬팔 공진자의 공진주파수가, 제 1의 병렬팔 공진자의 공진주파수보다 낮게 되어 있는 것을 특징으로 하고, 필터특성의 급준성이 더 한층 높아진다.
본 발명에 관한 탄성표면파 필터장치의 다른 특정한 태양에서는, 상기 압전성 기판 상에 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 구성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 상기 탄성표면파 소자의 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 이 패키지의 전극패드와, 상기 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하는 본딩와이어를 추가로 구비하고, 상기 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이가, 상기 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이 이하로 되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우에는, 통과대역 근방에 있어서의 급준성이 높아질뿐만 아니라, 통과대역보다 고역측에 있어서의 감쇠량을 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 특정한 태양에서는, 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 압전성 기판 상에 형성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 상기 전극패드와 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하고 있는 본딩와이어를 추가로 구비하고, 상기 제 2의 병렬팔 공진자의 일단이 본딩와이어에 의해 상기 복수의 전극패드의 내, 접지전위에 접속되는 적어도 2개의 전극패드에 전기적으로 접속되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우에 있어서도, 통과대역 근방의 급준성이 우수할 뿐만 아니라, 통과대역보다 고역측에 있어서의 감쇠량을 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 통신기는, 본 발명에 따라서 구성된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있고, 따라서, 선택도에 있어서 우수한 통신기를 제공할 수 있다.
본 발명은, 상기 일본 특개평11-55067호 공보에 기재된 탄성표면파 필터에 있어서의 문제점을 해소하기 위하여 이루어지는 것이다. 본원 발명자들은, 이 선행기술에 기재된 구성에 의해 통과대역보다 낮은 주파수영역에 있어서의 감쇠량은 높아지지만, 상기한 바와 같이 역으로 통과대역보다 높은 주파수영역에 있어서의 감쇠량이 악화하는 것을 발견하고, 이 원인을 조사하였다.
사다리형 탄성표면파 필터의 감쇠량은, 병렬팔 공진자에 인덕턴스 성분이 포함되어 있지 않는 경우, 직렬팔 공진자의 용량(Cs)과 병렬팔 공진자의 용량(Cp)의 비에 의해 결정된다. 그러나, 일반적으로 탄성표면파 필터를 구성하는 경우, 패키지의 전극랜드와 탄성표면파 소자의 단자는 본딩와이어를 이용하여 전기적으로 접속되는 것이 많다. 본딩와이어는 인덕턴스성분으로서 작용하기 때문에, 병렬팔 공진자에는 인덕턴스성분이 자연적으로 접속된다. 또한, 패키지 내의 소용돌이 전극 등도 인덕턴스성분을 구성한다. 따라서, 병렬팔 공진자에 직렬로 접속되는 이들 인덕턴스성분이, 대역외의 감쇠량에 큰 영향을 주지 않을 수 없었다.
통과대역보다 낮은 주파수영역에 있어서는 이들 인덕턴스성분의 영향이 작지만, 통과대역보다 높은 주파수영역에 있어서는 이들 인덕턴스성분의 영향이 현저하게 된다.
도 2는 1포트형 SAW공진자의 등가회로를 나타내고, 도 3은 그 인덕턴스특성을 나타낸다. 또한, 도 4는 탄성표면파 공진자에 직렬로 인덕턴스(L2)가 접속되어 있는 구성의 등가회로를 나타내고, 도 5는 그 인덕턴스특성을 나타낸다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 탄성표면파 공진자의 인덕턴스특성에서는, 1개의 공진점(fr)과 1개의 반공진점(fa)이 존재한다. 그런데, 도 5에 나타내는 바와 같이 SAW공진자에 직렬로 인덕턴스가 접속되어 있으면, 제 2의 공진점(fr2)이 반공진점(fa)보다 높은 측에 발생하고, 제 2의 공진점(fr2)의 주파수가 반공진점(fa)보다 충분히 높으면, 제 2의 공진점(fr2)이 주파수는 하기의 식(1)에 의해 구해진다.
fr2≒(L2×C0)-0.5/(2×π) … 식(1)
따라서, 전극의 용량(C0)과 접속된 인덕턴스(L2)에, 제 2의 공진점(fr2)의 주파수가 의존하고, 전극용량(C0) 및 인덕턴스(L2)가 크게 될수록 낮아지게 되는 것을 알았다. 또한, 제 2의 공진점(fr2)이 반공진점(fa)에 가까워지면, 식(1)에 의해 구해지는 제 2의 공진점(fr2)의 주파수 정밀도는 나빠지게 되지만, fr2가 용량(C0) 및 인덕턴스(L2)가 크게 될수록 낮아진다는 경향은 변하지 않는다.
탄성표면파 공진자를 이용하는 사다리형 탄성표면파 필터의 넓은 주파수특성을 보면, 상기 SAW 공진자의 제 2의 공진점(fr2)이 감쇠극으로 되고 이 주파수에 있어서 감쇠량은 개선된다. 그러나, 제 2의 공진점(fr2)보다 높은 주파수영역에 있어서는, 도 4에 나타낸 등가회로가 전체로서 인덕턴스소자로서 작용하는 것이므로 고역필터와 같이 작용하며, fr2보다 높은 주파수에 있어서의 감쇠량이 악화하게 된다.
이것을 보다 구체적으로 설명하기 위해서, SAW 공진자에 직렬로 인덕턴스를 접속한 소자를 병렬접속한 경우의 전송특성을 도 6에 나타낸다. 또한, 이 전송특성을 가지는 회로구성은 도 7에 나타내는 바와 같고, 탄성표면파 공진자(P1)로서, 36° LiTaO3기판 상에, 교차폭 50㎛, 전극지의 쌍수 40쌍, 및 전극지 피치 1.05㎛, h/λ=0.09의 인터디지털트랜스듀서(inter digital tranceducer)를 형성한 것을 이용하였다. 또한, 인덕턴스(Lw)의 인덕턴스값은 1nH로 하였다.
도 6에 나타난 바와 같이, 이 회로구성에 의하면 공진점(fr) 및 제 2의 공진점(fr2)에 있어서 감쇠극이 발생하고 있지만, 제 2의 공진점(fr2)보다 높은 주파수에 있어서 감쇠량이 악화하고 있는 것을 알았다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 2개의 병렬팔을 구성하고, 각 병렬팔 공진자(P1, P2)에 각각 인덕턴스(Lw)가 접속되어 있는 구성에 있어서, 병렬팔 공진자(P1, P2)의 용량비를 1:2로 한 경우의 전송특성을 도 9에 나타낸다.
또한, 도 9에 나타낸 전송특성을 가진 회로에서는, 병렬팔 공진자(P1)는 도 6에 나타낸 전송특성을 가진 경우와 마찬가지로 구성하고, 병렬팔 공진자(P2)에 관해서는 교차폭을 100㎛으로 한 것을 제외하고는 병렬팔 공진자(P1)과 동일하게 구성하였다.
도 9에 나타난 바와 같이, 병렬팔 공진자(P1)의 제 2의 공진점에 의한 감쇠극이 주파수(fr2)에 나타나고, 병렬팔 공진자(P2)의 제 2의 공진점에 의한 감쇠극이 주파수(fr3)에 나타나 있고, 이들 주파수(fr2, fr3)가 다른 것을 알았다. 따라서, 도 9에 나타낸 전송특성에 의하면, 도 6에 나타낸 전송특성에 비해서 전체적으로 감쇠량이 개선되어 있다.
그런데, 이 2개의 극의 주파수 간격이 지나치게 떨어지면, 극간의 감쇠량이 현저하게 악화하는 경향이 있는 것이 밝혀졌다.
즉, 상기 병렬팔 공진자(P1, P2)의 용량비를, 1:2, 1:3, 1:4로 변화시킨 경우의 전송특성을 도 10에 나타낸다. 이 경우의 각 공진자의 전극파라미터를 하기의 표 1에 나타낸다. 여기에서는, 병렬팔 공진자(P1)의 용량을 작게 하고, 병렬팔 공진자(P2)의 용량이 크게 되어 있고, 병렬팔 공진자(P1, P2)의 용량의 합계는 변화하지 않도록 용량비가 변화되고 있다.
P1:P2 쌍수 교차폭 전극피치
P1 P2 P1 P2 P1 P2
1:2 40쌍 40쌍 50㎛ 100㎛ 1.05㎛ 1.05㎛
1:3 40쌍 40쌍 37.5㎛ 112.5㎛ 1.05㎛ 1.05㎛
1:4 40쌍 40쌍 30㎛ 120㎛ 1.05㎛ 1.05㎛
도 10에서 나타난 바와 같이, 상기 용량비가 커짐에 따라서 2개의 감쇠극 간의 감쇠량이 악화되고 있는 것을 알았다. 상기 식(1)에 나타내는 바와 같이, 인덕턴스값이 같아도 전극의 용량이 커지면 공진주파수는 낮아지게 되고, 전극용량이 작아지게 되면 공진주파수는 높아지게 된다. 따라서, 상기 용량비를 1:2에서 1:4까지 변화시킴에 따라서, 2개의 감쇠량의 간격은 점점 넓어지기 때문에, 상기한 바와 같이 2개의 감쇠극 사이에 있어서의 감쇠량이 악화한다.
또한, 일본 특개평11-55067호 공보에 기재된 선행기술에서는, 큰 정전용량을 구비하는 병렬팔 공진자(P2)에 접속되는 인덕턴스성분이 상대적으로 크게 되어 있기 때문에, 이것에 의해서 상기 2개의 감쇠극의 주파수 간격이 더욱 크게 되고, 감쇠량이 더욱 악화되고 있다고 생각된다.
이것에 비해서, 본 발명에 의하면 통과대역 저역측 근방에 있어서의 필터특성의 급준성이 높아지고, 또한 통과대역 고역측에 있어서의 감쇠량이 개선된다. 이것을 이하에서 설명한다.
(1) 통과대역 저역측에 있어서의 급준성의 개선
통과대역 저역측에 있어서의 필터특성의 급준성을 개선하기 위하여, 본원 발명에서는, 입력단 또는 출력단에 접속된 제 1의 병렬팔 공진자의 정전용량(Cp1)과, 직렬팔 공진자의 접속점에 접속된 제 2의 병렬팔 공진자의 정전용량(Cp2)이, 상기한 바와 같이 Cp1×2〈Cp2을 만족하는 범위로 되어 있다.
사다리형 탄성표면파 필터를 복수단 접속한 경우의 전극용량의 최적화방법은, 상기 일본 특개평5-183880호 공보에 개시되어 있다. 즉, 도 29 및 도 30을 참조한 바와 같이, 임피던스정합을 중시하여 영상접속하면 좋다. 이 때문에, 입출력단 중 어느 하나에 가장 근접하도록 배치된 병렬팔 공진자, 본 발명에 있어서의 제 1의 병렬팔 공진자에 상당하는 병렬팔 공진자의 용량을 마찬가지로 Cp1, 직렬팔 공진자 사이의 접속점에 접속된 병렬팔 공진자, 즉 본 발명에 있어서의 제 2의 병렬팔 공진자의 용량을 Cp2로 하였을 경우, Cp2/Cp1=2로 하면 좋다.
또한, 사다리형 탄성표면파 필터전체의 감쇠량은, 병렬팔 공진자의 정전용량 (Cp)과 직렬팔 공진자의 정전용량(Cs)의 비에 의해 결정되는 것이 알려져 있다. 이 비 Cp/Cs가 클수록 감쇠량을 확대할 수 있다. 실제로는, 대역외감쇠량은 본딩와이어에 의한 인덕턴스성분의 영향을 크게 받지만, 인덕턴스성분의 부가에 의한 공진점은 반공진주파수보다 높은 주파수에서 발생하는 것이므로, 통과대역의 저역측에서는 여전히 Cp/Cs의 영향이 지배적이다.
또한, 통과대역의 중심주파수(f0)와 입출력 임피던스(Z0)가 결정되면, 직렬팔 공진자와 병렬팔 공진자의 용량의 곱의 최적값은, 패키지의 기생성분을 고려하지 않은 경우 하기의 식(2)에 의해 결정되는 것이 알려져 있다(일본 특개평6-69750호 공보). 따라서, 결과적으로, Cp2/Cp1=2로 한 경우 정전용량의 절대치의 자유도는 작게 된다. 또한, 패키지의 기생성분을 고려한 경우에도 용량의 절대치의 자유도는 크게 되는 것이 아닌 것을 지적하고 있다.
Z02=1/(ω02×Cs×Cp)…식(2)
또한, 식(2)에 있어서, ω0는, 통과대역의 f0에 대한 각주파수를 나타낸다.
즉, 일정한 감쇠량을 확보하기 위해서는 우선 용량비 Cp/Cs가 결정되고, 또한 입출력 임피던스와 필터의 중심주파수(f0)에 의해 용량곱(Cp×Cs)이 결정되고, 또한 영상접속이 전제로 되면, 각 병렬팔 공진자의 정전용량도 결정되게 된다. 따라서, 각 공진자의 용량의 절대치의 자유도는 매우 낮은 것을 알았다.
한편, 사다리형 탄성표면파 필터의 저역측의 급준성은, 병렬팔 공진자의 공진주파수와 반공진주파수의 간격Δf가 작으면 작을수록 높아진다. 또한, 탄성표면파 공진자에 인덕턴스를 직렬접속한 구성에서는, 공진주파수는 저하하고 Δf는 크게 된다. 이 때, Δf는 인덕턴스성분이 크게 될수록 또한 전극의 용량이 클수록 크게 된다. 따라서, 필터특성의 급준성을 높게 하였을 경우에는, 인덕턴스성분을 작게 하는 것 또는 전극용량을 작게 하는 것이 요망된다.
인덕턴스성분의 크기는, 본딩와이어의 길이나 접속구조를 고려함으로써 어느 정도 작게 되지만, 어느 일정한 크기 이상으로 작게 하는 것이 곤란하다. 따라서, 통과대역근방에 있어서의 급준성을 높이기 위해서는, 병렬팔 공진자의 용량이 작으면 작을수록 바람직하다는 것을 알았다.
그런데, 종래의 영상접속을 이용한 방법에서는, 병렬팔 공진자의 용량은 일의적으로 정해진다. 따라서, 통과대역외 감쇠량의 개선과 필터특성의 급준성의 개선은 절충의 관계로 되고, 통과대역외 감쇠량의 확대 및 필터특성의 급준성의 향상의 쌍방을 실현하는 것은 아주 곤란하였다.
사다리형 탄성표면파 필터를 복수단 접속한 경우의 각 병렬팔 공진자가 필터특성에 주는 영향을 설명한다. 복수의 병렬팔 공진자에 의해 복수의 감쇠량이 발생하는 경우, 필터의 저역측의 급준성은, 통과대역의 저역측에 있어서 가장 근접하고 있는 감쇠극이 어느 위치에 존재하는가에 의해 결정된다. 예컨대, 도 31에 나타낸 필터특성에 있어서, 감쇠극은 fra과 frb의 위치에 존재하지만, fra의 주파수위치가 높으면 급준성은 보다 높아지고, fra의 주파수가 낮게 되면 통과대역 저역측에 있어서의 급준성은 나빠지게 된다. 또한, 통과대역에 가장 근접한 감쇠극을 구성하는 fra와는 다르고, frb의 위치는 필터특성의 급준성에는 큰 영향을 주지 않는 것을 알았다.
따라서, 통과대역의 저역측에 있어서 가장 근접하고 있는 감쇠극을 생기게 하는 병렬팔 공진자에 있어서, 용량을 상대적으로 작게 또는 임피던스를 크게 하면, 통과대역 저역측에 있어서의 통과대역 근방의 급준성을 높일 수 있다.
그러나, 통과대역보다 떨어진 주파수영역에 있어서 감쇠극을 확보하도록 한 경우 용량비Cp/Cs를 크게 할 필요가 있고, 또한 복수의 병렬팔 공진자의 합계의 용량C0p에는 어떤 최적치가 존재한다. 따라서, 복수의 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자를 구비하는 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터장치에서는, 상기 제 2의 병렬팔 공진자와 제 1의 병렬팔 공진자의 용량 Cp2, Cp1의 비 Cp2/Cp1을 2이상으로 하고, 또한 Cp1과 Cp2의 합을 C0p로 함으로써, 필터특성의 급준성을 높일 수 있음과 아울러 통과대역외 감쇠량을 개선할 수 있다. 즉, 제 1의 병렬팔 공진자의 용량 (Cp1)에 의해 통과대역의 저역측에 있어서의 통과대역 근방의 급준성이 높아지고, 제 2의 병렬팔 공진자의 용량(Cp2)에 의해 통과대역으로부터 떨어진 영역에 있어서의 감쇠량을 확보할 수 있다.
(2) 통과대역 고역측의 감쇠량의 개선
다음에, 본 발명의 구성에 따라 통과대역 고역측에 있어서의 감쇠량이 개선되는 이유를 설명한다.
상기한 바와 같이, 일본 특개평11-55067호 공보에 기재된 구성에서는, 통과대역보다 고역측의 감쇠량이 악화한다는 문제가 생긴다.
이것에 대해서, 제 2의 병렬팔 공진자, 즉 직렬팔 공진자 사이의 접속점에 접속되어 있는 병렬팔 공진자에 직렬로 접속되는 인덕턴스값을 작게 하면, 상기 식(1)의 관계에 의해 공진주파수는 높아지게 된다. 따라서, 제 1, 제 2의 병렬팔 공진자의 감쇠극의 주파수 간격이 좁아지고, 통과대역 고역측 전체의 감쇠량은 대폭적으로 개선된다.
이것을 보다 구체적으로 설명한다.
도 8에 나타낸 회로를 이용하고, 병렬팔 공진자(P1, P2)의 전극용량의 비를 1:3으로 하고, 병렬팔 공진자(P1)에 접속되는 인덕턴스(Lw)의 값을 1.0nH로서 고정하고, 병렬팔 공진자(P2)에 접속되는 인덕턴스(Lw)의 값을 0.7nH, 1.0nH 및 1.3nH로 변화시킨 경우의 각 특성을 도 11에 나타낸다. 도 11에 있어서, 실선이 0.7nH인 경우, 파선이 1.0nH인 경우, 일점쇄선이 1.3nH인 경우를 나타낸다.
도 11에서 나타난 바와 같이, 병렬팔 공진자(P2)에 접속되는 인덕턴스를 크게 하면, 병렬팔 공진자(P1, P2)의 감쇠극이 지나치게 멀어지고 전체의 감쇠량이 악화한다. 이것에 대해서, 병렬팔 공진자(P2)에 접속되는 인덕턴스를 1nH로 함으로써 감쇠량이 개선되고, 0.7nH로 하면 더욱 감쇠량이 개선되는 것을 알았다.
또한, Cp2/Cp1을 2 이상으로 하면, 상기 일본 특개평11-55067호 공보에 개시된 바와 같이, 반사특성이 나빠지게 된다. 통과대역의 저역측에서 반사특성이 나빠지게 되면, 국부적으로 손실이 악화하고 필터특성의 급준성도 열화한다. 이 점에 관해서는, 제 2의 병렬팔 공진자 즉 전극용량이 큰 병렬팔 공진자의 공진주파수를 낮게 함으로써 해결할 수 있다. 이것을, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12는, 일단자쌍 탄성표면파 공진자의 전극용량이 큰 경우와 작은 경우의 임피던스특성을 나타낸다. 도 12에서 나타난 바와 같이, 전극용량이 큰 탄성표면파 공진자의 임피던스값의 쪽이, 임피던스특성 전체에 걸쳐서 낮게 되어 있는 것을 알았다. 일단자쌍 탄성표면파 공진자를 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터의 병렬팔 공진자로서 이용한 경우, 탄성표면파 공진자의 공진주파수로부터 반공진주파수까지의 간격(fr~fa)이 통과대역의 저역측을 구성하게 된다. 따라서, 제 2의 병렬팔 공진자(Cp2)의 용량을 통상보다 크게 하면, 통과대역 저역측에 있어서의 임피던스가 최적값으로부터 작아지게 된다. 즉, Cp1×2〈Cp2로 되도록 제 2의 병렬팔 공진자의 용량을 크게 하면, 통과대역 저역측에 있어서의 임피던스가 최적값으로부터 작아지게 된다.
한편, 도 12에 나타낸 용량이 큰 탄성표면파 공진자를 변형하고, 그 공진주파수를 10㎒ 낮게 한 경우의 임피던스특성을 도 13에 실선으로 나타낸다. 도 13에 있어서, 비교를 위하여 도 12에 나타낸 용량이 작은 탄성표면파 공진자의 주파수특성을 파선으로 나타낸다.
도 13에서 나타난 바와 같이, 용량이 큰 탄성표면파 공진자의 공진주파수를 낮게 함으로써, 통과대역 저역측에 상당하는 fr~fa의 주파수영역에 있어서의 임피던스는, 전극용량이 작은 공진주파수의 임피던스값과 거의 중첩하는 것을 알았다. 따라서, 용량을 바꿈과 동시에 용량이 큰 공진자의 주파수를 낮게 함으로써, 통과대역 저역측에 있어서의 임피던스를 최적의 값으로 보정할 수 있고, 임피던스정합을 양호하게 도모할 수 있고, 반사특성을 개선할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제 1 및 제 2의 병렬팔 공진자의 용량 (Cp1, Cp2)가 Cp1×2〈Cp2를 만족하고 있으므로 통과대역 근방의 필터특성의 급준성이 높아지고, 또한 제 2의 병렬팔 공진자에 직렬접속되어 있는 인덕턴스의 값이 제 1의 병렬팔 공진자에 직렬접속되어 있는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있으므로 통과대역 고역측의 감쇠량이 확보된다.
다음에, 본 발명의 보다 구체적인 실시예를 가지고 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 탄성표면파 필터장치의 회로구성을 나타내는 도이고, 도 14는 그 개략적 평면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 탄성표면파 필터장치(100)에서는, 입력단(100A)과 출력단(100B)의 사이에 연장하는 직렬팔에, 직렬팔 공진자(111a, 111b)가 설치되어 있다.
또한, 탄성표면파 필터장치(100)에서는 3개의 병렬팔이 구성되어 있고, 3개의 병렬팔에 각각 병렬팔 공진자(112a~112c)가 설치되어 있다. 또한, 각 병렬팔 공진자(112a~112c)에 직렬로 접지전위의 사이에 인덕턴스(113a~113c)가 접속되어 있다.
병렬팔 공진자(112a~112c) 중, 병렬팔 공진자(112a, 112c)가 제 1의 병렬팔 공진자이고, 각각 입력단(100A) 또는 출력단(100B)에 접속되어 있다. 병렬팔 공진자(112c)는 본 발명에 있어서의 제 2의 병렬팔 공진자이고, 직렬팔 공진자(111a, 111b) 사이의 접속점(X)에 접속되어 있다.
또한, 입력단(100A) 또는 출력단(100B)과 복수의 병렬팔 공진자(112a~112c)의 사이에, 정합용량이 삽입되어도 좋다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 패키지(101) 내에 탄성표면파 필터소자(110)가 수납되어 있다. 패키지(101)의 구조는 특별히 한정되지는 않지만, 본 실시예에서는 패키지(101)에 설치된 오목부 내에 탄성표면파 필터소자(110)가 수납되어 있다. 탄성표면파 필터소자(110)의 양측에는 상방으로 돌출한 2개의 단부가 형성되어 있고, 일방의 단부에 전극패드(101a~101c)가, 타방의 단부 상에 전극패드 (101d~101f)가 형성되어 있다.
한편, 탄성표면파 필터소자(110)는, 36° YcutX 전반 LiTaO3기판으로 이루어지는 압전성 기판 상에 상기 직렬팔 공진자(111a, 111b), 병렬팔 공진자 (112a~112c) 및 이들을 접속하기 위한 배선패턴이 형성된 구조를 가진다. 또한, 도 14에서 나타난 바와 같이, 직렬팔 공진자(111a, 111b) 및 병렬팔 공진자 (112a~112c)는, 모두 1개의 인터디지털트랜스듀서(IDT)와, IDT의 표면파 전반방향 양측에 배치된 반사기를 구비하는 일단자쌍 SAW 공진자에 의해 구성되어 있다.
상기 직렬팔 공진자(111a, 111b)는, 전극지 교차폭을 40㎛, IDT의 전극지의 쌍수가 105쌍, 반사기의 전극지의 개수는 100개, 전극지 피치가 2.07㎛(표면파의 파장λ은 4.14㎛)으로 되어 있고, 동일 구조를 가진다.
병렬팔 공진자(112a~112c)에 관해서는 교차폭을 각각 다르게 하여, 제 1의 병렬팔 공진자(112a, 112c)의 용량(Cp1)과, 제 2의 병렬팔 공진자(112b)의 용량(Cp2)의 비를 변화시키고, 각종의 탄성표면파 장치를 구성하였다. 또한, 각 병렬팔 공진자의 전극파라미터는 하기의 표 2에 나타내는 바와 같이 하였다.
No 공진자 112a, 112c 공진자 112b 용량비
쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛) 쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛)
1 45 100 2.141 45 200 2.142 1:2
2 45 80 2.141 45 240 2.148 1:3
3 45 66 2.141 45 265 2.153 1:4
4 45 57 2.141 45 286 2.157 1:5
5 45 50 2.141 45 300 2.16 1:6
6 45 44.4 2.141 45 312 2.162 1:7
7 45 40 2.141 45 320 2.166 1:8
8 45 33.3 2.141 45 333 2.169 1:10
9 45 28.6 2.141 45 342 2.171 1:12
10 45 23.4 2.141 45 355 2.173 1:15
또한, 병렬팔 공진자(112a~112c)는, 본딩와이어(113A~113C)에 의해 각각 접지전위에 접속되는 전극패드(101a, 101f, 101c)에 전기적 접속되어 있다. 여기서, 본딩와이어(113A, 113C)의 길이는 인덕턴스가 1nH로 되도록, 본딩와이어 (113B)의 길이는 인덕턴스가 약 0.7nH로 되도록 본딩와이어(113A, 113C)보다 짧게 되어 있다.
상기한 바와 같이, 병렬팔 공진자(112a~112c)의 전극지 교차폭을 변화함으로써, 제 2의 병렬팔 공진자(112b)의 용량(Cp2)과 제 1의 병렬팔 공진자(112a, 112c)의 용량(Cp1)의 비를 다르게 하여 얻어진 각 탄성표면파 필터장치에 있어서의 통과대역 저역에 있어서의 급준성을 조사하였다. 즉, 전극용량은 쌍수 및 교차폭에 비례하기 때문에, 교차폭을 바꿈으로써 전극용량을 조정하였다.
또한, 급준성은, 통과대역의 저역측에 있어서 감쇠량이 4dB인 주파수위치와, 감쇠량이 12dB에 있는 주파수위치의 주파수 간격을 측정함으로써 평가하였다. 결과를 도 15에 나타낸다.
도 15에서 나타난 바와 같이, 종래예에 상당하는 용량비(Cp2/Cp1)가 2인 경우에 비해서, 용량비(Cp2/Cp1)를 높여감에 따라서 급준성이 개선되는 것을 알았다. 이것은, 양단에 위치하는 제 1의 병렬팔 공진자(112a, 112c)의 용량(Cp1)이 작게 됨에 따라서, 임피던스가 높게 되기 때문으로 생각된다.
대표적인 주파수특성으로서, 상기 용량비(Cp2/Cp1)가 2인 종래예에 상당하는 경우의 특성과, Cp2/Cp1=5로 한 경우의 특성을 도 16에, 각각 실선 및 파선으로 나타낸다.
도 16에서 나타난 바와 같이, Cp2/Cp1=5(파선)으로 함으로써, 종래예에 비해서 저역측에 있어서의 급준성이 대폭적으로 높아지고 있는 것을 알았다.
또한, 도 17에, 도 16에 나타낸 특성을 보다 넓은 주파수범위에서 표시한다. 도 17에서 나타난 바와 같이, Cp2/Cp1=5의 경우에는 제 2의 병렬팔 공진자 (112b)에 접속되는 본딩와이어에 의한 인덕턴스가 0.7nH으로 작기 때문에, 2700㎒ 부근까지 감쇠량이 열화하고 있지 않은 것을 알았다.
비교를 위해서, Cp2/Cp1=5의 상기 실시예의 탄성표면파 필터장치에 대하여, 제 2의 병렬팔 공진자(112b)에 접속되는 인덕턴스값이 1.0nH로 되도록 본딩와이어를 접속한 예 및 1.3nH로 되도록 본딩와이어를 접속한 예의 주파수특성을 도 18에 나타낸다. 도 18에 있어서, 실선이 1.0nH인 경우, 파선이 1.3nH인 경우를 나타낸다. 도 18에서 나타난 바와 같이, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 크기가 크게 됨에 따라서, 2700㎒ 부근의 감쇠량이 악화하고 있는 것을 알았다.
또한, 표 2에 나타내는 바와 같이, 중앙의 제 2의 병렬팔 공진자의 전극피치가 용량비에 따라서 변화하여, 용량비가 크게 될수록 큰 값으로 되어 있다. 이것은, 제 2의 병렬팔 공진자의 주파수를 낮추고 있는 것과 동일한 것으로 된다. 즉, 상기 용량비 Cp2/Cp1를 크게 하면, 통과대역 저역측에 있어서의 임피던스정합에 의한 손실이 증대하고 급준성이 열화하지만, 제 2의 병렬팔 공진자의 전극피치를 크게 함으로써 주파수를 낮추고 급준성의 열화를 억제하고 있다.
도 19는, 상기 실시예의 탄성표면파 필터장치에 있어서의 용량비(Cp2/Cp1)과 대역폭의 관계를 나타낸다. 또한, 대역폭은 감쇠량이 4dB인 대역의 폭을 말하는 것으로 한다.
일본 특개평5-183380호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 병렬팔 공진자에 인덕턴스가 직렬 접속되면, 공진주파수가 낮아지게 되고 통과대역이 넓어지게 된다. 그러나, 병렬팔 공진자의 용량이 작아지면, 공진주파수는 변화하기 어렵게 되고 통과대역이 감소하게 된다.
한편, 도 15에 나타낸 바와 같이, 용량비가 크게 될수록 급준성은 높아지지만, Cp2/Cp1가 10이상으로 되면 급준성을 개선하는 정도가 작게 된다. 따라서, 바람직하게는, Cp2/Cp1를 2~10의 범위로 하는 것이 요망되고, 이것에 의해서 급준성이 우수하고 또한 대역폭도 비교적 넓은 필터특성을 얻을 수 있다.
도 20은, 제 2의 실시예의 탄성표면파 필터장치의 회로구성을 나타내는 도이고, 도 21은 그 개략적 평면도이다.
제 2의 실시예의 탄성표면파 필터장치(200)에서는, 입력단(200A)과 출력단 (200B)의 사이에 연장하는 직렬팔에 직렬팔 공진자(211a, 211b)가 배치되어 있다. 또한, 제 1의 병렬팔 공진자(212a)가 입력단(200A)에 접속되어 있고, 상기 병렬팔 공진자(212a)에 인덕턴스(213a)가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 직렬팔 공진자 (211a, 211b) 사이의 접속점(Y)에 제 2의 병렬팔 공진자(212b)가 접속되어 있다. 병렬팔 공진자(212b)에는, 접지전위와의 사이에, 인덕턴스(213b1, 213b2)가 직렬로 접속되어 있다. 단, 인덕턴스(213b1, 213b2)는 서로 병렬로 접속되어 있다.
패키지(201) 내는 제 1의 실시예와 마찬가지로 구성되어 있고, 패키지(201)는 전극패드(201a~201f)를 구비한다. 또한, 탄성표면파 필터소자(210)는, 제 1의 실시예와 동일 압전기판 상에, 상기 직렬팔 공진자(211a, 211b), 병렬팔 공진자 (212a, 212b) 및 이들을 접속하기 위한 배선패턴을 형성함으로써 구성되어 있다.
직렬팔 공진자(211a, 211b) 및 병렬팔 공진자(212a, 212b)는, 제 1의 실시예와 마찬가지로 일단자쌍 탄성표면파 공진자에 의해 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 직렬팔 공진자(211a)의 IDT에 있어서의 교차폭을 40㎛, 전극지의 쌍수가 105쌍, 반사기에 있어서의 전극지의 개수는 100개, 전극지 피치는 2.07㎛ 즉 탄성표면파의 파장(λ)은 4.14㎛으로 되어 있다. 직렬팔 공진자(211b)에서는, 교차폭이 80㎛으로 되어 있는 것을 제외하고는, 직렬팔 공진자(211a)와 마찬가지로 구성되어 있다.
병렬팔 공진자(212a, 212b)는, 하기의 표 3에 나타내는 바와 같이, 여러가지의 교차폭을 가지도록 구성되어 있고, 이것에 의해서 병렬팔 공진자(212a)의 용량(Cp1)과 병렬팔 공진자(212b)의 정전용량(Cp2)의 용량비가 각각 다른 탄성표면파 필터장치(200)를 제작하였다. 또한, 각 병렬팔 공진자(212a, 212b)의 전극파라미터는 하기의 표 3에 나타내는 바와 같다.
No 공진자 212a 공진자 212b 용량비
쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛) 쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛)
1 45 100 2.141 45 200 2.142 1:2
2 45 75 2.141 45 225 2.148 1:3
3 45 60 2.141 45 240 2.153 1:4
4 45 50 2.141 45 250 2.157 1:5
5 45 43 2.141 45 257 2.16 1:6
6 45 37.5 2.141 45 262.5 2.162 1:7
7 45 33.3 2.141 45 266.7 2.166 1:8
8 45 27.2 2.141 45 272 2.169 1:10
9 45 23.1 2.141 45 276.9 2.171 1:12
10 45 18.8 2.141 45 281.2 2.173 1:15
또한, 병렬팔 공진자(212a, 212b)는, 본딩와이어(213A, 213B1, 213B2)에 의해, 패키지의 전극패드(201a, 201c, 201f)에 전기적 접속되어 있다. 이 경우, 본딩와이어 (213A)에 의한 인덕턴스가 약 1nH로 되도록 본딩와이어(213A)의 길이가 선택되어 있고, 본딩와이어(213B1, 213B2)는 다른 전극패드(201c, 201f)에 접속되어 있고, 이것에 의해서 병렬팔 공진자(212b)와 접지전지의 사이에 약 0.55nH의 인덕턴스가 직렬로 접속되도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 각 탄성표면파 필터장치에 있어서의 통과대역 저역측의 급준성과 용량비의 관계를 조사하였다. 그 결과는 도 22에 나타낸다. 필터특성의 급준성은 제 1의 실시예와 마찬가지로 하여 평가하였다.
도 22에서 나타난 바와 같이, 종래예에 상당하는 용량비(Cp2/Cp1=2)의 경우에 비해서, 용량비(Cp2/Cp1)를 높여감에 따라서, 급준성이 개선되는 것을 알았다. 이것은, 제 1의 병렬팔 공진자(212a)의 용량(Cp1)이 극단적으로 작게 되고, 고임피던스로 되기 때문으로 생각된다.
대표적인 특성으로서, Cp2/Cp1=2인 종래예와, Cp2/Cp1=2=5인 경우의 전송특성을 도 23에 나타낸다. 도 23에 있어서, 실선이 실시예를, 파선이 종래예를 나타낸다.
도 23에서 나타난 바와 같이, Cp2/Cp1=5로 한 경우, 통과대역 저역측의 급준성이 효과적으로 높아지는 것을 알았다. 또한, 주파수범위를 넓힌 경우의 특성을, 도 24에 나타낸다.
도 24에서는, 직렬팔 공진자(211b)에 접속되는 본딩와이어(113B1, 113B2)에 의해 더해지는 합계의 인덕턴스가 1.3nH로 되어 있는 예와, 1.0nH로 되어 있는 경우의 특성을 나타낸다. 도 24에서 나타난 바와 같이, 용량이 큰 병렬팔 공진자 (212b)에 접속되는 인덕턴스값을 크게 한 경우에는, 2700㎒ 부근의 감쇠량이 악화되고 있는 것을 알았다.
또한, 상기 용량비와 급준성의 관계 및 인덕턴스와 감쇠량의 관계는, 제 1의 실시예의 경우의 3개의 병렬팔 공진자를 이용한 경우와 동일한 경향을 나타내고 있다. 따라서, 제 1 및 제 2의 실시예로부터, 2개이상의 직렬팔 공진자와, 2개이상의 병렬팔 공진자를 구비하는 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터에 있어서는, 제 1의 실시예와 같이 입출력이 대칭인 구조, 및 제 2의 실시예와 같이 입출력이 비대칭인 구조 중 어느 하나이어도 본 발명의 효과가 얻어지는 것을 알았다.
제 3의 실시예로서, 중심주파수가 1960㎒의 사다리형 회로구성을 가지는 탄성표면파 필터장치에 관해 설명한다. 또한, 제 3의 실시예에서는, 회로구성에 관해서는 제 1의 실시예와 동일하게 하고, 따라서, 제 1의 실시예에 관해서 나타낸 도 1 및 도 14를 참조하여 제 3의 실시예를 설명하는 것으로 한다.
제 3의 실시예에서는, 직렬팔 공진자(111a, 111b)에 있어서, 교차폭이 20㎛, IDT의 쌍수가 100쌍, 반대기의 전극지의 개수가 100개, 전극지 피치가 1.00㎛(표면파의 파장(λ)은 2.00㎛)으로 되어 있고, 직렬팔 공진자(111a, 111b)는 동일 구조를 가지도록 구성하였다.
병렬팔 공진자(112a~112c)에 관해서는 교차폭을 다르게함으로써, 용량(Cp1과 Cp2)의 비를 각각 다르게 하였다. 병렬팔 공진자(112a~112c)의 전극파라미터는 하기의 표 4에 나타내는 바와 같다.
No 공진자 312a, 312c 공진자 312b 용량비
쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛) 쌍수 교차폭(㎛) 전극피치(㎛)
1 45 50 1.043 45 100 1.043 1:2
2 45 40 1.043 45 120 1.047 1:3
3 45 33 1.043 45 132 1.049 1:4
4 45 28.5 1.043 45 143 1.051 1:5
5 45 25 1.043 45 150 1.053 1:6
6 45 22.2 1.043 45 156 1.055 1:7
7 45 20 1.043 45 160 1.056 1:8
8 45 16.7 1.043 45 167 1.056 1:10
9 45 14.3 1.043 45 171.4 1.057 1:12
10 45 11.7 1.043 45 177.6 1.059 1:15
또한, 병렬팔 공진자(112a, 112c)에 직렬로 접속되는 인덕턴스가 약 1nH이 되도록 본딩와이어(113A, 113C)의 길이가 상대적으로 길게 되어 있고, 병렬팔 공진자 (112b)에 직렬로 접속되는 인덕턴스가 약 0.7nH로 되도록 본딩와이어(113B)의 길이가 상대적으로 짧게 되어 있다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 각 탄성표면파 필터장치에 있어서의 통과대역 저역측에 있어서의 급준성과 용량비(Cp2/Cp1)의 관계를 조사하였다. 급준성은 제 1의 실시예와 마찬가지로 하여 평가하였다. 결과를 도 25에 나타낸다.
도 25에서 나타난 바와 같이, 종래예에 상당하는 용량비(Cp2/Cp1=2)인 경우에 비해서 용량비를 높여감에 따라서 급준성이 개선되는 것을 알았다. 대표적인 특성으로서, 용량비 Cp2/Cp1=2인 경우의 종래예의 전송특성과, 용량비 Cp2/Cp1=5인 경우의 전송특성을 도 26에 나타낸다.
도 26에서 나타난 바와 같이, 용량비(Cp2/Cp1)를 5로 함으로써, 종래예에 비해서 급준성이 높아지고 있는 것을 알았다.
또한, 용량이 큰 병렬팔 공진자(112b)에 접속되는 인덕턴스값을 1.3nH로 크게 하였을 경우의 예와, 상기 실시예의 탄성표면파 필터장치(용량비=5, 병렬팔 공진자(112b)에 접속되는 인덕턴스 0.7nH)의 전송특성을 도 27에 의해 넓은 주파수범위에 걸쳐서 나타낸다. 제 3의 실시예에 있어서는, 주파수가 제 1 및 제 2의 실시예에 비해서 높기 때문에, 통과대역의 3배 부근의 주파수인 5800㎒ 부근에서는 감쇠량이 악화되고 있지만, 통과대역의 고역측에 있어서의 감쇠량의 악화를 종래예에 비해서 억제할 수 있는 것을 알았다.
또한, 용량비와 급준성의 관계 및 인덕턴스와 감쇠량의 관계는, 제 1의 실시예의 800㎒의 사다리형 탄성표면파 필터장치와 동일한 경향을 나타내고 있다. 따라서, 제 1 및 제 3의 실시예에 의하면, 중심주파수의 고저에 관계없이 본 발명에 따라서 통과대역 저역측에 있어서의 급준성을 높일 수 있고, 또한 넓은 주파수범위에 감쇠량의 악화를 억제할 수 있는 것을 알았다.
다음에, 본 발명에 따라서 구성된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하는 통신기를 설명한다.
도 28은, 본 발명에 관한 탄성표면파장치를 이용한 통신기(160)를 설명하기 위한 개략블럭도이다.
도 28에 있어서, 안테나(161)에, 듀플렉서(162)가 접속되어 있다. 듀플렉서 (162)와 수신측 믹서(163)의 사이에, RF단을 구성하는 탄성표면파필터(164) 및 증폭기(165)가 접속되어 있다. 또한 믹서(163)에 IF단의 표면파필터 (169)가 접속되어 있다. 또한, 듀플렉서(162)와 송신측의 믹서(166)의 사이에는, RF단을 구성하는 증폭기(167) 및 탄성표면파필터(168)가 접속되어 있다.
상기 통신기(160)에 있어서의 RF단의 표면파필터(164)로서 본 발명에 따라서 구성된 탄성표면파 필터장치를 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명에 관한 탄성표면파 필터장치에서는, 일단자쌍 탄성표면파 공진자로 이루어지는 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자를 복수개 구비하고, 각 병렬팔 공진자에 직렬로 인덕턴스가 접속되어 있는 구성에 있어서, 입력단 또는 출력단에 접속된 제 1의 병렬팔 공진자 및 직렬팔 공진자 사이의 접속점에 접속된 제 2의 병렬팔 공진자의 정전용량(Cp1, Cp2)가, Cp1×2〈Cp2의 관계에 있기 때문에, 즉 용량비 (Cp2/Cp1)가 2보다 크기 때문에, 통과대역의 저역측에 있어서의 필터특성의 급준성이 높아진다. 또한, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값 이하로 되어 있으므로, 통과대역외 감쇠량을 충분한 크기로 할 수 있다. 따라서, 필터특성의 급준성에서 우수할 뿐만 아니라, 저지역에 있어서의 감쇠량이 충분한 크기를 가지는 양호한 필터특성을 실현할 수 있다.
특히, Cp1×2〈Cp2〈Cp1×10으로 되어 있는 경우에는, 필터특성의 급준성 및 저지역에 있어서의 감쇠량의 향상뿐만 아니라, 대역폭을 충분한 넓이로 할 수 있다.
또한, 제 2의 병렬팔 공진자의 공진주파수가 제 1의 병렬팔 공진자의 공진주파수보다 낮은 경우에는, 통과대역 저역측에 있어서의 반사특성의 열화를 억제할 수 있고, 이것에 의해서 필터특성의 급준성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각 병렬팔 공진자에 직렬로 접속되는 인덕턴스를 구성하는 부재에 관해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 패키지의 전극패드와 병렬팔 공진자를 접속하는 본딩와이어의 길이를 조절함으로써, 상기 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 크기를 조정할 수 있다. 즉, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이를 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이 이하로 함으로써, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스값을 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스값 이하로 할 수 있다. 마찬가지로, 제 2의 병렬팔 공진자의 일단이 복수의 본딩와이어에 의해 복수의 전극패드에 전기적으로 접속되어 있는 구성을 채용함으로써, 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값을 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값 이하로 할 수 있다.
본 발명에 관한 통신기에서는, 본 발명에 따라서 구성된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있기 때문에, 대역필터에 있어서의 필터특성이 개선되므로, 선택도에서 우수한 통신기를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (12)

  1. 일단자쌍 탄성표면파 공진자로 이루어지는 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자를 구비하는 사다리형 회로구성의 탄성표면파 필터장치로서,
    압전성 기판;
    상기 압전성 기판 상에 형성된 복수의 병렬팔 공진자 및 직렬팔 공진자; 및
    상기 각 병렬팔 공진자에 직렬로 접속된 인덕턴스를 구비하고,
    상기 복수의 병렬팔 공진자가, 입력단 또는 출력단에 접속된 제 1의 병렬팔 공진자와, 직렬팔 공진자 사이의 접속점에 접속된 제 2의 병렬팔 공진자를 구비하고,
    상기 제 1의 병렬팔 공진자의 정전용량을 Cp1, 상기 제 2의 병렬팔 공진자의 정전용량을 Cp2로 하였을 때, Cp1×2〈Cp2의 관계에 있고, 또한
    상기 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값이, 상기 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 인덕턴스값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2의 병렬팔 공진자의 정전용량(Cp2)은 Cp1×2〈Cp2〈Cp1×10의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 2의 병렬팔 공진자의 공진주파수는상기 제 1의 병렬팔 공진자의 공진주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압전성 기판 상에 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 구성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 상기 탄성표면파 소자의 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 상기 패키지의 전극패드와, 상기 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하는 본딩와이어를 추가로 구비하고,
    상기 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이가, 상기 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이 이하로 되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 압전성 기판 상에 형성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 상기 전극패드와 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하고 있는 본딩와이어를 추가로 구비하고,
    상기 제 2의 병렬팔 공진자의 일단이 본딩와이어에 의해 상기 복수의 전극패드의 내, 접지전위에 접속되는 2개이상의 전극패드에 전기적으로 접속되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신기.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 압전성 기판 상에 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 구성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 상기 탄성표면파 소자의 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 상기 패키지의 전극패드와, 상기 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하는 본딩와이어를 추가로 구비하고,
    상기 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이가, 상기 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 본딩와이어의 길이 이하로 되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되어 있는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 직렬팔 공진자 및 병렬팔 공진자가 압전성 기판 상에 형성되어 있는 탄성표면파 소자를 수납하고 있고, 또한 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자에 접속되는 복수의 전극패드를 구비하는 패키지와, 상기 전극패드와 직렬팔 공진자 또는 병렬팔 공진자를 접속하고 있는 본딩와이어를 추가로 구비하고,
    상기 제 2의 병렬팔 공진자의 일단이 본딩와이어에 의해 상기 복수의 전극패드의 내, 접지전위에 접속되는 2개이상의 전극패드에 전기적으로 접속되어 있고, 이것에 의해서 제 2의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값이, 제 1의 병렬팔 공진자에 접속되는 인덕턴스의 값 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성표면파 필터장치.
  9. 안테나 및 상기 안테나에 접속된 1개 이상의 RF단을 포함하는 통신기에 있어서, 상기 1개 이상의 RF단은 제 3항에 기재된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신기.
  10. 안테나 및 상기 안테나에 접속된 1개 이상의 RF단을 포함하는 통신기에 있어서, 상기 1개 이상의 RF단은 제 4항에 기재된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신기.
  11. 안테나 및 상기 안테나에 접속된 1개 이상의 RF단을 포함하는 통신기에 있어서, 상기 1개 이상의 RF단은 제 5항에 기재된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신기.
  12. 안테나 및 상기 안테나에 접속된 1개 이상의 RF단을 포함하는 통신기에 있어서, 상기 1개 이상의 RF단은 제 7항 또는 제 8항에 기재된 탄성표면파 필터장치를 대역필터로서 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신기.
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