KR100825899B1 - 결합 벌크음향파 공진기에 기반한 송수 전환기 - Google Patents

결합 벌크음향파 공진기에 기반한 송수 전환기 Download PDF

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Abstract

송신과 수신 신호의 여과를 위한 송신 공진기 디바이스와 수신 공진기 디바이스로 구성된 송수 전환기. 공진기 디바이스는 입력 전기 신호로 부터 음향파 신호를 발생시키기 위한 첫 번째 BAW 공진기, 음향파 신호를 딜레이하기 위한 첫 번째 음향 딜레이, 딜레이된 음향파 신호를 한쪽 단에서 받고 딜레이된 음향파 신호를 전기적 신호로 바꾸어 주는 중간 BAW 공진기를 갖고 있다. 다른 단에서 추가 음향파 신호를 발생시키기 위하여 전기적인 결합을 통하여, 전기적인 신호는 또한 중간 BAW 공진기의 다른 말단에 나타난다. 공진기는 추가 음향파 신호를 딜레이하기 위한 두 번째 딜레이와, 딜레이된 추가 음향파 신호로 부터 출력된 전기적 신호를 발생시키기 위한 두 번째 BAW 공진기를 포함한다. 송수 전환기는 휴대폰의 송수신기에 이용될 수 있다.

Description

결합 벌크음향파 공진기에 기반한 송수 전환기{Coupled baw resonator based duplexers}
본 발명은 일반적으로 BAW(bulk acoustic-wave)공진기와 필터 그리고 특별히 필터와 송수 전환기에 사용되는 대량 BAW 밸룬(bulk acoustic wave baluns)에 대한 것이다.
일반적으로, 벌크 음향파 디바이스는 전극으로 작용하는 두 개의 전자적으로 전도된 층 사이에 끼워진 압전층으로 구성된다. 무선 주파수 신호가 디바이스에 적용될 때에, 압전층에서는 기계적인 파가 발생한다. 기계적인 파의 파장이 압전층의 두께의 약 2배가 되는 때에 기본적인 공진이 발생한다. BAW 디바이스의 공진 주파수 역시 다른 요소에 영향을 받지만, 압전층의 두께가 공진 주파수를 결정하는 주요한 요소이다. 압전층의 두께가 감소하면, 공진 주파수는 증가한다. BAW 디바이스는 전통적으로 석영 크리스탈판으로 제조된다. 일반적으로 이러한 제조방법으로는 높은 공진 주파수를 갖는 디바이스를 얻는 것이 어렵다. 수동 기판의 물질에 얇은 필름 층을 두어 BAW 디바이스를 제조하는 경우 공진 주파수를 0.5- 10 GHz 범위로 확장할 수 있다. BAW 디바이스의 이러한 유형들은 보통 박막 벌크 음향 공진기나 FBARs로 언급된다. FBARs에는 주요한 두가지 종류가 있다. 이른바 BAW 공진기와 SCF(stacked cristal filters)가 그것이다. SCF 는 보통 두 개 이상의 압전층과 세 개 이상의 전극을 가지고 있다. 이 경우 몇몇 전극들은 접지되었다. 이러한 두 가지 종류의 디바이스 사이의 차이점은 주로 구조에 있다. FBARs 는 보통 패스밴드 필터나 스톱밴드 필터를 제조하는 조합에 사용된다. 하나의 직렬 FBARs 과 하나의 병렬 혹은 션트(shunt) FBARs의 조합은 소위 사다리형 필터(ladder filter)의 한 부분을 구성한다. 사다리형 필터의 설명은 예를 들면, Ella(미국 특허 번호 6081171, 이하에서는 Ella' 171이라 한다.)에서 발견할 수 있다. Ella' 171에서 공개된 바와 같이 FBAR 에 기반한 디바이스는 패시베이션 층이라고 불리우는 하나 이상의 보호층을 갖을 수 있다. 전형적인 FBAR에 기반한 디바이스는 도 1a 에서 부터 도 1d 에 나타난다. 도 1a 에서 부터 도 1d 에 보이는 바와 같이 FBAR 디바이스는 기판(501), 하부 전극(507), 압전층(509), 그리고 상부 전극(511)으로 구성된다. 전극과 압전층은 음향 공진기를 형성한다. FBAR 디바이스는 추가적으로 얇은 막층(505)을 포함한다. 도 1a 에서 볼 수 있듯이 식각(蝕刻)된 홀(503)은 기판( 501) 으로 부터 공진기를 분리하는 공기 인터페이스를 형성하기 위하여 기판(501)에 만들어 진다. 택일적으로, 도 1b에서 보는 바와 같이 식각(蝕刻)된 구멍(502) 은 기판(501)상에 제공된다. 도 1c에서 보이는 바와 같이 공진기와 기판을 분리하는 희생 층(506)을 제공하는 것도 가능하다. 도 1d에서 보이는 바와 같이 음향파를 공진기에 반사시키기 위하여 하부의 전극(507)과 기판(501) 사이에 음향적 미러(521)를 형성하는 것도 역시 가능하다. 기판은 실리콘(Si), 이산화 실리콘(SiO2), 비화 갈 륨(GaAs), 유리나 세라믹 물질로 만들 수 있다. 하부의 전극과 상부의 전극은 금(Au), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오브(Nb), 은(Ag), 탄탈(Ta), 코발트(Co), 알루미늄(Al) 혹은 텅스텐이나 알루미늄과 같은 이들 금속의 조합으로 만들어질 수 있다. 압전층(130)은 산화 아연(ZnO), 아연 황화물(ZnS), 알루미늄 질화물(ALN), 리튬탄탈레이트(LiTaO3),혹은 소위 납, 란탄, 지르코네이트, 티탄산염 계열의 다른 것으로 만들어질 수 있다. 게다가, 전형적으로 SiO2, Si3N4나 폴리이미드(polyimide) 와 같은 유전체 재료로 만들어지는 패시베이션 층은 전기적인 절연체로 사용되고 압전층을 보호하는데 사용된다. 도 1c에서 볼 수 있듯이 브리지형 BAW 디바이스의 희생 층(506)은 일반적으로 디바이스 아래에 공기 인터페이스를 형성하는 마지막 제조 단계에서 식각(蝕刻)되어진다는 것을 주목해야 한다. 도 1d에서 볼 수 있듯이 미러형 BAW 디바이스에서는 음향적 미러(521)은 보통 4분의 1파 두께인 여러층의 높고 낮은 음향적 임피던스 물질의 쌍으로 구성된다. 브리지형과 미러형 BAW 디바이스는 널리 알려졌다.
FBARs는 입력과 출력 포트가 불균형적인 사다리형 필터 형태나 포트가 균형적인 격자 필터 형태에서 임피던스 요소 필터를 형성하는데 사용될 수 있다는 것도 역시 알려졌다. 어떤 응용예에는 필터내에서 불균형적인 입력을 균형적인 출력으로(혹은 그 반대로) 변형하는 것이 도움이 된다. 그러한 필터는 음향적으로 결합 표면 음향 파(SAW : surface acoustic wave)공진기를 이용하여 만들어질 수 있다. 기본적으로 이러한 구조들은 도 2에서 볼 수 있듯이 한 쌍의 공진기에 기반을 두고 있다. 첫 번째 공진기(620)는 음향 파를 생성하고 두 번째 공진기(630)는 수신기로 작용하게 된다. 공진기들은 전기적으로 연결되지 않았기 때문에 그들 중의 하나는 불균형적인 디바이스로서 연결될 수 있고 다른 것은 균형적이나 불균형적인 디바이스로 이용될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 두 번째 공진기(630)가 균형적인 신호 출력에 대하여 두 개의 포트(632, 634)를 제공함에 반하여 첫 번째 공진기(620)는 신호 입력에 대하여 불균형적인 포트(622)를 제공한다. 도면에서 볼 수 있다시피, 참조번호(610과 640)는 표면 음향 파(SAW : surface acoustic wave)디바이스에 대한 반사체나 음향적 미러를 나타낸다. 이와 같은 원리는 하나가 다른 하나의 위에 있는 두개의 압전층을 가지고 있는 BAW 디바이스에 이용될 수 있다. 그러한 구조를 이용하는 경우, 불균형에서 균형으로의 변환을 수행하는 것은 가능하다. 이러한 구조는 필터의 부분으로 사용될 수 있고 혹은 심지어 송수 전환기로 사용될 수 있다. 그러한 구조를 구현하는 한가지 가능한 방법은 "High Performance Stacked Crystal Filters for GPS and Wide Bandwidth Applications", K.M. Lakin , J. belsick, J.F. McDonald , K.T. McCarron , IEEE 2001 Ultrasonics Symposium Paper 3E-6, 2001년 10월 9일(이하에서는 Lakin이라 한다.)에 설명되고 있다. 도 3은 Lakin에 공개된 결합 공진기 필터(CRF : coupled resonator filter)이다. 도 3에서 볼 수 있듯이 CRF는 하부 전극(507), 하부 압전층(508), 크로스 오버 전극(511), 복수의 결합층(512), 접지 전극(513), 상부 압전층(509), 그리고 두개의 분리된 상부의 전극(531, 532)에 의하여 형성된다. 그 자체로, CRF는 공진기의 첫번째의 수직 쌍(541) 과 공진기의 두번째의 수직 쌍(542)을 가지고 있다. 수직쌍의 각각은 단극 필터로서 작용한다. 연속하여, 두 개의 수직 쌍은 이극 필터로서 작용한다. CRF는 음향적 미러(521)에 의하여 분리된 기판(501)상에 만들어 진다.
Ella et al.(미국 특허 번호 6670866 B2 이하에서는 Ella'866이라 한다.)는 두 개의 공진기와 그들 사이에 하나의 유전층을 가지고 있는 BAW 디바이스 공개하고 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이 상기 BAW 디바이스(20)는 기판(30)상에 형성되고 첫 번째 전극(40), 첫 번째 압전층(42), 디바이스 접지점(12)와 연결된 두 번째 전극(44), 세 번째 전극(60), 두 번째 전극(44)과 세번째 전극(60)사이의 유전층(50), 두 번째 압전층(62) 그리고 네 번째 전극(64)으로 구성되어 있다. 첫 번째 전극(40), 첫 번째 압전층(42) 그리고 두 번째 전극(44)은 첫 번째 공진기(92)를 형성하는데 중복되는 부분을 갖는다. 세 번째 전극(60), 두 번째 압전층(62) 그리고 네 번째 전극(64) 은 두 번째 공진기(94)를 형성하는데 중복되는 부분을 갖는다. BAW 디바이스(20)는 공진 주파수, 공진 주파수의 특징인 음향 파장
Figure 112006067304606-pct00001
를 갖는다. 첫 번째와 두 번째 압전 층(42, 62) 의 두께는 실질적으로
Figure 112006067304606-pct00002
/2 와 같다. 게다가, 디바이스(20)는 음향파를 첫 번째 공진기(92)에 반사시키기 위하여 첫 번째 전극(40)과 기판(30) 사이에 형성된 음향적 미러(34) 를 가지고 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이 첫 번째 전극(40)의 부분은 밸룬(10)의 신호 입력단(14) 과의 연결점으로서 사용하도록 노출된다(도 5 참고). 유사하게, 두 번째 전극(44)의 부분은 디바이스 접지점(12)에 대한 연결점으로 사용되도록 노출된다. BAW 디바이스(20)의 엑티브 에어리어(active area)를 정의하는 경우 첫 번째 공진기(92)와 두 번째 공 진기(94)는 중복되는 부분(70)을 갖는다. 디바이스(20)는 첫 번째 신호 출력단(16) 과 두 번째 신호 출력단(18)을 갖는다.
Ella' 886 은 더 낮은 대역폭 요구를 갖는 응용예에 사용을 위한 밸룬을 나타내고 있다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 밸룬(10)은 도 4의 BAW 디바이스(20)와 유사하게 두 개의 동일한 스택(21, 21')을 갖고 있다. 그러나, 레이어 스택(21')의 첫 번째 전극(40')과 세 번째 전극(60') 그리고 스택(20)의 두 번째 전극(44)과 세 번째 전극(60)은 접지점(12)과 연결되어 있다. 게다가, 레이어 스택(21')의 두 번째 전극(44')은 레이어 스택(21)의 첫 번째 전극(40)과 연결되었고 신호 입력단(14)으로서 사용된다. 레이어 스택(21')의 상부 전극(64')이 번째 신호 출력단(18)으로서 이용되는데 반하여 레이어 스택(21)의 상부 전극(64)은 첫 번째 신호 출력단(16)으로 사용된다. 이중 구조임에도 불구하고 상부 압전층(62,62') 아래에 전극(60, 60')이 접지되었기 때문에 보상 커패시턴스는 필요하지 않다. 이러한 전기적 차폐 효과는 첫 번째와 두 번째 신호 출력단(16, 18)에 대하여 대칭의 임피던스라는 결과를 낳는다. 유전층(50, 50')의 기생 커패시턴스는 신호 입력단(14)과 병렬을 이룬다. 이러한 기생 커패시턴스는 다소 디바이스의 대역폭의 등급을 낮추지만 그것의 대칭을 해치지는 않는다. 교차 연결된 입력 전극(40, 44')는 스택(21)과 스택(21') 사이의 음향파 사이 위상을 완벽한 180도로 만든다.
Ella' 886 은 밸룬(10)이 하나의 불균형적인 포트와 두 개의 균형적인 포트를 갖는 필터의 부분으로서 사용될 수 있다는 것을 역시 나타내고 있다. 두 개의 밸룬(10)은 도 6에서 볼 수 있듯이 송수 전환기(201)를 형성하기 위하여 격자 필 터(150)에 결합될 수 있다. 도 6에서, 위상 이동 장치(242)는 필터를 일치시키는데 사용된다. 유사하게, 두 개의 밸룬(10)은 도 7에서 볼 수 있듯이, 송수 전환기(203)를 형성하기 위하여 하나의 격자 필터(150)와 하나의 사다리형 필터(250)에 결합될 수 있다.
도 8에서 볼 수 있듯이, 두개의 단일 종단 사다리형 필터와 위상 이동 장치를 이용하여 단순한 송수 전환기를 만드는 것이 가능하다. 도면에서 볼 수 있듯이 단일 종단 브리지 필터(260)은 송신 Tx에 사용되고 다른 단일 종단 사다리형 필터(262) 는 수신 Rx에 사용된다. 그러나 보통 코일과 같은 인덕턴스 성분들이 Tx 필터를 Rx주파수와 일치하는 자연 노치(natural notch)로 변환시키기 위하여 션트(shunt) 공진기와 직렬로 연결될 것을 요구한다. 이러한 코일은 송수 전환기에서 추가적인 손실을 발생할 뿐 아니라, 다른 더 높은 공진 주파수를 발생한다. 게다가, 단일 종단 필터의 전체적인 대역 외 감쇄 능력을 떨어뜨린다. Rx 경로에서 대역 외 감쇄를 줄이기 위해서는 도 9에서 볼 수 있듯이 완전히 균형적인 Rx 필터와 단일 종단 Tx 필터를 결합하는 것이 가능하다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 완전히 균형적인 Rx 필터(270)는 직렬로 연결된 한 쌍의 밸룬과 연결된다. 이러한 접근에 대한 문제는 안테나 포트의 밸룬과 관련된 어떠한 손실이 Tx 경로에서의 손실을 야기하는데 있다. Tx 경로는 또한 인덕턴스 때문에 감소된 대역 외 부분이 문제가 된다.
따라서 상기 언급한 문제점을 갖지 않는 단순한 송수 전환기를 만드는 것이 유리하고 바람직할 것이다.
본 발명은 송수 전환기의 송신 경로에서 결합 공진기 필터를 이용하고 수신 경로에서 또 다른 결합 공진기 필터를 사용한다. 송신 경로에서의 결합 공진기 필터는 단일 종단 입력 포트와 단일 종단 출력 포트를 갖는다. 반면에 수신 경로에서의 결합 공진기 필터는 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 변환을 갖는다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 모습은 통신 디바이스에서의 이용하기 위한 송수 전환기에 있어서 상기 통신 디바이스는
통신 신호를 전송하기 위한 안테나;
신호를 전송하기 위한 안테나와 기능적으로 연결된 송신 경로; 및
신호를 수신하기 위한 안테나와 기능적으로 연결된 수신 경로를 포함하고,
송수 전환기는 전송 경로에서의 신호를 여과하기 위하여 전송 경로에 배열된 첫 번째 결합 공진기 디바이스;
수신 경로에서의 신호를 여과하기 위하여 수신 경로에 배열된 두 번째 결합 공진기 디바이스; 및
수신 경로에 배열되고 기능적으로 두 번째 결합 공진기 디바이스와 연결된 위상 이동장치를 포함하며,
상기 첫 번째와 두 번째 결합 공진기 디바이스의 각각은 대응하는 경로에서 신호를 수신하기 위한 입력단, 그리고 대응하는 경로에서 여과된 신호를 송신 위한 출력단;
수신된 신호의 표시인 음향파 신호를 제공하기 위하여 입력단과 기능적으로 연결된 첫 번째 공진기;
딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여 음향파 신호에 반응하는 첫 번째 딜레이 부분;
첫 번째 단에서는 딜레이된 음향파 신호에 반응하고, 두 번째 말단에서 추가 음향파 신호를 발생시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 단에서 딜레이된 음향파 신호를 나타내는 전기 신호를 생산하기 위하여 첫 번째 단과 두 번째 단을 갖는 중간 공진기;
추가 딜레이된 음향파 신호에 응답하여, 음향파 신호를 추가 입증하는 두 번째 딜레이 부분; 및
여과된 신호를 추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력단에 제공하기 위하여 출력단과 기능적으로 연결된 두 번째 공진기를 포함한다.
본 발명에 의하면, 위상 이동 장치는 두 번째 결합 공진기 디바이스와 안테나 사이에 배열된다.
본 발명에 의하면, 통신 디바이스는 전송 경로에 배열되고 첫 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 추가 위상 이동 장치를 포함한다. 그 중에 추가 위상 이동 장치는 첫 번째 결합 공진기와 안테나 사이에 배열된다.
택일적으로, 첫 번째 결합 공진기 디바이스는 추가 위상 이동 장치와 안테나 사이에 배열된다.
본 발명에 의하면, 첫 번째 결합 공진기 디바이스의 입력단은 두개의 입력 단자를 포함하고 첫 번째 결합 공진기 디바이스의 출력단은 두개의 출력 단자를 포함한다. 그중 두 개의 입력 단자의 하나와 두 개의 출력 단자의 하나는 기능적으로 접지되어 있다.
본 발명에 의하면, 두 번째 결합 공진기의 입력단은 두 개의 입력 단자를 포함한다. 그리고 그중 두 개의 입력 단자 중 하나는 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 변환을 하기 위하여 기능적으로 접지되어 있다.
본 발명에 의하면, 첫 번째와 두 번째 공진기는 BAW 디바이스이다. 첫 번째와 두 번째 딜레이 각각은 전송선이나 하나 이상의 집합체 요소를 포함한다. 이러한 음향적이지 않은 딜레이는 결합 공진기 디바이스에 통합될 수 있다.
본 발명의 두 번째 모습은 결합 공진기 디바이스를 제공하며,
대응하는 경로에서 신호를 수신하는 입력단과 대응하는 경로에서 여과된 신호를 송신하는 출력단;
수신된 신호를 나타내는 음향파를 제공하기 위하여 입력단과 기능적으로 연결되는 첫 번째 공진기;
딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여, 음향파 신호에 반응하는 첫 번째 딜레이 부분;
첫 번째 단에서 딜레이된 음향파 신호에 반응하고, 두 번째 단에서 추가 음향파를 발생시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 단에서 딜레이된 음향파 신호를 나타내는 전기 신호를 생산하기 위하여 첫 번째 단과 두 번째 단을 갖는 중간 공진기;
추가 딜레이된 음향파 신호를 입증하기 위하여 추가 음향파 신호에 반응하는 두 번째 딜레이 부분; 및
여과된 신호를 추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력단에 제공하기 위하여, 기능적으로 출력단과 연결된 두 번째 딜레이 부분을 포함한다.
본 발명에 의하면, 공진기 디바이스는 기판을 가지고 있고, 중간의 공진기는 기판에 배열된 첫 번째 전극;
첫 번째 전극에 배열된 압전층; 및
압전층에 배열되고, 첫 번째 단과 두 번째 단을 갖는 두 번째 전극을 포함하고 첫 번째 딜레이 부분은 두 번째 전극의 첫 번째 말단에 배열되고, 두 번째 딜레이 부분은 두 번째 전극의 두 번째 단에 배열되고, 첫 번째 공진기는 첫 번째 딜레이 부분에 배열되고, 두 번째 공진기는 두 번째 딜레이 부분에 배열된다.
본 발명에 의하면, 첫 번째와 두 번째 공진기의 각각은 한 쌍의 전극과 그 전극 사이에 배열된 추가 압전층을 포함한다.
본 발명에 의하면, 공진기 디바이스는 첫 번째 전극과 기판 사이에, 중간 공진기에 인접하게 배열된 음향 미러를 갖는다.
첫 번째와 두 번째 딜레이 부분 각각은 복수의 유전 물질을 포함하거나, 이산화 실리콘과 텅스텐 층으로 구성된 구조를 포함한다.
본 발명에 의하면, 입력단은 두 개의 입력 단자를 포함한다. 그 중 두 개의 입력 단자 중 하나는 기능적으로 접지되어있고, 다른 입력 단자는 선택적으로 위상 이동 장치 성분과 연결된다.
본 발명에 의하면, 첫 번째 공진기는 첫 번째 공진 주파수를 갖고, 두 번째 공진기는 첫 번째 공진 주파수와 약간 다른 두 번째 공진 주파수를 갖는다.
본 발명의 세 번째 모습은 다음의 요소를 포함하는 통신 디바이스를 제공하며,
통신 신호를 전달하는 안테나 포트;
송신 포트와 수신 포트를 갖는 송수신기; 및
송수 전환기를 포함하며, 상기 송순 전환기는
안테나 포트와 전송 경로에서 신호를 여과하기 위한 전송 포트 사이의 전송 경로에 배열되는 첫 번째 결합 공진기 디바이스;
안테나 포트와 수신 경로에서 신호를 여과하기 위한 수신 포트 사이의 수신 경로에 배열되는 두 번째 결합 공진기 디바이스; 및
수신 경로에 배열되고 두 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 위상 이동 장치를 포함하며 상기 첫 번째와 두 번째 결합 공진기 디바이스 각각은
대응하는 경로에서 신호를 수신하는 입력단; 및
대응하는 경로에서 여과된 신호를 공급하는 출력단;
기능적으로 입력 말단과 연결되어 있고, 수신된 신호를 나타내는 음향파 신호를 공급하기 위한 첫 번째 공진기;
음향파 신호에 반응하고, 딜레이된 음향파 신호를 공급하기 위한 첫 번째 딜레이 부분;
첫 번째 말단에서 딜레이된 음향파 신호에 반응하고, 두 번째 말단에서 음향파 신호를 발생시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 단의 딜레이된 음향파 신호를 나타내는 전기적 신호를 생성하기 위하여 첫 번째와 두 번째 단을 가지고 있는 중간 공진기;
추가 음향파에 반응하고 추가 딜레이된 음향파 신호를 입증하기 위한 두 번째 딜레이 부분; 및
추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력단에 여과된 신호를 제공하기 위하여 기능적으로 출력단과 연결된 두 번째 공진기.
본 발명에 의하면, 첫 번째 결합 공진기 디바이스는 일대일 구성을 갖고, 두 번째 결합 공진기 디바이스는 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 변환을 갖는다.
본 발명에 의하면, 송수 전환기는 전송 경로에 배열되고 첫 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 추가 위상 이동 장치를 포함할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 각각의 위상 이동 장치와 추가 위상 이동 장치는 아마도 공진기 디바이스로 통합되는 전송 선로나 집합체 요소를 포함한다.
통신 장치는 이동 단말기, 통신 장치나 이외 같은 것이 될 수 있다.
본 발명은 도 10-13과 함께 설명을 읽으면 명백해 질 것이다.
도 1a는 공진기와 기판에 형성된 막을 가지고 있는 전형적인 벌크 음향파 디바이스를 표현하고 있는 단면도로, 그 중 기판은 막에 공기 인터페이스를 제공하기 위한 관통공을 가지고 있다.
도 1b는 공진기와 기판에 형성된 막을 가지고 있는 전형적인 벌크 음향파 디 바이스를 표현하고 있는 단면도로, 그 중 기판은 막에 공기 인터페이스를 제공하기 위한 식각(蝕刻)된 부분을 가지고 있다.
도 1c는 공진기와 기판에 형성된 막을 가지고 있는 전형적인 벌크 음향파 디바이스를 표현하고 있는 단면도로, 그 중 희생층은 막과 기판 사이에 형성되어있다.
도 1d는 기판에 형성된 공진기를 가지고 있는 전형적인 벌크 음향파 디바이스를 표현하고 있는 단면도로 그 중 음향 미러는 기판과 공진기의 하부 전극 사이에 형성되어있다.
도 2는 선행기술의 구성을 나타내는 도식적인 모습으로, 그 중 두 개의 공진기는 불균형 신호를 균형적인 신호로 변환하는데 이용된다.
도 3은 결합 공진기 필터의 선행기술의 구성을 나타내는 단면도로, 그 중 두 개의 크리스탈 필터 공진기는 수평으로 이격된다.
도 4는 하나의 신호 입력 포트와 두 개의 출력 포트를 가진 선행 기술 밸룬을 보여주는 도식적인 모습이다.
도 6은 선행기술 송수 전환기를 보여주는 블록도로, 그 중 각 송수신기 필터는 밸룬과 격자 필터 부분을 가지고 있다.
도 7은 선행기술 송수 전환기를 보여주는 블록도로, 그 중 하나의 송수신기 필터는 격자 필터 부분과 결합 밸룬을 가지고 있고, 다른 송수신기 필터는 사다리형 필터와 결합된 밸룬을 가지고 있다.
도 8은 두 개의 단일 종단 필터를 가진 선행기술 송수 전환기를 보여주는 블 록도이다.
도 9는 단일 종단 필터와 완전히 균형적인 필터가 있는 선행기술 송수 전환기를 보여주는 블록도이다.
도 10은 본 발명에 의하면, 결합 BAW 공진기를 보여주는 도식적인 모습이다.
도 11은 결합 BAW 공진기에서 음향적이고 전기적인 결합을 보여주는 블록도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따르면, 송수 전환기를 보여주는 블록도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따르면, 송수 전환기를 보여주는 블록도이다.
도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 송수 전환기를 보여주는 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따르면, 송수 전환기를 가진 통신 디바이스를 보여주는 도식적인 모습이다.
본 발명에 의하면 송수 전환기는 결합 BAW 공진기 디바이스에 기반하고 있다. 결합 공진기 디바이스는 도 10에서 볼 수 있다. 결합 공진기 디바이스(700)은 또 다른 결합 공진기 필터(CRF : coupled resonator filter)(720)와 결합된 CRF(710)를 포함한다. 도 10에서 볼 수 있듯이, 공진기 디바이스(700)는 기판(730), 하부의 공진기(740), 첫 번째 딜레이(752), 두 번째 딜레이(754), 첫 번째 상부의 공진기(760) 그리고 두 번째 상부의 공진기(770)를 포함한다. 하부의 공진기(740)는 하부의 전극(742), 상부의 전극(746) 그리고 전극(742와 746) 사이에 배열된 압전층(744)을 포함한다. 하부 공진기(740)의 상부에 분리되어 배열된 첫 번째 딜레이(752)와 두 번째 딜레이(754)는 복수의 다른 유전 물질의 층으로 구성된다. 예를 들면, 첫 번째 딜레이(752)와 두 번째 딜레이(754)의 구조는 SiO2/W/SiO2 일 수 있다. 첫 번째 딜레이(752)의 윗쪽에 배열된 첫 번째 상부 공진기(760)는 하부의 전극(762), 상부 전극(766) 그리고 그들 사이에 압전층(764)을 포함한다. 첫 번째 딜레이(754)의 상부에 배열된 두 번째 상부 공진기(770)는 하부 전극(772), 상부 전극(776) 그리고 그들 사이에 압전층(774)을 포함한다. 공진기 디바이스(700)를 음향적으로 반사하는 구멍이 있는 막(도 1a를 참고), 희생층(도 1c를 참고), 혹은 하부 공진기(740) 아래에 있는 음향 미러(734)를 포함할 수도 있다. 상부 공진기의 하나는 신호 입력 포트로 사용되고, 다른 것은 신호 출력 포트로 사용된다. 도 10에서 볼 수 있듯이 전극(766,762)은 단자(72와 74)에 연결되어 있다. 그리고 전극(776,772)은 단자(76과 78)에 연결되어 있다. 만약 첫 번째 상부의 공진기(760)가 단자(72, 74)를 통하는 전기적인 신호에 의하여 음향파를 여기시키는데 사용된다면, 음향파는 첫 번째 딜레이(752)를 통하여 하부 공진기(740)로 전달된다. 하부 공진기(740)에서, 압전층(744)에서의 음향파는 전기적인 신호로 전환된다. 전극(742, 746)에 있는 전기적인 신호는 다시 음향파로 전환된다. 그리고 그러한 음향파는 두 번째 딜레이(754)를 통하여 두 번째 상부 공진기(770)로 전달된다. 공진기(770)의 단자(76, 78)에서 음향파는 다시 전기적인 신호로 변환된다. CRF(710)과 CRF(720)내에서의 음향적인 여기, 그리고 그것들 사이의 전기적 결합은 도 11에 나타난다. 첫 번째 상부 공진기(760)와 두 번째 상부의 공진기(770)는 패스밴드 응답을 형성하기 위하여 약간 다른 공진기 주파수를 전형적으로 나타낸다.
본 발명에 의하면 도 12a 에서 볼 수 있듯이 공진기 디바이스(700)는 송수 전환기에 사용될 수 있다. 보이는 바와 같이, 송수 전환기(800)는 Tx 포트, Rx 포트와 각각 연결된 Tx 부분과 Rx 부분을 포함한다. Rx 부분에서는 공진기 디바이스(700)는 접지된 단자(74)가 접지되어 있기 때문에 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 필터로 사용된다. 공진기 디바이스(700)는 위상 이동 장치(810)를 통과하여 공통의 안테나 포트와 연결된다. Tx 부분에서는, 공진기 디바이스(700')는 단자(74'와 78')가 모두 접지되어 있으므로 일대일 필터로 사용된다. 공진기(700')는 위상 이동 장치(810')를 통과하여 공통된 안테나 포트와 연결된다. 위상 이동 장치(810과 810')는 전송선, 인덕터와 코일과 같은 집합체 요소, 혹은 이와 유사한 것으로 만들어진다. 위상 이동 장치(810과 810')는 용인될 수 있다면, 대응하는 공진기 디바이스(700, 700')로 통합될 수 있다. 게다가 위상 이동 장치(810')는 도 12b에서 볼 수 있듯이 공진기 디바이스(700')와 Tx 포트 사이에 배열될 수 있다. 도 12c에서 볼 수 있듯이, Tx부분에서 위상 이동 장치(810')를 생략하는 것은 가능하다. Tx 부분과 Rx 부분 사이의 가드 대역폭(guard bandwidth) 에 의존하는 경우, 송수 전환기(800)는 W-CDMA 나 CDMA 송수신기에서 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 송수 전환기(800)는 도 13에서 볼 수 있듯이 이동 단말기와 같은 통신 디바이스에서 사용될 수 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 송수 전환 기(800)는 통신 디바이스(1)에서 송수신기(900)의 Rx 와 Tx 포트에 기능적으로 연결된다.
도 10에서 볼 수 있듯이, 공진기 디바이스(700)는 두 개의 CRF 단계를 갖지만 두 개 이상의 CRF 단계를 가질 수 있다는 것을 주목해야 한다. 유사하게, Rx 부분에 있는 공진기 디바이스(700)와 공진기 디바이스(700')은 송수신기의 주파수 선택도 요구사항에 의존하는 경우 다른 CRF 단계나 다른 유사한 공진기 디바이스와 결합될 수 있다. 가능하다면, 도 6과 도 7에서의 위상 이동 장치(242)와 유사한 하나 이상의 위상 이동장치는 정합용으로 이용될 수 있다. 위상 이동 장치는 집합체 요소(인덕터나 코일과 같은), 혹은 송수 전환기의 기판에 있는 마이크로스트립 선로에 기반한다. 마이크로스트립 선로는 예를 들면, 유기 라미네이트나 LTCC(low-temperature cofire ceramic)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 송수 전환기의 장점은 패스밴드로 부터 멀리 떨어진 대역 외 감쇄가 통상의 송수 전환기를 통하여 많이 개선된다는 점과, 완전히 균형적인 Rx 부분을 위하여 자기적인 밸룬이 필요하지 않기 때문에 Rx와 Tx 경로에서 보이는 손실이 줄어든다는 점이다. 본 발명에 의하면, 송수 전환기에서는 임피던스 레벨 변환이 가능하다는 점을 주의해야 한다.
비록 본 발명이 그것에 대하여 언급된 실시예의 측면에서 설명되었지만, 당업자는 형태와 구체화에 있어서의 앞에서 설명하였고 여러가지 생략과 변화가 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (26)

  1. 통신 디바이스에 사용하기 위한 송수 전환기에 있어서, 상기 통신 디바이스는
    통신 신호를 전달하기 위한 안테나;
    신호를 전달하기 위한 안테나와 기능적으로 연결된 송신 경로; 및
    신호를 수신하기 위한 안테나와 기능적으로 연결된 수신 경로를 포함하고,
    상기 송수 전환기는
    송신 경로에서의 신호의 여과를 위한 송신 경로에 배열된 첫 번째 결합 공진기 디바이스;
    수신 경로에서의 신호의 여과를 위한 수신 경로에 배열된 두 번째 결합 공진기 디바이스; 및
    수신 경로에 배열되고 두 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 위상 이동 장치를 포함하며,
    상기 첫 번째 및 두 번째 결합 공진기 디바이스 중의 각각은
    대응하는 경로에서 신호를 수신하는 입력단과, 대응하는 경로에서 여과된 신호를 공급하는 출력단;
    수신된 신호로 표현되는 음향파 신호를 공급하기 위하여 입력단과 기능적으로 연결된 첫 번째 공진기;
    딜레이된 음향파 신호를 공급하기 위하여, 음향파 신호에 응답하는 첫 번째 딜레이 부분;
    첫 번째 단에서 딜레이된 음향파 신호에 반응하고, 두 번째 말단에서 추가 음향파를 발생시키기 위하여 딜레이된 음향파 신호로 나타나는 전기적인 신호를 첫 번째와 두 번째 말단에서 발생시키는 첫 번째 단과 두 번째 단을 갖는 중간 공진기;
    추가 딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여 추가 음향파 신호에 반응하고, 첫 번째 딜레이 부분과 이격된 두 번째 딜레이 부분; 및
    여과된 신호를 추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력 단에 공급하기 위하여, 출력 말단과 기능적으로 연결된 두 번째 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  2. 제1항에 있어서, 두 번째 결합 공진기와 안테나 사이에 위상 이동 장치가 배열된 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  3. 제2항에 있어서, 전송 경로에 배열되고 첫 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 추가 위상 이동 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 송수 전환기.
  4. 제3항에 있어서, 첫 번째 결합 공진기 디바이스와 안테나 사이에 추가 위상 이동 장치가 배열되는 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 추가 위상 이동 장치와 안테나 사이에 첫 번째 결합 공진기 디바이스가 배열되는 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  6. 제1항에 있어서, 두 개의 입력 단자를 포함하는 첫 번째 결합 공진기 디바이스의 입력단 및
    두 개의 출력 단자를 포함하는 첫 번째 결합 공진기 디바이스의 출력단, 그리고 두 개의 입력 단자 중의 하나와 두 개의 출력 단자 중의 하나가 기능적으로 접지된 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  7. 제1항에 있어서, 두 개의 입력 단자를 포함하는 두 번째 결합 공진기 디바이스의 입력단, 그리고 그중에 두개의 입력 단자 중의 하나가 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 변환을 위해 기능적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  8. 제7항에 있어서, 두 개의 입력 단자를 포함하는 첫 번째 결합 공진기의 입력 말단, 및
    두 개의 출력 단자를 포함하는 첫 번째 결합 공진기의 출력단, 그리고
    두 개의 입력 단자 중의 하나, 두 개의 출력 단자 중의 하나가 기능적으로 접지된 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  9. 제1항에 있어서, 첫 번째와 두 번째 공진기가 벌크 음향파 디바이스인 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  10. 제3항에 있어서, 상기 위상 이동 장치와 추가 위상 이동 장치 각각이 전송선을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수 전환기.
  11. 제3항에 있어서, 상기 위상 이동 장치와 추가 위상 이동 장치 각각이 하나 이상의 집합체 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수 전환기
  12. 제3항에 있어서, 상기 추가 위상 이동 장치가 첫 번째 결합 공진기 디바이스와 통합된 하나 이상의 집합체 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수 전환기
  13. 대응하는 경로에서 신호를 수신하기 위한 입력단, 대응하는 경로에서 여과된 신호를 제공하기 위한 출력단;
    수신된 신호로 나타나는 음향파 신호를 제공하기 위하여 입력단과 기능적으로 연결된 첫 번째 공진기;
    딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여 음향파 신호에 반응하는 첫 번째 딜레이 부분;
    첫 번째 단에서 딜레이된 음향파 신호에 반응하고, 두 번째 단에서 추가 음향파 신호를 발생시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 말단에서 딜레이된 음향파 신호를 나타내는 전기적 신호를 발생시키기 위하여, 첫 번째와 두 번째 말단을 갖는 중간 공진기;
    추가 딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여, 추가 음향파 신호에 반응하고, 첫 번째 딜레이 부분으로 부터 이격된 두 번째 딜레이 부분; 및
    여과된 신호를 추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력단에 제공하기 위하여 출력단과 기능적으로 연결된 두 번째 공진기를 특징으로 하는 결합 공진기 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 기판을 추가로 포함하며, 상기 중간 공진기는
    기판에 배열된 첫 번째 전극;
    첫 번째 전극에 배열된 압전층; 및
    압전층에 배열되고 첫 번째 단과 두 번째 단을 가진 두 번째 전극, 그리고 첫 번째 딜레이 부분은 두 번째 전극의 첫 번째 단에 배열되고;
    두 번째 딜레이 부분은 두 번째 전극의 두 번째 단에 배열되고 ;
    첫 번째 공진기는 첫 번째 딜레이 부분에 배열되고; 및
    두 번째 공진기는 두 번째 딜레이 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  15. 제13항에 있어서 상기 첫 번째와 두 번째 공진기 각각이 한 쌍의 전극과 이들 전극 사이에 배열된 추가 압전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기 디바이 스.
  16. 제14항에 있어서 상기 첫 번째 전극과 기판 사이의 중간 공진기에 인접하게 배열된 음향 미러를 추가로 포함함을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  17. 제13항에 있어서 상기 첫 번째와 두 번째 딜레이 부분의 각각이 복수의 유전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  18. 제13항에 있어서 상기 첫 번째와 두 번째 딜레이 부분의 각각이 이산화 실리콘과 텅스텐층으로 구성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  19. 제13항에 있어서 입력단은 두 개의 입력 단자를 포함하고 두 개의 입력 단자 중의 하나가 비(非)음향 위상 이동 성분과 기능적으로 연결된 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  20. 제19항에 있어서 두 개의 입력 단자 중의 다른 하나가 기능적으로 접지된 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  21. 제13항에 있어서 상기 첫 번째 공진기가 첫 번째 공진 주파수를 갖고 두 번째 공진기가 첫 번째 공진 주파수와 약간 다른 두 번째 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 공진기 디바이스.
  22. 통신 디바이스에 있어서,
    통신 신호를 전달하는 안테나 포트;
    송신 포트와 수신 포트를 갖는 송수신기; 및
    송수 전환기를 포함하며
    상기 송수 전환기는
    안테나 포트와 전송 경로에서 신호를 여과하기 위한 전송 포트사이의 전송 경로에 배열된 첫 번째 결합 공진기 다바이스;
    안테나 포트와 수신 경로에서 신호를 여과하기 위한 수신 포트 사이의 수신 경로에 배열된 두 번째 결합 공진기 디바이스; 및
    수신 경로에 배열되고 두 번째 결합 공진기 디바이스와 기능적으로 연결된 위상 이동 장치를 포함하고
    상기 첫 번째와 두 번째 결합 공진기 디바이스 각각은
    대응하는 경로에서 신호를 수신하는 입력단; 그리고 대응하는 경로에서 여과된 신호를 제공하는 출력단;
    수신되는 신호로 나타나는 음향파 신호를 제공하기 위하여 입력단과 기능적으로 연결된 첫 번째 공진기;
    딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여 음향파 신호에 반응하는 첫 번째 딜레이 부분;
    첫 번째 단에서 딜레이된 음향파에 반응하고, 두 번째 단에서 추가 음향파 신호를 발생시키기 위해 첫 번째 단과 두번째 단에서 딜레이된 음향파 신호로 나타나는 전기적 신호를 생성하기 위한 첫 번째 단과 두 번째 단을 갖는 중간 공진기;
    추가 딜레이된 음향파 신호를 제공하기 위하여 추가 음향파 신호에 반응하고, 첫 번째 딜레이 부분과 이격된 두 번째 딜레이 부분; 및
    여과된 신호를 추가 딜레이된 음향파 신호에 반응하는 출력단에 제공하기 위하여 출력단과 기능적으로 연결된 두 번째 공진기를 포함하는 통신 디바이스.
  23. 제22항에 있어서, 상기 송수 전환기는 전송 경로에 배열되고 기능적으로 첫 번째 결합 공진기 디바이스 기능적으로 연결된 추가 포함함을 위상 이동 장치를 추가 특징으로 하는 통신 디바이스
  24. 제22항에 있어서, 이동 단말기를 포함하는 통신 디바이스.
  25. 제22항에 있어서, 상기 첫 번째와 두 번째 결합 디바이스에서 첫 번째와 두 번째 딜레이 부분의 각각이 이산화 실리콘과 텅스텐 층으로 구성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스.
  26. 제22항에 있어서, 상기 첫 번째 결합 공진기 디바이스가 일대일 구성을 갖고 두 번째 결합 공진기 디바이스가 싱글 투 밸런스드(single-to-balanced) 변환을 갖는 것을 특징으로 하는 통신 디바이스.
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