KR102682200B1 - Design method of acoustic wave filter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터 설계 방법 중 삽입손실 방법(Insertion Loss method) 중 체비셰프 타입(Chebyshev type) 설계 방식을 적용함으로써, 삽입손실 방법 함수들의 프로토타입(prototype) 값과 개별 공진기 등가회로의 매핑(mapping)을 이용하여, 공진기 모델링을 한 후, 다단 공진기 연결을 통한 탄성파 필터 설계 방법에 관한 것으로, 공진기의 리액턴스가 추출되는 단계; 상기 추출된 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 비교되는 단계; 캐패시턴스 값과 주파수를 변화시키면서 상기 추출된 공진기의 리액턴스가 조정되어 상기 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 매핑되는 단계; 상기 매핑 단계가 완료된 공진기의 리액턴스와 설계된 회로값과의 오차가 계산되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되는지가 평가되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되면, 필터 요구 조건에 맞는 필터가 설계되는 단계; 상기 설계된 필터와 상기 필터의 스펙에 맞게 최적화된 시뮬레이션을 통해 오차가 계산되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되는지가 재차 평가되는 단계; 상기 계산된 오차가 재차 수렴되면, 필터를 제작하는 단계; 및 상기 제작된 필터의 성능이 만족되는 지가 평가되는 단계를 포함한다.The present invention applies the Chebyshev type design method among the insertion loss methods among filter design methods, mapping the prototype values of insertion loss method functions and individual resonator equivalent circuits. This relates to a method of designing an elastic wave filter by connecting a multi-stage resonator after resonator modeling, comprising: extracting the reactance of the resonator; Comparing the extracted reactance of the resonator with the Chebyshev prototype value of the target band; adjusting the reactance of the extracted resonator while changing the capacitance value and frequency and mapping it to the Chebyshev prototype value of the target band; Calculating an error between the reactance of the resonator for which the mapping step has been completed and the designed circuit value; Evaluating whether the calculated error converges; When the calculated error converges, designing a filter that meets filter requirements; Calculating an error through a simulation optimized for the designed filter and its specifications; Re-evaluating whether the calculated error converges; When the calculated error converges again, manufacturing a filter; And it includes a step of evaluating whether the performance of the manufactured filter is satisfactory.

Description

탄성파 필터 설계 방법{DESIGN METHOD OF ACOUSTIC WAVE FILTER}Acoustic wave filter design method {DESIGN METHOD OF ACOUSTIC WAVE FILTER}

본 발명은 탄성파 필터 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필터 설계 방법 중 삽입손실 방법(Insertion Loss method) 중 체비셰프 타입(Chebyshev type) 설계 방식을 적용함으로써, 삽입손실 방법 함수들의 프로토타입(prototype) 값과 개별 공진기 등가회로의 매핑(mapping)을 이용하여, 공진기 모델링을 한 후, 다단 공진기 연결을 통한 탄성파 필터 설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an elastic wave filter design method, and more specifically, by applying the Chebyshev type design method among the insertion loss methods among the filter design methods, a prototype of the insertion loss method functions is obtained. ) This relates to a method of designing an elastic wave filter through multi-stage resonator connection after resonator modeling using the mapping of the individual resonator equivalent circuit.

일반적으로, 전기 필터는 전기 신호의 처리에 오랫동안 사용되었다. 특히, 이런 전기 필터는 원하는 신호 주파수를 통과시키면서 다른 원치않는 전기 신호 주파수를 차단 또는 감쇄함으로써, 입력 신호로부터 원하는 전기 신호 주파수를 선택하는데 사용된다. 필터는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터, 대역 저지 필터를 포함하며, 필터에 의해 선택적으로 통과되는 주파수의 타입을 나타내는 일부 범용 카테고리로 분류될 수 있다. 더욱이, 필터는 대역형상 주파수 응답의 타입(주파수 컷오프 특성)을 나타내는 버터워스(Butterworth), 체비셰프(Chebyshev), 인버스 체비셰프(Inverse Chebyshev) 및 엘립틱(Elliptic)과 같은 타입으로 분류될 수 있다.In general, electrical filters have been used for a long time in the processing of electrical signals. In particular, these electrical filters are used to select a desired electrical signal frequency from an input signal by blocking or attenuating other unwanted electrical signal frequencies while passing the desired signal frequency. Filters include low-pass filters, high-pass filters, band-pass filters, and band-stop filters, and can be classified into some general-purpose categories that indicate the types of frequencies that are selectively passed by the filter. Moreover, filters can be classified into types such as Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev and Elliptic, which indicate the type of band-shaped frequency response (frequency cutoff characteristic). .

일반적인 탄성파(acoustic wave) 필터(filter) 설계 방식은 직렬(series)및 병렬(parallel) 공진기의 사다리형(Ladder type)에 의한 배치방식으로 설계되어 진다. 이는 직렬, 병렬 공진기가 가지고 있는 공진 및 반공진 주파수들 결합에 의해 통과대역 및 감쇄대역의 특성을 얻게 되는 방식이다. A general acoustic wave filter design method is designed by a ladder type arrangement of series and parallel resonators. This is a method of obtaining the characteristics of the passband and attenuation band by combining the resonance and anti-resonance frequencies of the series and parallel resonators.

도 1은 탄성파 필터 설계에 범용되는 BVD(Butterworth Van Dyke) 등가 회로도이다. Figure 1 is a BVD (Butterworth Van Dyke) equivalent circuit diagram commonly used in elastic wave filter design.

도 1을 참조하면, BVD 회로는 기계적(acoustic or motional) RLC 부분과 기생(parallel) 캐패시턴스 C0 로 이루어져있다. Acoustic RLC 부분은 동적(motional) 캐패시턴스 Cm, 동적 저항 Rm, 동적 인덕턴스 Lm 로, 이는 압전체 물질의 탄성파 전파(propagation)를 나타내고, 공진기의 탄성적 특징(acoustic properties)들을 정의한다. 평판(static)캐패시턴스 C0는 FBAR 구조의 상하전극 사이에 형성된 간격을 등가화된 전기적 캐패시턴스로 구현하였다. Referring to Figure 1, the BVD circuit consists of a mechanical (acoustic or motional) RLC part and a parasitic capacitance C 0 . The acoustic RLC part is the dynamic capacitance Cm, dynamic resistance R m , and dynamic inductance L m , which represents the propagation of elastic waves in the piezoelectric material and defines the acoustic properties of the resonator. The flat (static) capacitance C 0 is implemented as an electrical capacitance equivalent to the gap formed between the upper and lower electrodes of the FBAR structure.

그러나 범용되는 BVD 모델은 집중(lumped)소자들만의 구현으로 인해, 공진 주파수와 반공진 주파수 근처에서만 크기(magnitude)의 전기적 특성만 정확한 특성을 보인다. However, due to the implementation of only lumped elements, the general-purpose BVD model shows accurate electrical characteristics only in magnitude only near the resonance frequency and anti-resonance frequency.

도 2a 내지 2c는 기존 BAW(Bulk Acoustic Wave) 필터 설계 방식에 따른 L-섹션 필터, 공진기 임피던스, 및 S-파라미터 특성 도시도.Figures 2a to 2c show L-section filter, resonator impedance, and S-parameter characteristics according to the existing BAW (Bulk Acoustic Wave) filter design method.

도 2a 내지 2c를 참조하면, 공진기를 L-section으로 배열하여, 필터 요구조건에 맞는 공진기의 추가 및 제거를 통해 설계되어진다. 이러한 필터설계방식은 최적의 필터 설계방식이 아니기 때문에, 최적의 필터 설계 방식과 비교시 공진기가 추가되어 질 수 있고, 이는 레이아웃 사이즈를 증가시킬 뿐만 아니라 필터 최적화 과정 및 시간이 요구된다.Referring to FIGS. 2A to 2C, the resonators are arranged in an L-section and are designed by adding and removing resonators to meet filter requirements. Since this filter design method is not an optimal filter design method, a resonator may be added when compared to the optimal filter design method, which not only increases the layout size but also requires a filter optimization process and time.

따라서, 기존 필터 설계 방식이 아닌 새로운 필터 설계 방법이 대두되고 있다.Therefore, new filter design methods, rather than existing filter design methods, are emerging.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 필터 설계 방법 중 삽입손실 방법 중 체비셰프 타입 설계 방식을 적용함으로써, 삽입손실 방법 함수들의 프로토타입 값과 개별 공진기 등가회로의 매핑을 이용하여, 공진기 모델링을 한 후, 다단 공진기 연결을 통한 최적의 설계를 제안할 수 있는 탄성파 필터 설계 방법을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the purpose of the present invention was to solve the above problems, by applying the Chebyshev type design method among the insertion loss methods among the filter design methods, mapping the prototype values of the insertion loss method functions and the individual resonator equivalent circuit. The goal is to provide an elastic wave filter design method that can propose an optimal design through multi-stage resonator connection after resonator modeling.

본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법은 공진기의 리액턴스가 추출되는 단계; 상기 추출된 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 비교되는 단계; 캐패시턴스 값과 주파수를 변화시키면서 상기 추출된 공진기의 리액턴스가 조정되어 상기 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 매핑되는 단계; 상기 매핑 단계가 완료된 공진기의 리액턴스와 설계된 회로값과의 오차가 계산되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되는지가 평가되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되면, 필터 요구 조건에 맞는 필터가 설계되는 단계; 상기 설계된 필터와 상기 필터의 스펙에 맞게 최적화된 시뮬레이션을 통해 오차가 계산되는 단계; 상기 계산된 오차가 수렴되는지가 재차 평가되는 단계; 상기 계산된 오차가 재차 수렴되면, 필터를 제작하는 단계; 및 상기 제작된 필터의 성능이 만족되는 지가 평가되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The acoustic wave filter design method according to the present invention includes the steps of extracting the reactance of a resonator; Comparing the extracted reactance of the resonator with the Chebyshev prototype value of the target band; adjusting the reactance of the extracted resonator while changing the capacitance value and frequency and mapping it to the Chebyshev prototype value of the target band; Calculating an error between the reactance of the resonator for which the mapping step has been completed and the designed circuit value; evaluating whether the calculated error converges; When the calculated error converges, designing a filter that meets the filter requirements; Calculating an error through a simulation optimized for the designed filter and its specifications; Re-evaluating whether the calculated error converges; When the calculated error converges again, manufacturing a filter; and a step of evaluating whether the performance of the manufactured filter is satisfactory.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법은 필터 설계 방법을 매뉴얼화할 수 있다는 이점이 있다.As described above, the elastic wave filter design method according to the present invention has the advantage of being able to manualize the filter design method.

또한, 필터 최적화 과정 및 설계의 최적화 시간을 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.Additionally, there is an advantage in that the filter optimization process and design optimization time can be reduced.

또한, 필터 설계에 있어서, 최적의 공진기 개수를 사용할 수 있다는 이점이 있다.Additionally, in filter design, there is an advantage that an optimal number of resonators can be used.

도 1은 범용 BVD 등가회로도.
도 2a 내지 2c는 기존 BAW 필터 설계 방식에 따른 L-섹션 필터, 공진기 임피던스, 및 S-파라미터 특성 도시도.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 공진기 모델링 및 필터 설계와 Smith chart 확대 사진 도시도.
도 4a 및 4b는 범용 BVD 모델링과 본 발명에 따른 공진기 모델링의 S-파라미터 특성 및 Smith chart 비교 그래프와 및 위상 특성 도시도.
도 5는 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법에 사용된 탄성파 공진기의 등가회로 및 탄성파 공진기의 리액턴스 또는 서셉턴스 특성 도시도.
도 6은 본 발명에 따른 RX 대역을 위한 첫번째 직렬 공진기의 등가회로 및 리액턴스 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 RX 대역을 위한 첫번째 병렬 공진기에 인덕터가 추가된 모델의 등가회로 및 서셉턴스 그래프.
도 8은 다단 공진기가 구현한 Wifi 대역 RX 필터 특성 도시도.
도 9는 도 8의 최적화된 시뮬레이션 결과 도시도.
도 10은 넓은 대역을 가진 RX 대역을 위한 첫번째 직렬 공진기의 리액턴스 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법 흐름도.1 is a general-purpose BVD equivalent circuit diagram.
Figures 2a to 2c show L-section filter, resonator impedance, and S-parameter characteristics according to the existing BAW filter design method.
3A and 3B are enlarged views of resonator modeling and filter design and a Smith chart according to the present invention.
4A and 4B are diagrams showing S-parameter characteristics and Smith chart comparison graphs and phase characteristics of general-purpose BVD modeling and resonator modeling according to the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating the equivalent circuit of the elastic wave resonator used in the elastic wave filter design method according to the present invention and the reactance or susceptance characteristics of the elastic wave resonator.
Figure 6 is an equivalent circuit and reactance graph of the first series resonator for the RX band according to the present invention.
Figure 7 is an equivalent circuit and susceptance graph of a model in which an inductor is added to the first parallel resonator for the RX band according to the present invention.
Figure 8 is a diagram showing the Wifi band RX filter characteristics implemented by a multi-stage resonator.
Figure 9 shows the optimized simulation results of Figure 8.
Figure 10 is a reactance graph of the first series resonator for the RX band with a wide band.
Figure 11 is a flow chart of the elastic wave filter design method according to the present invention.

이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공진기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the acoustic wave filter design method according to the present invention will be described in more detail through detailed description of embodiments with reference to the drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related resonance technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the client, operator, or user. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.Like reference numbers refer to like elements throughout the drawings.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 공진기 모델링 및 필터 설계와 Smith chart 확대 사진 도시도이며, 도 4a 및 4b는 범용 BVD 모델링과 본 발명에 따른 공진기 모델링의 S-파라미터 특성 및 Smith chart 비교 그래프와 및 위상 특성 도시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법에 사용된 탄성파 공진기의 등가회로 및 탄성파 공진기의 리액턴스 또는 서셉턴스 특성 도시도이며, 도 6은 직렬 공진기의 등가회로 및 리액턴스 그래프이며, 도 7은 병렬 공진기에 인덕터가 추가된 모델의 등가회로 및 서셉턴스 그래프이며, 도 8은 다단 공진기가 구현한 Wifi 대역 RX 필터 특성 도시도이며, 도 9는 도 8의 최적화된 시뮬레이션 결과 도시도이며, 도 10은 넓은 대역을 가진 RX 대역을 위한 첫번째 직렬 공진기의 리액턴스 그래프이며, 도 11은 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법 흐름도이다.Figures 3a and 3b are enlarged photographs of resonator modeling and filter design and Smith chart according to the present invention, and Figures 4a and 4b are S-parameter characteristics and Smith chart comparison graphs of general-purpose BVD modeling and resonator modeling according to the present invention, and Figure 5 is a diagram showing the phase characteristics, and Figure 5 is a diagram showing the equivalent circuit of the elastic wave resonator used in the elastic wave filter design method according to the present invention and the reactance or susceptance characteristics of the elastic wave resonator, and Figure 6 is a graph of the equivalent circuit and reactance of the series resonator. , FIG. 7 is an equivalent circuit and susceptance graph of a model in which an inductor is added to a parallel resonator, FIG. 8 is a diagram showing Wifi band RX filter characteristics implemented by a multi-stage resonator, and FIG. 9 is a diagram showing the optimized simulation results of FIG. 8. 10 is a reactance graph of the first series resonator for the RX band with a wide band, and FIG. 11 is a flowchart of the acoustic wave filter design method according to the present invention.

이제, 도 3a 및 3b를 참조하여, 본 발명에 따른 공진기 모델링 및 필터 설계와 Smith chart 확대 사진을 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIGS. 3A and 3B, we will look at the resonator modeling and filter design according to the present invention and an enlarged photograph of the Smith chart.

도 3a 및 3b에 도시되 바와 같이, 본 발명에 따른 공진기 모델링 및 필터 설계와 Smith chart 확대 사진은 기존 BAW 등가회로 모델링의 정확도를 높이기 위해 전송선로를 추가해서 공진 주파수 이외의 특성에서 오차를 줄임으로써, 위상특성을 개선하고자 하였다. 이는 필터 설계시, 설계의 정확도를 높이기 위해 전기적 길이를 추가함으로써 공진, 반공진 주파수에서 크기(magnitude)측면의 전기적 특성뿐만 아니라 위상(phase)특성 까지도 광대역 필터 설계시, 고려할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 기존의 집중 소자와 분포 소자를 함께 구현함으로써 회로적 특성 및 시뮬레이션에 적합한 모델링을 제안하고자 하였다. As shown in Figures 3a and 3b, the resonator modeling and filter design according to the present invention and the enlarged photograph of the Smith chart reduce errors in characteristics other than the resonant frequency by adding a transmission line to increase the accuracy of the existing BAW equivalent circuit modeling. , an attempt was made to improve the phase characteristics. This is because when designing a filter, it is necessary to consider not only the electrical characteristics in terms of magnitude at resonance and anti-resonance frequencies, but also the phase characteristics, by adding electrical length to increase design accuracy. Therefore, the present invention sought to propose modeling suitable for circuit characteristics and simulation by implementing existing lumped elements and distributed elements together.

참고로, Z0는 포트 임피던스(port impedance)로 지정하였고, 중심 주파수는 fs, 공진 주파수로 설정하였으며, 전기적 길이는 ±10°이내로 위상 특성과 그키 특성의 오차를 주이는 범위의 값을 설정한다. For reference, Z0 is designated as port impedance, the center frequency is set to fs and the resonance frequency, and the electrical length is set to a value within ±10° that accounts for the error in phase characteristics and key characteristics.

이하, 도 4a 및 4b를 참조하여, 범용 BVD 모델링과 본 발명에 따른 공진기 모델링의 S-파라미터 특성 및 Smith chart 비교 그래프와 및 위상 특성을 살펴보고자 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4A and 4B, we will look at the S-parameter characteristics, Smith chart comparison graph, and phase characteristics of general-purpose BVD modeling and resonator modeling according to the present invention.

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 위상(phase) 특성의 비교 결과 2 ~ 2.85 GHz의 주파수 대역내에서 측정값과 비교시, 공진 반공진 주파수 이외의 부근에서 일반 BVD 모델링과 비교시, 평균 2.5 deg 이상 개선되었음을 확인할 수 있다.As shown in Figures 4a and 4b, the results of comparing phase characteristics show an average of 2.5 when compared with measured values within the frequency band of 2 to 2.85 GHz and when compared with general BVD modeling in the vicinity of the resonance and anti-resonance frequencies. You can see that it has improved by more than deg.

이는 일반 BVD 모델링을 가지고 설계를 하는 경우, 집중 소자로만 구성되어 있어, 공진기의 위상의 오차를 포함한 상태에서 회로 설계가 진행되기 때문에, 설계된 회로값과 제작된 회로와의 오차가 클 수 있다. 특히 공진 주파수 부근 대역은 비슷할 수 있으나, 통과대역 이외의 오차는 증가될 수 있음을 보여준다.This is because when designing using general BVD modeling, it consists only of lumped elements, and the circuit design is carried out while including the error in the phase of the resonator, so the error between the designed circuit value and the manufactured circuit may be large. In particular, it shows that the band near the resonance frequency may be similar, but errors outside the pass band may increase.

따라서, 본 발명에 따른 BAW 등가회로 모델링은, 시뮬레이션과 제작시 발생하는 오차를 최대한 줄임으로써, 통과대역 뿐만 아니라, 감쇄대역까지 정확도 향상이 가능함을 확인할 수 있을 것이다.Therefore, it can be confirmed that the BAW equivalent circuit modeling according to the present invention can improve accuracy not only in the pass band but also in the attenuation band by reducing errors that occur during simulation and manufacturing as much as possible.

참고로, Magnitude error는 0.1 dB 이내, Phase error는 평균 2.5 deg 이상 개선 (2~2.85 GHz).For reference, Magnitude error is within 0.1 dB, and Phase error is improved by more than 2.5 deg on average (2~2.85 GHz).

이제, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법에 사용된 탄성파 공진기의 등가회로 및 탄성파 공진기의 리액턴스 또는 서셉턴스 특성을 살펴보고자 한다. Now, with reference to FIG. 5, we will look at the equivalent circuit of the elastic wave resonator used in the elastic wave filter design method according to the present invention and the reactance or susceptance characteristics of the elastic wave resonator.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법에 사용된 탄성파 공진기의 리액턴스 또는 서셉턴스 특성은 Q가 높기 때문에 보통 산술평균으로 필터대역의 중심 주파수를 구현한다. As shown in FIG. 5, the reactance or susceptance characteristics of the elastic wave resonator used in the elastic wave filter design method according to the present invention have a high Q, so the center frequency of the filter band is usually implemented by arithmetic mean.

본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법에 있어서, 필터 요구 조건에 따라 공진기의 개수는 감쇄대역의 최소 감쇄특성에 부합되어야 하는데, 리플과 필터 요구 조건에 따른 최소 가능 공진기의 개수(n)는 하기의 수학식 1로부터 얻어진다.In the acoustic wave filter design method according to the present invention, the number of resonators must meet the minimum attenuation characteristics of the attenuation band according to the filter requirements, and the minimum possible number of resonators (n) according to the ripple and filter requirements is calculated using the following equation: It is obtained from equation 1.

여기서, LAs는 Ωs에서 최소 감쇄대역의 감쇄값(attenuation value)을 의미하며, LAr 은 체비셰프 함수의 통과대역 리플을 의미한다. 수학식 1을 통해 최소 가능 공진기의 개수를 확인한 후, 공진기의 소자값들을 확인한다. 예를 들어 0.01 dB 리플을 갖는 체비셰프 필터의 프로토타입 값들은 n = 7이고, 40 dB 이상의 감쇄특성을 요구할 경우, g1 = 0.7969, g2 = 1.3924, g3 = 1.7481, g4 = 1.6331, g5 = 1.7481, g6 = 1.3924, g7 = 0.7969, g8 = 1의 값들을 확인할 수 있다. Here, L As means the attenuation value of the minimum attenuation band in Ω s , and L Ar means the passband ripple of the Chebyshev function. After checking the minimum possible number of resonators through Equation 1, check the element values of the resonators. For example, the prototype values of the Chebyshev filter with 0.01 dB ripple are n = 7, and when attenuation characteristics of 40 dB or more are required, g1 = 0.7969, g2 = 1.3924, g3 = 1.7481, g4 = 1.6331, g5 = 1.7481, You can check the values of g6 = 1.3924, g7 = 0.7969, and g8 = 1.

이후, 이 프로토타입 값들을 7개의 BAW 공진기와 매핑시키는 과정이 필요하다. 통상적으로 탄성파 공진기는 모델링, 혹은 기호화된 공진기로 도 5에서와 같이도시되며, 이는 리액턴스 혹은 서셉턴스의 특성을 가지고 있어, 체비셰프의 프로토타입 값을 기준으로 비교하여 공진기의 어드미턴스 혹은 서셉턴스 값을 조절해주면 된다. 탄성파 공진기는 일반적으로 , 로써, 모델링된 방식에 따라 공진 주파수와 캐패시턴스 값을 조절할 수도 있고 혹은 공진 주파수와 인덕턴스값을 변화시킬 수 있다. Afterwards, a process of mapping these prototype values to the seven BAW resonators is required. Typically, the elastic wave resonator is shown as a modeled or symbolized resonator as shown in FIG. 5, and has the characteristics of reactance or susceptance, and the admittance or susceptance value of the resonator is compared based on Chebyshev's prototype value. Just adjust it. Elastic wave resonators are generally , As a result, the resonant frequency and capacitance values can be adjusted or the resonant frequency and inductance values can be changed depending on the modeled method.

본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법은 탄성파 공진기 커플링 계수 (: 공진 주파수, : 반공진 주파수)보다 작은 대역폭을 갖는 경우와 탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭을 갖는 경우에 적용된다.The elastic wave filter design method according to the present invention is an elastic wave resonator coupling coefficient ( : Resonant frequency, : Applies to cases with a bandwidth smaller than the anti-resonant frequency) and cases with a bandwidth larger than the elastic wave resonator coupling coefficient.

탄성파 공진기 커플링 계수보다 작은 대역폭율인 경우 필터 설계Filter design for bandwidth ratios less than the elastic wave resonator coupling coefficient

먼저, 예를 들어, 2620 - 2690 MHz 대역의 중심 주파수는 2670 MHz로 BAW 공진기의 표준화(normalized) 리액턴스 값(공진기의 허수부를 포트(port) 임피던스로 나눔)은 도 6에 도시된 바와 같이, 7단 필터의 첫번째 직렬 공진기 특성을 얻을 수 있다. 즉, 직렬 공진기의 직렬 공진기 주파수(fs)를 목표 대역의 중심 주파수로 맞춘 후, 인덕턴스 혹은 캐패시턴스 값을 조절하여 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 대칭되도록 조절함으로써, 첫번째 공진기의 매핑 과정이 완료된다. First, for example, the center frequency of the 2620 - 2690 MHz band is 2670 MHz, and the normalized reactance value of the BAW resonator (dividing the imaginary part of the resonator by the port impedance) is 7, as shown in Figure 6. However, the first series resonator characteristics of the filter can be obtained. In other words, the series resonator frequency (fs) of the series resonator is adjusted to the center frequency of the target band, and then the inductance or capacitance value is adjusted so that the reactance of the resonator is symmetrical to the Chebyshev prototype value of the target band, thereby mapping the first resonator. The process is complete.

여기서, 병렬 공진기를 첫번째 공진기로 설계 시에는, 동일한 방법으로 공진기 특성을 얻을 수 있지만, 병렬 공진기 주파수(fp)가 중심 주파수가 되도록 한다. 즉, 병렬 공진기의 병렬 공진기 주파수(fs)를 목표 대역의 중심 주파수로 맞춘 후, 인덕턴스 혹은 캐패시턴스 값을 조절하여 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 대칭되도록 조절함으로써, 첫번째 공진기의 매핑 과정이 완료된다. Here, when designing the parallel resonator as the first resonator, the resonator characteristics can be obtained in the same way, but the parallel resonator frequency (fp) is set to the center frequency. In other words, after adjusting the parallel resonator frequency (fs) of the parallel resonator to the center frequency of the target band, the inductance or capacitance value is adjusted so that the reactance of the resonator is symmetrical to the Chebyshev prototype value of the target band, thereby mapping the first resonator. The process is complete.

두번째 공진기는 필터 요구 조건에 의해서 전송 영점을 추가해야 하는 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 탄성파 공진기가 가지고 있는 커플링 계수의 한계를 개선하기 위해, 병렬 공진기에 인덕터를 추가해서 리액턴스 혹은 서셉턴스값을 구현한다. 두번째 공진기도 첫번째 공진기와 동일한 방식으로 공진기를 매핑시키지만, 병렬 공진기의 fp를 중심 주파수 2670 MHz 근처로 조정한 후, 서셉턴스 특성을 프로토타입 값과 매핑시킨다.When the second resonator needs to add a transmission zero point due to filter requirements, as shown in FIG. 7, in order to improve the limit of the coupling coefficient of the elastic wave resonator, an inductor is added to the parallel resonator to increase reactance or susceptibility. Implements the turn value. The second resonator is mapped in the same way as the first resonator, but after adjusting the fp of the parallel resonator to near the center frequency of 2670 MHz, the susceptance characteristics are mapped to the prototype value.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 2300 MHz 근처에서 필터 감쇄특성을 구현할 경우 약 1.7 nH의 인덕터가 필요하다. 이를 통해 공진 주파수와 반공진 주파수의 간격을 넓힘으로써, 필터 요구 조건을 만족시킬 수 있다. 이와 같은 방식으로 각 공진기의 프로토타입 값(g1부터 gn, n = 단수)과 매핑하면, 원하는 대역 내에 개별 공진기의 모델링이 구현되었다. 그후 개별 공진기를 순서대로 다단 연결하면, 다단 공진기가 구현한 Wifi 대역 RX 필터 특성이 도시된다(도 8 참조).Additionally, as shown in FIG. 7, when implementing filter attenuation characteristics near 2300 MHz, an inductor of approximately 1.7 nH is required. Through this, the filter requirements can be satisfied by widening the gap between the resonant frequency and the anti-resonant frequency. By mapping the prototype values (g1 to gn, n = singular) of each resonator in this way, modeling of individual resonators within the desired band was implemented. Afterwards, when the individual resonators are sequentially connected in multiple stages, the Wifi band RX filter characteristics implemented by the multi-stage resonators are shown (see Figure 8).

여기서, 도 8은 필터 요구 조건에 맞게 인덕터를 1.7 nH에서 0.9 nH로 수정하고, 230 0MHz 근처의 감쇄를 2500 MHz 근처로 수정해서 구현하였다. Here, Figure 8 was implemented by modifying the inductor from 1.7 nH to 0.9 nH to meet the filter requirements, and modifying the attenuation around 230 0 MHz to around 2500 MHz.

참고로, 도 9는 도 8에서 다단 공진기를 구현한 후, 상세 필터 스펙에 맞게 최적화한 결과를 도시한 것이다.For reference, Figure 9 shows the results of implementing the multi-stage resonator in Figure 8 and then optimizing it to meet detailed filter specifications.

탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭율인 경우 필터 설계Filter design for bandwidth ratios greater than the elastic wave resonator coupling coefficient

그 다음으로 탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭인 경우 BAW 필터 설계 방법을 제시한다.Next, we present a BAW filter design method for bandwidths larger than the elastic wave resonator coupling coefficient.

탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭인 경우의 필터 설계 방법은 탄성파 공진기 커플링 계수보다 작은 대역폭인 경우의 필터 설계 방법과 유사하지만, 직렬 공진기의 공진 주파수, 혹은 션트(shunt) 공진기의 반공진 주파수를 목표 대역의 중심 주파수 근처에 맞추는 것보다는, 목표 대역의 에지 주파수에 프로토타입 값을 맞추는 것이 훨씬 유리하다. 예를 들어 7단 직렬 3번째 공진기의 프로토타입 값인 g3 = 1.7481 이다(도 10 참조).The filter design method when the bandwidth is larger than the elastic wave resonator coupling coefficient is similar to the filter design method when the bandwidth is smaller than the elastic wave resonator coupling coefficient, but the resonant frequency of the series resonator or the anti-resonant frequency of the shunt resonator is It is much more advantageous to set the prototype value at the edge frequency of the target band rather than setting it near the center frequency of the target band. For example, the prototype value of the 3rd resonator in a 7-stage series is g3 = 1.7481 (see Figure 10).

이제, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법을 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIG. 11, we will look at the acoustic wave filter design method according to the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법은 먼저, 공진기의 리액턴스가 추출된다(S1101).As shown in FIG. 11, in the acoustic wave filter design method according to the present invention, first, the reactance of the resonator is extracted (S1101).

이후, 추출된 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 비교된다(S1102).Afterwards, the extracted reactance of the resonator is compared with the Chebyshev prototype value of the target band (S1102).

그 후, 캐패시턴스 값과 주파수를 변화시키면서 공진기의 리액턴스가 조정된다(S1103). 여기서, 공진기의 중심 주파수를 fp로 맞춘 후, 캐패시턴스 값을 조절하여, 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 대칭되도록 조절함으로써, 공진기의 매핑 과정이 완료된다. Afterwards, the reactance of the resonator is adjusted by changing the capacitance value and frequency (S1103). Here, the center frequency of the resonator is set to fp, and then the capacitance value is adjusted so that the reactance of the resonator is symmetrical to the Chebyshev prototype value of the target band, thereby completing the mapping process of the resonator.

이후, 매핑 과정이 완료된 공진기의 리액턴스와 설계된 회로값(이론 값)과의 오차가 계산된다(S1104). 여기서, 오차는 이론값으로부터 모델링을 감산함으로써 계산된다.Afterwards, the error between the reactance of the resonator for which the mapping process has been completed and the designed circuit value (theoretical value) is calculated (S1104). Here, the error is calculated by subtracting the modeling from the theoretical value.

그 후, 오차가 수렴되는지가 평가된다(S1105). 여기서, 오차가 수렴되지 않으면 S1102 단계로 리턴된다.Afterwards, it is evaluated whether the error converges (S1105). Here, if the error does not converge, it returns to step S1102.

이후, 단계 S1105에서 오차가 수렴되면, 필터 요구 조건에 맞는 필터가 설계된다(S1106). 여기서, 공진기의 단수가 감쇄대역의 최소 감쇄 특성에 부합되어야 한다.Afterwards, when the error converges in step S1105, a filter that meets the filter requirements is designed (S1106). Here, the number of stages of the resonator must meet the minimum attenuation characteristics of the attenuation band.

그 후, 필터 요구 조건에 맞게 설계된 필터와 필터 스펙에 맞게 최적화된 시뮬레이션을 통해 오차를 계산한다(S1107).Afterwards, the error is calculated through a simulation optimized for the filter and filter specifications designed to meet the filter requirements (S1107).

이후, 오차가 수렴되는지가 재차 평가된다(S1108). 여기서, 오차가 수렴되지 않으면 S1106 단계로 리턴된다.Afterwards, it is evaluated again whether the error converges (S1108). Here, if the error does not converge, it returns to step S1106.

이후, 단계 S1105에서 오차가 재차 수렴되면, 필터를 제작한다(S1109).Afterwards, when the error converges again in step S1105, a filter is manufactured (S1109).

그 후, 제작된 필터의 성능이 만족되는 지가 평가된다(S1110). 여기서, 제작된 필터의 성능 측정에 의해 오차가 분석됨으로써, 필터의 성능에 대한 평가가 이루어진다. 또한, 제작된 필터의 성능이 만족되지 못하면, S1106 단계로 리턴된다.Afterwards, it is evaluated whether the performance of the manufactured filter is satisfactory (S1110). Here, the performance of the filter is evaluated by analyzing the error by measuring the performance of the manufactured filter. Additionally, if the performance of the manufactured filter is not satisfied, the process returns to step S1106.

단계 S1110 단계에서 제작된 필터의 성능이 만족되면, 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법이 종료된다.If the performance of the filter manufactured in step S1110 is satisfied, the elastic wave filter design method according to the present invention is completed.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 탄성파 필터 설계 방법은 필터 설계 방법을 매뉴얼화할 수 있다. 또한, 필터 최적화 과정 및 필터 설계의 최적화 시간을 저감시킬 수 있다. 또한, 필터 설계에 있어서, 최적의 공진기 개수를 사용할 수 있다.As described above, the acoustic wave filter design method according to the present invention can manualize the filter design method. Additionally, the filter optimization process and filter design optimization time can be reduced. Additionally, in filter design, an optimal number of resonators can be used.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described based on preferred embodiments, but these embodiments are not intended to limit the present invention but are intended to illustrate the present invention, so those skilled in the art to which the present invention pertains can carry out the above-mentioned embodiments without departing from the technical idea of the present invention. Various changes, changes, or adjustments to the example may be possible. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted as including all changes, modifications, or adjustments that fall within the gist of the technical idea of the present invention.

Claims (8)

공진기의 리액턴스가 추출되는 단계(S1101);
상기 추출된 공진기의 리액턴스가 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 비교되는 단계(S1102);
캐패시턴스 값과 주파수를 변화시키면서 상기 추출된 공진기의 리액턴스가 조정되어 상기 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 매핑되는 단계(S1103);
상기 매핑 단계가 완료된 공진기의 리액턴스와 설계된 회로값과의 오차가 계산되는 단계(S1104);
상기 계산된 오차가 수렴되는지가 평가되는 단계(S1105);
상기 계산된 오차가 수렴되면, 필터 요구 조건에 맞는 필터가 설계되는 단계(S1106);
상기 설계된 필터와 상기 필터의 스펙에 맞게 최적화된 시뮬레이션을 통해 오차가 계산되는 단계(S1107);
상기 계산된 오차가 수렴되는지가 재차 평가되는 단계(S1108);
상기 계산된 오차가 재차 수렴되면, 필터를 제작하는 단계(S1109); 및
상기 제작된 필터의 성능이 만족되는 지가 평가되는 단계(S1110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 필터 설계 방법.
A step in which the reactance of the resonator is extracted (S1101);
Comparing the extracted reactance of the resonator with the Chebyshev prototype value of the target band (S1102);
A step of adjusting the reactance of the extracted resonator while changing the capacitance value and frequency and mapping it to the Chebyshev prototype value of the target band (S1103);
Calculating the error between the reactance of the resonator for which the mapping step has been completed and the designed circuit value (S1104);
A step of evaluating whether the calculated error converges (S1105);
When the calculated error converges, a filter that meets the filter requirements is designed (S1106);
Calculating the error through a simulation optimized for the designed filter and its specifications (S1107);
A step of re-evaluating whether the calculated error converges (S1108);
When the calculated error converges again, manufacturing a filter (S1109); and
An acoustic wave filter design method comprising a step (S1110) of evaluating whether the performance of the manufactured filter is satisfactory.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 단계 S1106에서, 상기 공진기의 단수가 감쇄대역의 최소 감쇄 특성에 부합되어야 하는 탄성파 필터 설계 방법.
In claim 1,
In step S1106, the number of stages of the resonator must meet the minimum attenuation characteristics of the attenuation band.
 청구항 3에 있어서,
상기 단계 S1106에서, 상기 필터 설계는 탄성파 공진기 커플링 계수보다 작은 대역폭 또는 탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭으로 구분되는 탄성파 필터 설계 방법.
In claim 3,
In step S1106, the filter design is divided into a bandwidth smaller than the elastic wave resonator coupling coefficient or a bandwidth larger than the elastic wave resonator coupling coefficient.
 청구항 1에 있어서,
상기 단계 S1110에서, 상기 제작된 필터의 성능 측정에 의해 오차가 분석됨으로써, 필터의 성능에 대한 평가가 이루어지는 탄성파 필터 설계 방법.
In claim 1,
In step S1110, an acoustic wave filter design method in which the performance of the filter is evaluated by analyzing the error by measuring the performance of the manufactured filter.
 청구항 4에 있어서,
상기 탄성파 공진기 커플링 계수보다 작은 대역폭을 갖는 필터 설계에서 직렬 공진기는 상기 직렬 공진기의 직렬 공진기 주파수(fs)를 상기 목표 대역의 중심 주파수로 맞춘 후, 인덕턴스 값을 조절하여, 상기 공진기의 리액턴스가 상기 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 대칭되도록 조절하는 탄성파 필터 설계 방법.
In claim 4,
In a filter design having a bandwidth smaller than the elastic wave resonator coupling coefficient, the series resonator adjusts the series resonator frequency (fs) of the series resonator to the center frequency of the target band and then adjusts the inductance value, so that the reactance of the resonator is An acoustic wave filter design method that adjusts to be symmetrical to the Chebyshev prototype value of the target band.
 청구항 4에 있어서,
상기 탄성파 공진기 커플링 계수보다 작은 대역폭을 갖는 필터 설계에서 병렬 공진기는 상기 병렬 공진기의 병렬 공진기 주파수(fp)를 상기 목표 대역의 중심 주파수로 맞춘 후, 캐패시턴스 값을 조절하여, 상기 공진기의 리액턴스가 상기 목표 대역의 체비셰프 프로토타입 값과 대칭되도록 조절하는 탄성파 필터 설계 방법.
In claim 4,
In a filter design having a bandwidth smaller than the elastic wave resonator coupling coefficient, the parallel resonator adjusts the parallel resonator frequency (fp) of the parallel resonator to the center frequency of the target band and then adjusts the capacitance value, so that the reactance of the resonator is An acoustic wave filter design method that adjusts to be symmetrical to the Chebyshev prototype value of the target band.
 청구항 4에 있어서,
상기 탄성파 공진기 커플링 계수보다 큰 대역폭을 갖는 필터 설계에서 직렬 공진기는 상기 직렬 공진기의 공진 주파수 또는 션트(shunt) 공진기의 반공진 주파수를 상기 목표 대역의 에지 주파수에 프로토타입 값을 정합하는 탄성파 필터 설계 방법.In claim 4,
In a filter design having a bandwidth greater than the elastic wave resonator coupling coefficient, the series resonator is an elastic wave filter design that matches the prototype value of the resonance frequency of the series resonator or the anti-resonance frequency of the shunt resonator to the edge frequency of the target band. method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101684307B1 (en) 2015-09-02 2016-12-20 레저넌트 인크. Method of optimizing input impedance of surface acoustic wave filter

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