KR20050017980A - Filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터에 병렬로 커패시터를 연결시킴으로써, 제조 공정 중에서 저하되는 Q 값을 조절하여 주파수 특성을 개선시킨 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a filter, and more particularly, to a filter that improves frequency characteristics by controlling a Q value deteriorated during a manufacturing process by connecting a capacitor in parallel to a filter manufactured by a surface acoustic wave or a resonator.
최근, 이동 통신 시스템의 발전에 따라, 휴대 전화, 휴대형의 정보 단말 등의 이동 통신 기기가 급속히 보급되어, 이들 기기의 소형화 및 고성능화의 요구로부터 이들에 사용되는 부품의 소형화 및 고성능화가 요구되고 있다. 또한, 휴대 전화에 있어서는 아날로그 방식과 디지털 방식의 2개의 종류의 무선 통신 시스템이 이용되고 있고, 무선 통신에 사용하는 주파수도 800MHz ∼ 1GHz 대와, 1.5GHz ∼ 2.0GHz 대로 다방면에 걸쳐 있다.Background Art In recent years, with the development of mobile communication systems, mobile communication devices such as mobile phones and portable information terminals are rapidly spreading, and the demand for miniaturization and high performance of these devices has been required to reduce the size and performance of components used therein. In addition, two types of wireless communication systems, analog and digital, are used in mobile telephones, and the frequencies used for wireless communication are also in the 800 MHz to 1 GHz band and the 1.5 GHz to 2.0 GHz band.
특히, 통신 장치 및 다른 전자 장치에서, 대역 통과 필터로서 SAW 필터가 널리 사용되고 있다. SAW 필터로는, 압전 기판 상에 소정 거리로 배열된 두 개의 인터디지털 트랜스듀서(IDT)를 가지는 횡형 SAW 필터와, 압전 기판 상에 공진 자를 구성하는 SAW 공진자 필터가 있다.In particular, SAW filters are widely used as band pass filters in communication devices and other electronic devices. SAW filters include a lateral SAW filter having two interdigital transducers (IDTs) arranged at a predetermined distance on a piezoelectric substrate, and a SAW resonator filter constituting a resonator on a piezoelectric substrate.
SAW 공진자 필터로서, 러브파, BGS(Bluestein-Gulyaev-Shimuzu)파 및 다른 유사한 파와 같은 SH(Shear Horizontal) 표면탄성파를 이용하는 단면 반사형 SAW 공진자 필터가 알려져 있다.As the SAW resonator filter, a single-sided reflection SAW resonator filter using a shear horizontal surface acoustic wave such as a love wave, a Bluestein-Gulyaev-Shimuzu (BBS) wave, and other similar waves is known.
최근에는 통신 기기에서 신호를 송수신할 때 송신할 때 신호의 일정대역 주파수만 필터링하여 송신하거나, 수신할 때 일정한 주파수 대역의 신호만을 수신할 때 사용될 수 있도록 듀플렉서를 칩으로 제조하여 사용하고 있다.Recently, a duplexer is manufactured and used as a chip so that when a signal is transmitted or received by a communication device, only a predetermined band frequency of the signal is filtered and transmitted, or a signal is received when a signal is received.
아울러, 이동통신부품인 필름형최적탄성공진기(FBAR:Film Bulk Acoustic Resonator)가 개발되었는데, 상기 FBAR필터는 1∼15㎓의 고주파를 수신하는 과정에 특정 주파수만을 추출, 잡음을 제거하고 음질을 높이는 기능을 하는 핵심부품으로 반도체의 스퍼터링 공정을 이용, 박막화함으로써 기존 표면탄성파(SAW)필터 및 세라믹필터에 비해 크기가 10분의 1∼100분의 1 이상으로 작고 가벼운 차세대 필터다. 이는 상보성금속산화막반도체(CMOS) 공정으로 무선통신 RF단의 단일칩 고주파집적회로(MMIC)가 가능한 기술로 평가받고 있다.In addition, a film type bulk acoustic resonator (FBAR), which is a mobile communication component, has been developed. The FBAR filter extracts only a specific frequency, removes noise, and improves sound quality while receiving a high frequency of 1 to 15 kHz. It is a next-generation filter that is smaller and lighter than the existing surface acoustic wave (SAW) filter and ceramic filter and is one tenth to one hundredth of the size compared to the existing surface acoustic wave (SAW) filter and ceramic filter by using the semiconductor sputtering process. This is a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process is evaluated as a technology capable of single-chip high-frequency integrated circuit (MMIC) of the RF stage of wireless communication.
상기에서, 설명한 쏘우-듀플렉서는 텔레비젼에서 화상의 중간주파수 필터용, 및 신호의 시간지연용 등으로 사용되는데, 그 구성은 수정 또는 LiTaO3, LiNbO3 등과 같은 압전체상에 전기적인 입력신호를 기계적인 진동을 변환시키는 입력변환기와 이와 대립 형성되어 있으며 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하여 부하로 출력시키는 출력변환기가 형성되어 있고, 상기 입력변환기와출력변환기에는 빗살형태의 알루미늄전극이 서로 소정거리 이격 형성되어 있다.As described above, the saw-duplexer is used for an intermediate frequency filter of an image, a time delay of a signal, etc. in a television, and its configuration is modified or mechanical vibration of an electrical input signal on a piezoelectric body such as LiTaO3, LiNbO3, or the like. An input converter for converting and an opposing shape are formed, and an output converter for converting mechanical vibration into an electrical signal and outputting it to a load is formed. The input converter and the output converter have a comb-shaped aluminum electrode spaced apart from each other by a predetermined distance. have.
이와 같은 구조를 갖는 쏘우 듀플렉서는 두개의 분리된 쏘우 필터들과 스트립선으로 구성된 위상 천이기가 결합되어 하나의 패키지(Package)에 봉해져 있다.The saw duplexer having such a structure is sealed in one package by combining two separate saw filters and a phase shifter composed of strip lines.
도 1a는 일반적인 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 등가 회로를 도시한 도면이다.FIG. 1A illustrates an equivalent circuit of a filter manufactured by a general surface acoustic wave or resonator.
도 1a에 도시된 바와 같이, 1포트 쏘우 공진기에 대한 등가회로로써 Rm, Lm, Cm 직렬 공진 회로에 정전용량(Co)이 병렬로 연결된 구조를 하고 있다.As shown in FIG. 1A, as an equivalent circuit for a one-port saw resonator, a capacitance Co is connected in parallel to an Rm, Lm, and Cm series resonant circuit.
상기와 같은 등가 회로에 관계된 특성식은 다음과 같다.The characteristic formula related to the equivalent circuit as described above is as follows.
공진 주파수 Resonant frequency
용량비 Capacity ratio
반공진 주파수 Anti-resonant frequency
도 1b는 상기 도 1a의 등가회로와 동일한 실제 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 구조를 도시한 도면으로서, 도 1a에 도시된 등가회로를 압전 기판 상에 실장한 표면탄성파 공진기이다. FIG. 1B is a diagram showing the structure of a filter manufactured with the same actual surface acoustic wave or resonator as the equivalent circuit of FIG. 1A, and is a surface acoustic wave resonator having the equivalent circuit shown in FIG. 1A mounted on a piezoelectric substrate.
상기와 같은 표면 탄성파 또는 공진기로 제조된 필터는 전자 신호 처리를 위해서 탄성 고체의 표면 상에서 전파되는 웨이브(Wave)를 사용한다. 이러한 표면 탄성파 소자는 빛의 속도로 진행하는 전자기파를 빛의 속도보다 작은 속도로 진행하는 음향파로 변환하여 처리하는 특성을 갖는다.The filter manufactured by the surface acoustic wave or the resonator uses wave propagating on the surface of the elastic solid for electronic signal processing. The surface acoustic wave device has a characteristic of converting and processing electromagnetic waves traveling at a speed of light into acoustic waves traveling at a speed smaller than that of light.
이러한 표면 탄성파 소자 기술은 필터, 공진기, 발진기, 지연선 및 다른 유사한 소자 등의 응용 분야에서 수요가 증가하고 있다.Such surface acoustic wave device technology is increasing in applications such as filters, resonators, oscillators, delay lines and other similar devices.
상기 표면 탄성파 또는 공진기로 제조된 필터는 전기 신호를 표면파 기계 신호로 변환하여 전달하는 압전 기판 상에 다수개의 IDT를 구성하여 제작한다. 상기 다수개의 IDT에서는 전기 신호에 의하여 발생하는 탄성파를 공진 현상을 이용하여 인접한 IDT로 전달하는 특성을 갖는다.The filter manufactured by the surface acoustic wave or the resonator is manufactured by constructing a plurality of IDTs on a piezoelectric substrate that converts and transmits an electrical signal into a surface wave mechanical signal. The plurality of IDTs have a characteristic of transmitting an acoustic wave generated by an electrical signal to an adjacent IDT by using a resonance phenomenon.
상기 IDT에는 신호의 입출력을 위하여 입출력 단자를 형성하여, 신호를 공진부에 인가하거나, 상기 공진부에서 공진된 신호를 출력하도록 하였다.In the IDT, an input / output terminal is formed for inputting / outputting a signal, so that the signal is applied to the resonator or the resonant signal is output.
특히, 상기 압전 기판 상에 배치되는 IDT의 구조는 폭, 피치, 개수에 의하여 표면 탄성파 소자의 주파수 응답 및 신호처리 특성에 중요한 역할을 한다.In particular, the structure of the IDT disposed on the piezoelectric substrate plays an important role in the frequency response and signal processing characteristics of the surface acoustic wave device by the width, pitch, and number.
그러나, 상기에서 도시한 1 포트 쏘우 공진기에서는 대역폭 곡선에 민감한 Q 값이 압전 기판이나 배치되는 IDT에 의하여 좌우되고, 일단 제조되면 공진기의 공진 곡선을 정해져 변경할 수가 없는 단점이 있다.However, in the one-port saw resonator shown above, the Q value sensitive to the bandwidth curve depends on the piezoelectric substrate or the IDT disposed, and once manufactured, the resonance curve of the resonator cannot be determined and changed.
특히 일정 대역에서 고감쇠 특성 곡선을 요구하는 경우에는 완성된 쏘우 공진기를 변경할 수 없게 되어 각각의 요구 조건에 호환되도록 사용할 수 없는 문제가 있다.Particularly, when a high attenuation characteristic curve is required in a certain band, the finished saw resonator cannot be changed, and thus it cannot be used to be compatible with each requirement.
본 발명은, 표면탄성파 또는 공진기를 이용한 필터를 제조할 때, 압전 기판 등 재료 인자에 따라 공진기의 특성이 변화하기 때문에, 공진기와 직병렬로 커패시터를 연결함으로써, 이와 같은 특성 변화를 조절하여 양질의 주파수 특성을 얻을 수 있는 필터를 제공함에 그 목적이 있다.In the present invention, when the filter using the surface acoustic wave or the resonator, the characteristics of the resonator changes according to the material factors such as the piezoelectric substrate, and by connecting the capacitors in series and in parallel with the resonator, such a characteristic change can be adjusted to achieve high quality. The purpose is to provide a filter that can obtain the frequency characteristics.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 필터는,In order to achieve the above object, the filter according to the present invention,
입출력 단자 및 공진부를 포함하는 필터에 있어서,In the filter comprising an input and output terminal and a resonator,
상기 필터의 Q 값을 조절하기 위한 Q값 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it further comprises; Q value adjusting unit for adjusting the Q value of the filter.
여기서, 상기 Q값 조절부는 커패시터로 구성되어 있고, 상기 커패시터는 패턴 형태로 구성되며, 상기 필터는 사다리형 필터인 것을 특징으로 한다.Here, the Q value adjusting unit is composed of a capacitor, the capacitor is configured in a pattern form, the filter is characterized in that the ladder filter.
여기서 상기 커패시터는 상기 필터의 입출력 단자에 직렬 또는 병렬로 구성되며, 상기 필터는 쏘우 필터 또는 에프바(F-Bar) 필터 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.Here, the capacitor is configured in series or in parallel to the input and output terminals of the filter, the filter is characterized in that it can be used to select any one of the saw filter or F-Bar (F-Bar) filter.
본 발명에 의하면, 절연 기판 상에 금속 전극들을 형성하여 표면탄성파 공진기를 제조할 때, 공진기와 병렬로 커패시터를 구현함으로써, 제조 공정 중에서 발생하는 Q 값을 조절하여 인접 대역에서의 고감쇠 곡선이 나타나도록 하였다.According to the present invention, when a surface acoustic wave resonator is manufactured by forming metal electrodes on an insulating substrate, a capacitor is implemented in parallel with the resonator to adjust a Q value generated during the manufacturing process to show a high attenuation curve in an adjacent band. It was made.
아울러, 표면탄성파 공진기가 사용되는 영역에 따라 커패시터를 직병렬 방향으로 선택적으로 구현함으로써, 소자 특성을 개선할 수 있는 이점이 있다.In addition, by selectively implementing the capacitors in a series-parallel direction according to the area in which the surface acoustic wave resonator is used, there is an advantage that the device characteristics can be improved.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a는 본 발명에 따른 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 등가 회로를 도시한 도면이다.Figure 2a is a diagram showing an equivalent circuit of a filter made of a surface acoustic wave or a resonator according to the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 1 포트 쏘우 공진기에 대한 등가회로로써 Rm, Lm, Cm 직렬 공진회로에 정전용량(Co)와 보조용량(Cc)이 병렬로 연결된 구조를 하고 있다.As shown in FIG. 2A, the capacitance circuit Co and the storage capacitor Cc are connected in parallel to the Rm, Lm, and Cm series resonant circuits as an equivalent circuit for the one-port saw resonator.
상기 도 1a에서 설명한 바와 같이 보조 용량(Cc)이 없는 경우에 RLC 직렬 등가회로는 다음과 같았다.As described with reference to FIG. 1A, the RLC series equivalent circuit is as follows when there is no storage capacitor Cc.
공진 주파수 Resonant frequency
용량비 Capacity ratio
반공진 주파수 Anti-resonant frequency
상기 공식에서 Q 값을 개선하기 위하여 공진기의 용량비( gamma )를 증가시킴으로써 Q 값을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.It can be seen from the above formula that the Q value can be improved by increasing the capacity ratio gamma of the resonator in order to improve the Q value.
직렬 공진기인 경우에는 Q 값이 증가함으로써, 공진 주파수(fr)은 변화가 없는 반면에, 고주파 측에 위치한 반공진주파수(fa)가 감소함으로써 공진주파수와의 간격이 좁아짐에 따라 Q 값이 증가하게 됨을 알 수 있다.In the case of a series resonator, the Q value increases, so that the resonance frequency f r remains unchanged, while the anti-resonant frequency f a located on the high frequency side decreases, so that the Q value decreases as the distance from the resonance frequency narrows. It can be seen that the increase.
상기와 같은 특성을 이용하면, 1 포트 쏘우 공진기를 직렬과 병렬로 다단 접속하게 되면 대역 통과 필터, 즉 사다리(LADDER) 형태의 표면탄성파 또는 공진기로 필터가 구성되는데, 커패시터를 병렬로 연결함으로써 Q 값을 개선한다.Using the above characteristics, if the 1-port saw resonator is connected in series and in parallel, the filter is composed of a band pass filter, that is, a surface acoustic wave or a resonator in the form of a ladder (LADDER). To improve.
상기 쏘우 공진기를 중심으로 설명하였지만, F-Bar 필터를 사용해서도 동일한 필터 구성을 하여 Q 값을 조절할 수 있다.Although described above with respect to the saw resonator, it is possible to adjust the Q value by using the same filter configuration using the F-Bar filter.
보조 용량(Cc)이 부가되어 공진 주파수와 반공진주파수의 차(fr - fa)가 작아져서, 전체적인 Q 값이 상승하게 되어 감쇠 특성을 향상시키게 된다.The storage capacitor Cc is added to reduce the difference between the resonant frequency and the anti-resonant frequency, f r -f a , thereby increasing the overall Q value to improve the attenuation characteristics.
또한, 주파수 통과 대역에 대해서 고주파 인접 대역의 감쇠 특성을 개선하고자 한다면 직렬 공진기에 병렬로 커패시터를 부가함으로써 Q 값을 개선시킬 수 있다.In addition, if the attenuation characteristic of the high frequency adjacent band is to be improved with respect to the frequency pass band, the Q value can be improved by adding a capacitor in parallel to the series resonator.
그리고 주파수 통과 대역에 대해서 고주파 인접 대역과 저주파 인접 대역의감쇠 특성을 개선하고자 한다면, 직렬 공진기와 병렬 공진기 양측에 보조 용량(Cc) 성분을 갖는 커패시터를 병렬로 접속하여 Q 값을 개선시킨다.In order to improve the attenuation characteristics of the high frequency adjacent band and the low frequency adjacent band with respect to the frequency pass band, the Q value is improved by connecting a capacitor having a storage capacitor (Cc) in parallel to both the series resonator and the parallel resonator.
도 2b는 상기 도 2a의 등가 회로와 동일한 실제 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 구조를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 상기 표면 탄성파 또는 공진기로 제조된 필터는 전기 신호를 표면파 기계 신호로 변환하여 전달하는 압전 기판 상에 다수개의 IDT를 구성하여 1 포트(port) 쏘우 공진부가 제조되어 있고, 상기 쏘우 공진부와 병렬로 연결되는 보조 커패시터가 함께 제조된 구조를 하고 있다.FIG. 2B illustrates a structure of a filter manufactured by the same surface acoustic wave or resonator as the equivalent circuit of FIG. 2A. As illustrated, the filter manufactured by the surface acoustic wave or resonator may convert an electrical signal into a surface wave mechanical signal. A single-port saw resonator is manufactured by forming a plurality of IDTs on a piezoelectric substrate to convert and transmit, and an auxiliary capacitor connected in parallel with the saw resonator is manufactured.
종래의 공진기와 달리 보조 용량을 위한 커패시터가 추가되므로, 기존의 IDT의 개수와 전극 폭이 줄어들도록 제조하는데, 이는 종래의 공진기에 보조 용량을 위한 커패시터의 부착으로 입력 임피던스를 정합 시키기 위해서 이다.Unlike the conventional resonator, since the capacitor for the auxiliary capacitance is added, the number of conventional IDTs and the electrode width are manufactured to be reduced, in order to match the input impedance by attaching the capacitor for the auxiliary capacitance to the conventional resonator.
상기 표면탄성파를 이용한 쏘우 필터 뿐만 아니라 F_Bar 필터에서도 상기에서 설명한 Q 값 조절을 위한 조절부플 커패시터로 형성하여 직병렬로 결합하여 구현할 수 있다.In addition to the Saw filter using the surface acoustic wave, the F_Bar filter may be formed as a control baffle capacitor for controlling the Q value described above, and may be coupled in series and in parallel.
도 3은 본 발명에 따른 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 주파수 특성을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating the frequency characteristics of a filter manufactured by a surface acoustic wave or a resonator according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, Q 값을 개선함으로서, 종래의 반 공진 주파수(fa2)에 비하여 개선된 반 공진 주파수(fa1)가 저주파 쪽으로 이동하여 전체적인 주파수 특성 곡선의 감쇠 특성이 좋아지고 있음을 볼 수 있다.As shown in FIG. 3, by improving the Q value, the improved anti-resonance frequency f a1 is moved toward the low frequency as compared with the conventional anti-resonance frequency f a2 , and the attenuation characteristic of the overall frequency characteristic curve is improved. Can be seen.
직렬 공진기에 병렬 커패시터를 추가로 형성 연결함으로써, 용량비( gamma ) 값을 증가시키고, 이로 인하여 반 공진 주파수(fa) 값을 감소시킨다.By further forming and connecting a parallel capacitor to the series resonator, the value of the capacitance ratio gamma is increased, thereby decreasing the value of the anti-resonance frequency f a .
상기 반공진 주파수(fa) 값의 감소로 인하여 공진 주파수(fr)와 반공진 주파수(fa)의 차의 값이 감소하여 Q 값이 상승하여, 공진기의 주파수 감쇠 특성 곡선이 개선된다.Due to the decrease of the anti-resonant frequency f a , the value of the difference between the resonant frequency f r and the anti-resonant frequency f a decreases to increase the Q value, thereby improving the frequency attenuation characteristic curve of the resonator.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 절연 기판 상에 금속 전극들을 형성하여 표면탄성파 또는 공진기를 필터로 제조할 때, 공진기와 병렬로 커패시터를 구현함으로써, 제조 공정 중에서 발생하는 Q 값을 조절하여 주파수 대역 특성을 향상시킨 효과가 있다.As described in detail above, the present invention is to form a metal electrode on the insulating substrate to produce a surface acoustic wave or a resonator as a filter, by implementing a capacitor in parallel with the resonator, thereby adjusting the Q value generated during the manufacturing process There is an effect of improving the frequency band characteristics.
아울러, 표면탄성파 또는 공진기에 직병렬 커패시터를 선택적으로 연결함으로써, 공진기 뿐만 아니라, 필터, 센서, 듀플렉서, 복합 모듈에 적용하여 사용할 수 있는 이점이 있다.In addition, by selectively connecting the parallel-parallel capacitor to the surface acoustic wave or resonator, there is an advantage that can be applied to the filter, sensor, duplexer, composite module as well as the resonator.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims.
도 1a는 일반적인 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 등가 회로를 도시한 도면.Figure 1a shows an equivalent circuit of a filter made of a typical surface acoustic wave or resonator.
도 1b는 상기 도 1a의 등가회로와 동일한 실제 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 구조를 도시한 도면.FIG. 1B shows the structure of a filter made of the same actual surface acoustic wave or resonator as the equivalent circuit of FIG. 1A.
도 2a는 본 발명에 따른 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 등가 회로를 도시한 도면.Figure 2a shows an equivalent circuit of a filter made of a surface acoustic wave or resonator according to the present invention.
도 2b는 상기 도 2b의 등가 회로와 동일한 실제 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 구조를 도시한 도면.FIG. 2B shows the structure of a filter made of the same actual surface acoustic wave or resonator as the equivalent circuit of FIG. 2B.
도 3은 본 발명에 따른 표면탄성파 또는 공진기로 제조된 필터의 주파수 특성을 도시한 도면.3 is a view showing the frequency characteristics of a filter made of a surface acoustic wave or a resonator according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *
Rm: Motional Resistance Cm: Motional CapacitanceRm: Motional Resistance Cm: Motional Capacitance
Lm: Motional Inductance Cc: 보조 용량Lm: Motional Inductance Cc: Auxiliary Capacity
Co: 정전 용량 Co: capacitance
Claims (6)
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