KR20190067715A - 음향적으로 결합된 공진기 노치 및 대역 통과 필터 - Google Patents

음향적으로 결합된 공진기 노치 및 대역 통과 필터 Download PDF

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KR20190067715A
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bandpass filter
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루에디게르 바우더
안드레아스 보그너
한스-조에르그 티메
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인피니언 테크놀로지스 아게
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Abstract

노치 필터는 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 1 인덕터, 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 이중 공진기 구조체 및 이중 공진기 구조체와 접지 사이에 결합된 제 2 인덕터를 포함하고, 대역 통과 필터는 입력 노드와 출력 노드 사이에 연결된 커패시터, 및 상기 입력 노드, 출력 노드 및 접지 사이에 결합된 이중 공진기 구조체를 포함한다.

Description

음향적으로 결합된 공진기 노치 및 대역 통과 필터{ACOUSTICALLY COUPLED RESONATOR NOTCH AND BANDPASS FILTERS}
본 발명은 일반적으로 음향적으로 결합된 공진기 노치 필터에 관한 것이며, 특히 그에 대한 시스템 및 방법의 실시예에 관한 것이다.
예를 들어, LTE(Long Term Evolution)와 같은 오늘날의 무선 통신 표준은 다수의 상이한 주파수 대역에 대한 고 선택성 주파수 필터(highly-selective frequency filter)를 필요로 한다. 다수의 주파수 대역을 제공할 수 있다는 것은 상이한 국가에서 대응하는 특정의 선택/표준의 주파수 대역을 사용하여 모바일 폰의 작동을 가능하게 하는 데 특히 중요하다.
일 실시예에 따르면, 노치 필터는 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 1 인덕터; 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 이중 공진기 구조체; 및 이중 공진기 구조체와 접지 사이에 결합된 제 2 인덕터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 대역 통과 필터는 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 커패시터; 및 입력 노드, 출력 노드 및 접지 사이에 결합된 이중 공진기 구조체를 포함한다.
본 발명 및 그 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부된 도면과 관련하여 취해진 아래의 설명이 참조된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 하나의 직렬 및 하나의 션트 공진기를 갖는 1-스테이지 대역 통과 사다리형 필터(one-stage bandpass ladder filter)의 개략도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 하나의 직렬 및 하나의 션트 공진기를 갖는 1-스테이지 대역 차단 사다리형 필터(one-stage bandstop ladder filter)의 개략도이다.
도 1c는 도 1a에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 1d는 도 1b에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 벌크 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW) 공진기의 단면도이다.
도 2b는 종래 기술에 따른 필름 벌크 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)의 단면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 3 개의 결합 층을 갖는 결합 공진기 필터(Coupled Resonator Filter: CRF)의 단면도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 하나의 결합 층을 갖는 결합 공진기 필터(CRF)의 단면도이다.
도 3c는 일 실시예에 따른 스택형 크리스털 필터(Stacked Crystal Filter: SCF)의 단면도이다.
도 4a는 종래 기술에 따른 전역 통과 필터(all-pass filter)의 개략도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 4c, 도 4d 및 도 4e는 실시예에 따른 노치 필터의 개략도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 노치 필터의 개략도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 실시예에 따른 튜닝 가능한 노치 필터의 개략도이다.
도 6e는 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 7a는 종래 기술에 따른 준-Pi 전역 통과 필터(quasi-pi all-pass filter)의 개략도이다.
도 7b는 도 7a의 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 노치 필터의 개략도이다.
도 8b는 도 8a의 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f 및 도 8g는 추가적인 노치 필터 실시예의 개략도 및 대응하는 주파수 응답의 그래프이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 실시예에 따른 튜닝 가능한 노치 필터의 개략도이다.
도 9d는 도 9a, 도 9b 및 도 9c의 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 실시예에 따른 튜닝 가능한 사다리형 기반의 노치 필터의 개략도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 실시예에 따른 튜닝 가능한 준 격자 기반의 노치 필터(tunable quasi lattice based notch filters)의 개략도이다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 실시예에 따른 튜닝 가능한 전역 통과 3중 필터(tunable all-pass triplets filters)의 개략도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 캐스케이드형 대역 차단 필터(BSF)의 블록도이다.
도 14a는 일 실시예에 따른 캐스케이드형 BSF 및 대역 통과 필터(BPF)의 개략도이다.
도 14b는 도 14a에 도시된 캐스케이드형 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 15a는 일 실시예에 따른 병렬 피드백 캐패시턴스를 가진 단일 CRF 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 15b는 도 15a에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 16a 및 도 16b는 실시예에 따른 직렬 결합된 CRF 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 16c는 도 16a 및 도 16b에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 17a, 도 17b, 도 17c, 도 17d 및 도 17e는 추가의 실시예에 따른 직렬 결합된 CRF 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 17f는 도 17a, 도 17b, 도 17c, 도 17d 및 도 17e에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 17g, 도 17h, 도 17i, 도 17j, 도 17k, 도 17l, 도 17m 및 도 17n은 추가적인 대역 통과 필터 실시예의 개략도이다.
도 18a는 일 실시예에 따른 튜닝 가능한 병렬 피드백 캐패시턴스를 가진 단일 CRF 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 18b는 도 18a에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 19는 두 개의 튜닝 회로에 결합된 SCF 공진기 구조체를 포함하는 튜닝 가능한 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 20b, 도 20c 및 도 20d는 실시예에 따른 CRF 공진기 구조체를 사용하는 사다리형/격자 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 20a는 도 20b, 도 20c 및 도 20d에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 21b, 도 21c 및 도 21d는 실시예에 따른 SCF 공진기 구조체를 사용하는 사다리형/격자 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 21a는 도 21b, 도 21c 및 도 21d에 도시된 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 22a, 도 22b 및 도 22c는 실시예에 따른 SCF 및 CRF 공진기 구조체 및 관련된 튜닝 회로를 사용하는 튜닝 가능한 사다리형/격자 대역 통과 필터의 개략도이다.
도 23b는 공진기 구조체의 단면도를 도시하며, 공진기 중 하나의 상부 전극은 일 실시예에 따른 대역 통과 필터 회로에서 피드백 캐패시턴스로서 사용하기 위한 중첩부를 포함한다.
도 23a는 중첩부를 갖지 않는 도 23b의 필터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 23c는 도 23b의 필터의 주파수 응답의 그래프로서, 여기서, 중첩부는 상부 전극과 동일한 두께를 갖는다.
도 24b는 공진기 구조체의 단면도를 도시하며, 공진기 중 하나의 상부 전극은 다른 실시예에 따른 대역 통과 필터 회로에서 피드백 캐패시턴스로서 사용하기 위한 중첩부를 포함한다.
도 24a는 도 24b의 필터의 주파수 응답의 그래프로서, 여기서, 중첩부는 상부 전극과는 다른 두께를 갖는다.
도 25a, 도 25b 및 도 25c는 실시예에 따른 튜닝 가능한 결합형 대역 통과 필터의 개략도이다.
(예를 들어, 지원되는 대역의 수가 증가함에 기인하여) RF 프론트 엔드의 복잡성이 증가하면, 삽입 손실이 증가하고, 기준 감도가 감소하며, 기존 필터의 면적이 크게 증가하게 된다. 본원에 기술된 필터 실시예는 기존 필터와 비교할 때, 면적을 감소시키고, 새롭게 출시될 캐리어 집성(Carrier Aggregation) 모드를 위한 간소화되고 유연성 있는 RF 프론트 엔드 디자인으로 출시 시간을 단축하고, 대부분의 사용 사례에 대한 기준 감도를 향상시킨다.
오늘날, 요구되는 고 선택성 대역 통과 필터는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave: SAW) 또는 벌크 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW) 기술로 제조된다. 두 기술 모두에서, 필터는 음향 공진기를 사다리형 또는 격자 필터 토폴로지와 같은 특정 회로 토폴로지로 결합함으로써 구현된다. (Wi-Fi를 포함하는) 모든 개별 LTE 주파수 대역을 제공하기 위해서는 많은 필터가 필요하다. 그 후, 안테나와 저잡음 증폭기("LNA") 또는 전력 증폭기("PA") 사이의 각각의 신호 경로에 대한 개별 필터를 선택하는데 RF 스위치가 제각기 사용된다. 대체적으로, 모바일 통신 디바이스의 RF 프론트 엔드용으로 (대부분 개별적인) 다수의 컴포넌트가 요구되며, 이는 회로 복잡성, RF 손실, 제조 복잡성 및 마지막으로 또한 필요한 공간(폼 팩터)을 초래한다. 마지막으로, 높은 주파수에서의 높은 손실을 보상하기 위한 전력 표준이 증가할 것이다. 결과적으로, 더 많은 감쇠 요구 사항이 처리되어야 한다.
(대역 저지 필터 또는 대역 차단 필터라고 지칭되기도 하는) 노치 필터는 현재 및 미래의 모바일 통신 요구 사항으로 인해 점점 더 많은 주목을 받고 있다. 여러 주파수 대역과 많은 전력 표준을 통합하면 간섭 문제가 증가하고 더 높은 감쇠 레벨이 필요하다. 이러한 요구에도 불구하고, 벌크 탄성파(bulk acoustic wave) 기술을 적용하는 노치 필터(뿐만 아니라 대역 통과(bandpass) 필터)를 개발하기 위한 연구는 비교적 거의 공개되지 않았다.
많은 종래의 대역 저지 필터는 분산 구조체(distributed structures) 및 도파관 구조체(waveguide structure)를 포함한다. 따라서, 이러한 필터는 소형의 통합 솔루션용으로는 크기가 크고 비실용적이다. 최근에는 SAW/BAW 사다리형 기반의 노치 필터도 제안되었다. 일반적으로, 이러한 사다리형 기반의 노치 필터는 SAW/BAW 기술의 높은 Q 팩터로부터의 이점을 갖는다. 그러나, 이러한 필터는 일반적으로 요구되는 사양을 충족시키기 위해 하나보다 많은 스테이지가 필요하기 때문에 많은 면적 소비 및 높은 삽입 손실을 겪는다. 또한, 이 필터의 성능은 션트 및 직렬 요소의 캐패시턴스 비(capacitance ratio)에 크게 의존한다. 따라서, 작은 대역외 감쇠(small out-of-band attenuation)를 나타내기 위해서는 직렬 요소의 캐패시턴스가 션트 공진기의 캐패시턴스보다 훨씬 커야 한다. 이것은 많은 면적을 소비하는 직렬 요소와 매우 작은 면적을 소비하는 션트 요소를 초래하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 하나의 직렬 및 하나의 션트 공진기를 갖는 1-스테이지 사다리형 필터의 예시적인 토폴로지이다. 도 1a는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 직렬 공진기(102) 및 출력 노드(OUT)와 접지 사이에 결합된 션트 공진기(104)를 갖는 대역 통과 필터의 개략도이다. 도 1b는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 직렬 공진기(106) 및 출력 노드(OUT)와 접지 사이에 결합된 션트 공진기(108)를 갖는 대역 차단 필터의 개략도이다.
일반적으로, 모든 직렬 공진기는 동일한 공진 주파수를 가지며, 모든 션트 공진기는 동일한 공진 주파수를 갖는다. 그러나, 직렬 및 션트 공진기는 그 공진 주파수에서 그 공진기의 대역폭에 대략 대응하는 특정의 양만큼 디튜닝된다(detuned). 도 1a의 대역 통과의 경우, 션트 공진기(104)(부하)의 공진 주파수는 직렬 공진기(102)(무부하)의 공진 주파수보다 낮다. 도 1b의 대역 차단의 경우, 션트 공진기(108)(무부하)의 공진 주파수는 직렬 공진기(106)(부하)의 공진 주파수보다 높다. 주목할 것은 디튜닝(detuning)은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 필터 스택에 음향 층(acoustic layer)을 추가함으로써 실현된다는 것이다. 도 1c는 대역 통과 필터의 주파수 응답을 도시하며, 여기서 응답 곡선(110)은 좌측 축/스케일/틱마크에 관련한 전형적인 대역 통과 응답을 나타내고, 응답 곡선(112)은 동일한 곡선을 우측 스케일/틱마크에 관련하여, 예를 들어, 보다 높은 배율/상세도로 나타내고 있다. 도 1d는 대역 차단 필터의 주파수 응답을 도시하며, 여기서, 응답 곡선(114)은 좌측 축/스케일/틱마크에 관련한 전형적인 대역 차단 응답을 나타내고, 응답 곡선(116)은 동일한 곡선을 우측 축/스케일/틱마크에 관련하여, 예를 들어, 보다 높은 배율/상세도로 나타내고 있다.
간단한 벌크 탄성파 공진기는 도 2a에 도시된 SMR(Solidly Mounted Resonator)이다. SMR 공진기는 하부 전극(206), 압전 층(204) 및 상부 전극(202)을 포함한다. 공진기와 기판(210) 사이에 위치하는, 소위 음향 미러(208)는 음향 에너지를 공진기 내에 유지하고, 복수의 교번하는 고 음향 임피던스 층 및 저 음향 임피던스 층을 포함한다. 다른 공진기 구성은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 음향 미러가 없이, 상부 전극, 압전 층(214) 및 하부 전극(216)만을 갖는 필름 벌크 음향 공진기(FBAR)이다. FBAR 공진기는 종종 하부 전극(216) 아래에 위치된 캐비티(cavity)에 의해 기판으로부터 음향적으로 분리된다. 대안으로, FBAR은 하부 전극 아래의 매우 얇은 지지 멤브레인(미도시) 상에 배치될 수 있다.
도 2a에서, 음향 미러(208) 내의 각각의 개별 층은, 예를 들어, 대략 λ/4의 두께를 특징으로 할 수 있는데, 여기서 λ는 그 층 내의 종파의 음향 파장을 나타낸다. 주목할 것은 파장 λ는 층 재료에 따라 달라진다는 것이다. 음향 미러는, 전술한 바와 같이, 공진기를 지지 기판으로부터 음향적으로 분리시킨다. 그러한 BAW 공진기의 공진 주파수는 모든 층의 두께에 따라 달라지는데, 여기서, 압전 층(204)의 두께가 가장 큰 영향을 미치고, 후속해서, 전극(202) 및 전극(206)의 두께가 영향을 미치게 된다. BAW 필터의 개별 공진기에 대한 주파수 조정은, 그 공진기의 층 스택의 하나 이상의 층을 변경함으로써, 즉, 리소그래피 단계를 적용하고 층 두께를 선택적으로 에칭하여, 하나의 (또는 그 이상의) 개별 공진기로부터 분리되게 함으로써, 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 전형적인 BAW 공진기의 공진 주파수는 전체 층 구조 및 재료 선택/조합에 의해 정해진다. 이 공진기가 기판에 대한 음향 디커플링을 위한 수단으로서 멤브레인 상에 (또는 멤브레인으로서) 구축되는 경우에도 마찬가지이다. 이러한 종래의 공진기는 트리밍(주파수 조정)될 수 있어서, 예를 들어, 프로세싱 동안 개별 층을 얇게 하는 수단이 될 수 있다. 이 공진기는 전기 수단(회로)에 의해 작은 주파수 범위 내에서만 튜닝될 수 있어서 필요한 공진기 성능을 유지할 수 있다.
추가로 개발된 BAW 장치는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 음향적으로 결합된 BAW 공진기이다. 여기서, 두 개의 공진기는 하나의 음향 층을 통해(도 3b) 또는 세 개의 음향 층을 통해(도 3a) 또는 보다 많은 음향 층을 통해 직접 결합된다.
도 3a는 상부 공진기의 상부 전극(302), 상부 공진기의 압전 층(304), 상부 공진기의 하부 전극(306), 음향 결합 층의 스택(308), 하부 공진기의 상부 전극(310), 하부 공진기의 압전 층(312), 하부 공진기의 하부 전극(314), 음향 미러(316) 및 기판(318)을 포함하는 음향적으로 결합된 공진기 필터를 도시한다.
전술한 음향 미러(208)와 유사하게, 음향 결합 층(308) 내의 층들의 시퀀스는 교번하는 저 음향 임피던스 및 고 음향 임피던스를 갖는다. 전술한 도 3a(및 후술되는 도 3b)에 도시된 BAW 토폴로지는 또한 결합된 공진기 필터(Coupled Resonator Filter: CRF)로 알려져 있다.
도 3b는, 음향 결합 층(320)이 이전에 도시된 음향 결합 층(308)의 스택을 대체한다는 점을 제외하고는, 도 3a의 음향 결합 공진기 필터와 함께 이전에 논의된 것과 동일한 모든 층을 포함하는 음향적으로 결합된 공진기 필터를 도시한다. 음향 결합 층(308)은 교번하는 음향 임피던스를 갖는 세 개의 분리된 층을 포함하는 반면, 음향 결합 층(320)은 단일 음향 임피던스 층을 포함한다.
필터에서 두 개의 공진기가 부가적인 음향 층이 없이 음향 결합되어 기본적으로 두 개의 FBAR의 스택이 되는 것은 도 3c를 참조하여 도시된 바와 같은 스택형 크리스털 필터(SCF)로 지칭된다. 결합 층의 수와 두께에 의해 제어되는 두 개의 공진기 사이의 결합 강도에 의해, 기본 공진 모드는 두 개의 개별 모드로 분할된다. 따라서, 도 3c에 도시된 필터는, 층(322)이 상부 및 하부 압전 층을 직접 결합하고, 도시된 바와 같이, 중간 전극 부분(324)을 포함한다는 것을 제외하고는, 동일한 특허 도면 번호를 사용하여 전술된 바와 기본적으로 동일하다. 이 중간 전극 부분(324)은 양 공진기의 접합 전극(joint electrode)이 된다.
모든 BAW 공진기의 일반적이며 중요한 특성은 전술한 두 개의 상부 및 하부 전극 사이에 샌드위치된 압전 층에 의해 형성된 C0의 캐패시턴스 값을 갖는 커패시터이다. 따라서, BAW 공진기는 공진 주파수와 관련된 주파수 범위 또는 공진 주파수 부근의 주파수 범위를 제외한 주파수 범위에서는 커패시터처럼 동작한다.
본원에 기술된 실시예는 넓은 대역폭의 고 선택성 RF 노치 필터를 구축할 수 있게 하는 BAW 공진기 노치 필터를 위한 외부 인덕터/커패시터 및 음향 결합된 토폴로지이다. 이러한 필터는 컴포넌트의 수 및 폼 팩터를 크게 감소시켜 비용을 절감하면서 개선된 RF 프론트 엔드 토폴로지로 나아가는 길을 열 수 있다. 위에서 언급된 종래 기술의 노치 필터 솔루션과 비교하여, 본 실시예에 따라 아래에서 기술되는 필터 토폴로지는 매우 작은 폼 팩터를 제공하여, 장래의 모바일 RF 프론트 엔드 애플리케이션용으로 매력적이게 한다.
따라서, 실시예에 따라 전역 통과 집중 요소 필터 토폴로지(all-pass lumped element filter topology) 내의 커패시터에 대한 대체용으로 SCF/CRF 캐패시턴스를 사용하여 각각의 전역 통과 응답에서 노치를 형성하는 것이 아래에서 더 상세히 설명된다. 실시예의 방법을 사용하여, 공진기 구조체를 포함하는 노치/대역 통과 필터가 전역 통과 필터 토폴로지로부터 생성될 수 있다.
전역 통과 네트워크는, 그의 상수 저항값과 모든 주파수에서 감쇠가 없기 때문에, 통상적으로 필터 네트워크에 대한 수동 집중 요소 지연기(passive lumped-element delays) 또는 위상 교정기(phase correctors)로 사용된다. 실시예에 따르면, 전역 통과 집중 요소 네트워크 토폴로지는 기본 요소로서 사용되며, 전역 통과 집중 요소 네트워크의 용량성 키 요소(capacitive key elements)(C0)는 BAW 공진기의 고유(natural)(정적(static)) 캐패시턴스로 대체되며, 이는 아래에서 더 상세하게 기술될 것이다. BAW 공진기의 전체 용량성 특성으로 인해, 전역 통과 특성은 유지되며, 노치(들)는 BAW 장치의 공진 주파수에서만 발생한다. 전역 통과 네트워크는 당해 기술 분야에 공지되어 있고 아래에서 더 상세히 기술되는 브릿지형-T 전역 통과(bridged-T All-Pass) 및 준-Pi 전역 통과 토폴로지(quasi-Pi-All-Pass topology)를 포함할 수 있다. 제 2 네트워크의 경우 "준(Quasi)"이라는 용어가 사용되는데, 이는 삽입 손실이 높은 주파수에서는 증가하지만, 의도된 동작 주파수 범위에서는 무시할만큼 작기 때문이다. 아래의 설명에서, 고정된 필터 요소 및 튜닝 가능한 필터 요소는 구별되고 기술된다.
고정된 및 튜닝 가능한 브릿지형-T 전역 통과 기반의 노치 필터는 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 아래에서 기술되며, 도 5a 및 도 5b는 고정형이며, 도 6a 내지 도 6e는 튜닝 가능형이다.
브릿지형-T 전역 통과 기반의 노치 필터는 도 4a에 도시된 바와 같은 간단한 집중 요소 전역 통과 필터를 사용하여 실현된다. 전역 통과 필터는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 두 개의 직렬 결합된 커패시터(C0), 중간 노드와 접지 사이에 결합된 션트 인덕터(Lg) 및 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 병렬 인덕터(Lp)를 포함한다. 필터 응답은 도 4b에 도시된다. 도 4b는 넓은 주파수 범위 상의 대역 통과 응답(406), 즉 전역 통과(all-pass)의 주파수 응답을 도시한다. 낮은 주파수의 경우, 필터 투과는, 곡선(402)에 도시된 바와 같이, 인덕터(Lp)에 의해 필수적으로 제공되는 반면, 커패시터는, 곡선(404)에 도시된 바와 같이, 보다 높은 주파수에서의 투과를 담당한다. 전역 통과 필터의 전체 투과(406)는 투과(402 및 404)의 조합으로부터 기인한다. 원하는 노치 필터를 형성하기 위해, 커패시터(C0)는 도 4c에 도시된 바와 같은 두 개의 개별 BAW 공진기(408 및 410)의 고유(정적) 캐패시턴스로 대체되거나, 또는, 예를 들어, 도 4d에 도시된 바와 같은 SCF일 수 있거나, 도 4e에 도시된 바와 같은 CRF(416/418/420)일 수 있는 음향적으로 결합된 BAW 공진기 장치(412/414)의 정적 캐패시턴스에 의해 대체된다. 도 4c, 도 4d 및 도 4e에서, 408, 410, 412, 414, 416 및 420은 개별 공진기 또는 직접 또는 음향적으로 결합된 공진기이고, 418은 음향 결합 층이다.
도 4c, 도 4d 및 도 4e에서, 두 개의 BAW 공진기가 사용되지만, 도 4c에서 두 개의 BAW 공진기(408 및 410)는 음향적으로 결합되지 않고(개별의 전기 결합된 장치로서 나란히 배치되며), 반면, 도 4d 및 도 4e에서, BAW 공진기(412/414 및 416/420)는 직접 또는 음향 결합을 통해 음향적으로 결합되며, (장치 영역을 절감할 수 있는) 하나의 단일 장치에서 상하로(one-over-the-other) 적층된다.
SCF/CRF를 사용한 전역 통과 네트워크에 대한 주파수 응답이 도 5b에 도시된다. 이제, 주파수 응답은 전역 통과 응답의 내부의 대역 차단 특성을 나타낸다. 차단 대역 내의 노치의 수는 사용되는 음향 결합 공진기에 따라 달라진다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 단순한 SCF 구조체의 경우, 두 개의 공진기가 직접 결합되기 때문에 하나의 노치만이 존재한다. 하나 또는 세 개의 결합 층을 갖는 CRF의 경우, 두 개의 노치(모드 퇴화(mode degeneration))가 관찰될 수 있다. 두 노치 사이의 거리는 CRF 구조체의 공진기 간의 음향 결합 "ka"의 강도에 의해 제어된다.
도 5a는 (예를 들어, 도 4e에 도시된 바와 같은) 음향 결합 공진기를 사용하는 노치 필터의 개략도를 도시한다. 노치 필터는 이전에 기술된 인덕터(Lp 및 Lg)뿐만 아니라 음향 결합 층(418)을 통해 음향적으로 결합된 공진기(416 및 420)를 포함한다. 전역 통과 토폴로지의 캐패시턴스(C0)는 음향 결합 공진기(416/418/420)로 대체되어 통과 대역에서 투과 제로(transmission zeros)를 형성한다. 음향 결합 공진기(416/418/420)는, 예를 들어, 음향 결합 계수 "ka"를 형성하기 위해 하나의 결합 층 또는 세 개의 결합 층을 갖는 스택형 크리스털 필터("SCF") 또는 결합 공진기 필터("CRF")일 수 있다. 노치 필터 응답(504)은, 도시된 바와 같이, 두 개의 노치를 형성하는 세 개의 결합 층을 갖는 CRF를 사용하여 도시된다. 인덕터(Lg 및 Lp) 및 결합된 BAW 공진기의 고유 캐패시턴스(C0)는 노치 필터 응답을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 응답 곡선(502)에 도시된 바와 같이, 통과 대역과 차단 대역 간의 천이의 경사도가 변경될 수 있다.
본원에 기술된 필터 실시예는 적응된 필터 토폴로지와 결합된 튜닝 가능한 필터의 사용을 통해, 예를 들어, 4G LTE 표준에 대한 RF 프론트 엔드의 복잡성을 상당히 감소시킨다. 따라서, 전술한 고정된 노치 필터의 튜닝 가능한 버전이 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d에 도시된다. 도 4c, 도 4d 및 도 4e에 도시된 고정된 노치 필터 토폴로지의 공진기는 튜닝 가능한 공진기로 대체된다. 튜닝 가능한 공진기는 보다 복잡한 공진기 장치 및/또는 추가의 전기 튜닝 컴포넌트를 필요로 한다. 고정된 버전의 노치 필터와 대조적으로, 이제 BAW 장치의 수는 두 배로 증가된다(도 6b 및 도 6c 참조).
도 6a는, 전술한 바와 같이, 두 개의 전기적으로 결합된 공진기(602 및 604)뿐만 아니라 입력 및 출력 노드 및 인덕터를 사용하는 튜닝 가능한 브릿지형-T 전역 통과 기반의 노치 필터를 도시한다. 도 6b 및 도 6c에서, 전역 통과 토폴로지의 캐패시턴스는 음향적으로 결합되고 튜닝 가능한 공진기로 대체되어 통과 대역에서 튜닝 가능한 투과 제로를 형성한다. 음향적으로 결합된 공진기는 음향 결합 계수 "ka"를 형성하기 위해 하나의 결합 층 또는 세 개의 결합 층을 가진 SCF 구현예(도 6b) 또는 CRF 구현예(도 6c)를 사용하여 구현될 수 있다. 도 6d에는 간단한 튜닝 가능한 FBAR 또는 SMR이 사용된다. 튜닝을 위해, 공진기에 직렬 또는 병렬인 커패시터 및 인덕터가 사용된다.
도 6b에 도시된 공진기 구조체(606)는, 예를 들어, 두 개의 음향 결합된 SCF("CSCF")로 간주될 수 있는, 하나의 음향적으로 결합된 BAW 장치만을 사용한다. 이러한 CSCF 장치의 상응하는 층 스택도 또한 도시되어 있으며, 도 6b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 4 개의 압전 층(Piezo 1, Piezo 2, Piezo 3, Piezo 4), (압전 층의 위 및 아래의) 6 개의 전극 및 (전기적으로 절연 또는 도전성일 수 있는) (적어도) 하나의 음향 결합 층(Coupling 1)을 포함한다. 음향 결합 층은 Coupling 1, Coupling 2 및 Coupling 3으로 도시된 세 개의 층을 포함할 수 있으며, 전술된 바와 같이, 교번하는 고 음향 임피던스 층 및 저 음향 임피던스 층을 포함한다. 선택적으로, 추가적인 전극 및 결합 층이 공진기 구조체(606)에 사용될 수 있다. 결합 층이 도전성이고 두 개의 SCF 타입 구조체 사이의 접합 전극으로 작용하는 경우, 최소 전극 수는 다섯 개이다. 도시된 전극의 수는 각각의 SCF 타입 구조체에 대해 세 개의 전극을 갖는 여섯 개이다. 다른 옵션/가능성은 각 SCF의 내부 전극을 전기적으로 서로 절연된 두 개의 전극으로 분할하여, 전기 튜닝 회로를 RF 신호 경로에서 갈바닉으로 분리(galvanically decouple)하는 것이다. 이 옵션을 사용하면 층 스택에 총 8 개의 전극이 생기며 이 층 스택은 두 개의 음향적으로 결합된 CRF 타입 구조체를 포함한다. 이 옵션은 도시되지 않는다. 주목해야 하는 것은 도 6c에 도시된 토폴로지는 음향 결합을 갖지 않는 개별 장치인 두 개의 CRF를 사용한다는 것이다. 두 개의 튜닝 회로(608, 610)가 도시되고, 각각은 공진기 구조체(606)의 공진기 중 하나와 관련된다. 각각의 튜닝 회로는 병렬 연결된 인덕터 및 바랙터(varactor)(튜닝 가능한 커패시터)를 포함한다.
도 6c는 도 6a에 도시된 일반적인 토폴로지에 대응하는 튜닝 가능한 노치 필터를 도시한다. 두 개의 개별적인 튜닝 가능한 BAW 공진기 장치(612 및 614)가 사용되며, 각각은 두 개의 음향적으로 결합된 BAW 공진기를 포함한다. 도 6c에 또한 도시된 대응하는 층 스택은 두 개의 압전 층 (Piezo 1 및 Piezo 2), 네 개의 전기적으로 절연된 (압전 층의 위 및 아래의) 전극 및 전기적으로 절연성인 (적어도) 하나의 음향 결합 층(Coupling 1 또는 Coupling 1/Coupling 2/Coupling 3)을 포함한다. 각각의 튜닝 가능한 공진기에서, 노치 필터의 신호 경로에는 하나의 공진기(예를 들어, Piezo 1)가 사용되는 반면 다른 제각기의 공진기(예를 들어, Piezo 2)는 튜닝 회로(616 또는 618)의 컴포넌트로서 사용된다. 튜닝 회로(616 및 618)는, 예를 들어, 도시된 바와 같이, 튜닝 가능한/스위칭가능한 커패시터 및 인덕터와 같은 부가적인 전기적 컴포넌트를 포함한다. 따라서, 이러한 튜닝 가능한 공진기를 실현하기 위해서는 커패시터와 인덕터도 사용되지만, 도 6d에 도시된 바와 같은 단일 FBAR/SMR 튜닝과 비교할 때 필요한 수동 전기 튜닝 요소의 수는 2 배로 감소된다.
SCF와 같은 구조, 즉 두 개의 압전 층과 세 개의 전극만을 (가령, 전술한 음향 결합 공진기 모두에 의해 공유되는 중간 전극과 함께) 포함하는 음향적으로 결합된 (튜닝 가능한) 공진기를 사용하여, 도 6b 및 도 6c에 도시된 필터를 실현하는 것도 가능하다.
도 6d는 음향적으로 결합되지 않은 두 개의 단일 공진기(620 및 622)만을 사용하는 튜닝 가능한 노치 필터 구현예를 도시한다. 공진기(620 및 622)는 튜닝 회로(626 및 628)를 통해서만 전기적으로 결합된다. 공진기(620)는 또한 튜닝 회로(624)에 결합되고, 공진기(622)는 또한 튜닝 회로(630)에 결합된다. 각 튜닝 회로는 도시된 바와 같이 인덕터와 바랙터의 병렬 조합으로 실현될 수 있다. 간단한 공진기의 물리적 구현예는 단일 피에조 압전 층과, 도시된 바와 같이, 압전 층 위 및 아래에 있는 두 개의 전극이다.
주파수 응답의 대역 차단 영역 내의 노치(투과 제로)의 수는 다시, 사용된 BAW 공진기 타입에 따라 달라진다. 도 6c 및 도 6d에 도시된 필터는, 직렬 경로에서 두 개의 음향적으로 결합되지 않은 공진기를 사용하기 때문에 하나의 노치를 발생시킨다. 대조적으로, 도 6b의 CSCF-기반의 접근법은 직렬 경로에서 음향 결합으로 인해 대역 차단 영역 내에 두 개의 노치를 발생시킨다. 일 실시예에서, 분리된 공진기가 두 개의 상이한 주파수를 구현하도록 설계된다면 도 6c 및 도 6d의 필터에 대한 두 개의 노치도 가능하다. 이 경우 두 개의 노치가 나타나게 될 것이다. 도 6e에 도시된 필터 응답은 전술한 도 5b에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 주목할 것은 필터 응답에 두 개의 튜닝 화살표가 있다는 것이고, 도시된 노치는 튜닝 회로의 동작에 의해 더 낮거나 높은 주파수로 이동될 수 있다는 것이다.
준-Pi 전역 통과 기반의 노치 필터는 도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 및 도 9a, 도 9b 및 도 9c을 참조하여 아래에서 기술된다.
준-Pi 전역 통과 기반의 고정된 노치 필터는 브릿지형-T 전역 통과 토폴로지를 사용하고 (도 4a에 도시된 필터의 필터와 비교할 때) 션트 인덕터를 접지로의 단락으로 대체함으로써 구현된다. 그 후, 도 7a에 도시된 바와 같이, 두 개의 커패시터(C0)와 직렬 인덕터(Ls)만이 남게 된다. 응답은 도 7b에 도시된다. 응답 그래프는 두 개의 대표적인 투과 응답 곡선(702 및 704)과 함께 넓은 주파수 범위 상에서의 통과 대역을 도시한다(곡선(702)은 좌측 축을 기준으로 하고, 반면 곡선(704)은 우측 축을 기준으로 하여 동일한 데이터를 보다 상세하게 도시한다). 원하는 노치 필터를 형성하기 위해, 커패시터(C0)는 실시예에서 SCF 또는 CRF일 수 있는 음향적으로 결합된 BAW 공진기의 고유의 정적 캐패시턴스에 의해 다시 대체된다.
음향 결합 공진기를 사용하는 노치(대역 차단) 필터는 도 8a에 도시된다. 전역 통과 토폴로지의 캐패시턴스는 음향 결합 공진기 구조체(802/804/806)로 대체되어 통과 대역에서 투과 제로를 형성한다. 음향 결합 공진기 구조체는, 전술한 음향 결합 계수 "ka"를 형성하기 위해, 하나의 결합 층 또는 세 개의 결합 층을 갖는 스택형 크리스털 필터("SCF") 또는 결합 공진기 필터("CRF")일 수 있다. 도 8b는 (좌측 축을 기준으로 하는) 응답 곡선(808) 또는 (우측 축을 기준으로 하여 보다 상세히 나타내는) 곡선(810)에서 두 개의 노치(투과 제로)를 형성하는 세 개의 결합 층을 갖는 CRF를 사용하는 노치(대역 차단) 필터 응답을 나타낸다. 인덕터(Ls)뿐만 아니라 결합된 BAW 공진기의 고유 캐패시턴스(C0)는 노치 필터 응답을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 통과 대역과 차단 대역 간의 천이의 경사도가 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 차단 대역 내의 노치(투과 제로)의 수는 사용된 음향 결합 공진기에 따라 달라진다. 단순한 SCF 구조체의 경우, 두 개의 공진기가 직접 결합되기 때문에 하나의 노치만이 존재한다. 하나 또는 세 개의 결합 층을 갖는 CRF의 경우, 두 개의 노치(모드 퇴화(mode degeneration))가 관찰될 수 있다. 두 노치 사이의 거리는 CRF 구조체의 공진기 간의 음향 결합 "ka"의 강도에 의해 제어된다.
도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f 및 도 8g는 두 개의 CRF 또는 두 개의 SCF 타입 공진기 구조체를 사용하는 전역 통과 기반의 노치 필터를 도시한다. 모든 필터는 입력 노드(IN), 출력 노드(OUT), 인덕터(Lp 및 Lg) 및 두 개의 공진기 구조체를 포함한다. 인덕터 (Lg)는 하나 이상의 중간 전극 사이에 결합되고, 공진기의 하부 전극은 도 8c, 도 8d 및 도 8e에 도시된 필터(812, 816 및 820)에서 함께 결합된다. 필터(812 및 816)는 CRF 공진기 구조체를 포함하고, 필터(820)는 SCF 공진기 구조체를 포함한다. 인덕터(Lg)는 도 8f 및 도 8g에 도시된 필터(824 및 826)에서 공진기 구조체의 하부 전극과 접지 사이에 결합된다. 필터(824)는 CRF 공진기 구조체를 포함하고, 필터(826)는 SCF 공진기 구조체를 포함한다. 응답 그래프(814)는 필터(812)에 대응하고, 응답 그래프(818)는 필터(816)에 대응하고, 응답 그래프(822)는 필터(820)에 대응하고, 응답 그래프(828)는 필터(824 및 826)에 대응한다. 션트 인덕터(Lg)는 일부의 경우에 더 나은 대역 차단 특성을 달성하도록 단락될 수 있다.
도 9a는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합되는 인덕터(Ls)에 의해 함께 결합된 두 개의 튜닝 가능한 공진기(902, 904)를 사용하는 튜닝 가능한 준-Pi 전역 통과 기반의 노치 필터를 도시한다. 도 9b는 두 개의 분리된 음향 결합 공진기(CRF 타입)를 사용하는 튜닝 가능한 준-Pi 기반의 전역 통과 노치 필터를 도시한다. 도 9b에서, 전역 통과 토폴로지의 두 개의 캐패시턴스는 두 개의 음향적으로 결합되고 튜닝 가능한 공진기(906/908/910 및 914/916/918)로 대체되어 주파수 응답에서 튜닝 가능한 투과 제로를 형성한다. 튜닝 회로(912)는 공진기(910)에 결합되고 튜닝 회로(920)는 공진기(918)에 결합된다. 음향 결합 공진기 구조체는, 음향 결합 계수 "ka"를 형성하기 위해 하나의 결합 층 또는 세 개의 결합 층을 갖는 스택형 크리스털 필터(SCF) 또는 결합 공진기 필터(CRF)로서 구현될 수 있다. 각각의 음향 결합 공진기 장치는 신호 경로(906 및 914)에 포함된 공진기 및 도시된 바와 같이 전기적 튜닝 회로(910 및 918)의 일부인 제 2 공진기를 제공한다. 도 9c에서, 간단한 FBAR 또는 SMR 공진기(922 및 928)는 튜닝 회로(924, 926, 930 및 932)에 의해 제공된 전기 주파수 튜닝과 함께 사용된다. 튜닝 회로를 위해, 공진기에 직렬 또는 병렬인 커패시터 및 인덕터가 사용된다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 결합된 공진기를 사용하는 고정된 및 튜닝 가능한 준 사다리형(quasi Ladder) 기반의 노치 필터를 도시한다. 도 10a의 상부는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 제 1 공진기 구조체(1002)를 포함하는 고정된 노치 필터; 입력 노드와 접지 사이에 결합된 제 2 공진기 구조체(1004); 및 출력 노드와 접지 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체(1006)를 포함하는 고정된 노치 필터를 도시한다. 도 10a의 하부는 입력 노드(IN)와 출력 노드(OUT) 사이에 결합된 제 1 튜닝 가능한 공진기 구조체(1008); 입력 노드와 접지 사이에 결합된 제 2 튜닝 가능한 공진기 구조체(1010); 및 출력 노드와 접지 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체(1012)를 포함하는 튜닝 가능한 노치 필터를 포함한다. 도 10b는 음향적으로 결합된 공진기 구조체의 실시예를 도시하며, 제 1 공진기 구조체는 음향적으로 결합된 공진기 구조체(1014) 및 튜닝 회로(1016)를 포함하고, 제 2 공진기 구조체는 음향적으로 결합된 공진기 구조체(1018) 및 튜닝 회로(1020)를 포함하며, 제 3 공진기 구조체는 음향적으로 결합된 공진기 구조체(1022) 및 튜닝 회로(1024)를 포함한다. 도 10c는 단일 공진기 실시예를 도시하며, 제 1 공진기 구조체는 단일 공진기(1038) 및 튜닝 회로(1040 및 1042)를 포함하고, 제 2 공진기 구조체는 단일 공진기(1026) 및 튜닝 회로(1028 및 1030)를 포함하고, 제 3 공진기 구조체는 단일 공진기(1032) 및 튜닝 회로(1034 및 1036)를 포함한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 결합된 공진기를 사용하는 고정된 및 튜닝 가능한 준 격자(quasi Lattice) 기반의 노치 필터를 도시한다. 도 11a의 상부는 제 1 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 제 1 공진기 구조체(1102); 제 2 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 2 공진기 구조체(1108); 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체(1104); 및 제 2 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 제 4 공진기 구조체(1106)를 포함하는 고정된 노치 필터를 도시한다. 도 11a의 하부는 제 1 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 제 1 공진기 구조체(1110); 제 2 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 2 공진기 구조체(1116); 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체(1112); 및 제 2 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 제 4 공진기 구조체(1114)를 포함하는 튜닝 가능한 노치 필터를 도시한다. 도 11b는 튜닝 가능한 음향적으로 결합된 공진기(1118, 1120, 1122 및 1124)를 포함하는 등가의 음향적으로 결합된 공진기의 실시예를 도시한다. 도 11c는 튜닝 가능한 단일 공진기 구조체(1126, 1128, 1130 및 1132)를 포함하는 등가의 단일 공진기 실시예를 도시한다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 노치 필터로 구성된 고정된 및 튜닝 가능한 전역 통과 3중 구조체를 도시한다. 도 12a의 상부는 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 1 인덕터(L1); 입력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 제 2 인덕터(L2); 출력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 제 3 인덕터(L3); 입력 노드와 접지 사이에 결합된 제 1 공진기 구조체(1204); 출력 노드와 접지 사이에 결합된 제 2 공진기 구조체(1206); 및 중간 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체(1202)를 포함하는 고정된 필터를 도시한다. 도 12a의 하부는 입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 1 인덕터(L1); 입력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 제 2 인덕터(L2); 출력 노드와 중간 노드 사이에 연결된 제 3 인덕터(L3); 입력 노드와 접지 사이에 결합된 제 1 튜닝 가능한 공진기 구조체(1210); 출력 노드와 접지 사이에 결합된 제 2 튜닝 가능한 공진기 구조(1212); 및 중간 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 제 3 튜닝 가능한 공진기 구조체(1208)를 포함하는 튜닝 가능한 필터를 도시한다. 음향적으로 결합된 튜닝 가능한 공진기 구조체(1214, 1216 및 1218)를 포함하는 음향적으로 결합된 공진기의 실시예는 도 12b에 도시된다. 튜닝 가능한 단일 공진기 구조체(1220, 1222 및 1224)를 포함하는 단일 공진기의 실시예는 도 12c에 도시된다.
도 13a 및 도 13b는 시스템 사양을 충족시키기 위해 전술한 노치/대역 차단 필터(NPF) 요소가 캐스케이딩될 수 있음을 도시하고 있다. NPF 요소는 전술한 필터 실시예와 동일하거나 상이하게 선택될 수 있다. 도 13a는 두 개의 대역 차단 필터(1302 및 1304)를 도시하는 반면, 도 13b는 "N" 개의 대역 차단 필터(1302, 1304 내지 1306)를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 선택도(selectivity) 또는 필터 스커트 경사도(filter skirt steepness)를 향상시키기 위한 대역 통과 필터(BPF)와 대역 차단 필터(BSF)의 조합을 도시한다. 다시, 노치/대역 차단 필터의 모든 조합이, 예를 들어, 고정된 필터 또는 튜닝 가능한 노치/대역 차단 및 튜닝 가능한 대역 통과 필터를 가진 튜닝 가능한 노치 필터 요소가 사용될 수 있다. 도 14a의 상부는 BPF 필터(1404)와 직렬인 BSF 요소(1402)를 도시한다. 도 14a의 하부는 전술한 음향적으로 결합된 공진기 필터 구조체(1406)로 대체된 BSF 요소(1402)를 도시한다. 도 14b는 직렬의 BSF 요소가 없는 대역 통과 필터(BPF)의 예의 주파수 응답(S21)을 보여주는 곡선(1408 및 1410)의 파선 부분을 도시한다. 곡선(1408 및 1410)의 실선 부분은 실시예에 따른 대역 차단 필터(BSF)와 조합되는 대역 통과 필터의 주파수 응답을 나타낸다. 주목되는 것은 두 개의 곡선(1408)(파선)과 (1408)(실선)은 (0 dB에서 아래로 -100 dB까지의) 우측의 |S21| 축을 나타내는 반면에, (0 dB에서 아래로 -5 dB 까지만의) 우측의 |S21| 투과 축을 기준으로 하여 두 개의 곡선(1410)(파선)과 (1410)(실선)에서 동일한 데이터가 도시되어, 통과 대역 삽입 손실에 대한 보다 많은 정보/세부 정보를 제공한다는 것이다. BSF는 (두 개의 파선의 곡선(1408) 및 (1410)에 각각 도시된 바와 같은) BSF가 없는 응답과 비교하여, (두 개의 실선의 곡선(1408) 및 (1410)에 각각 도시된 바와 같은) 결합된 BSF/BPF 대역 통과 필터의 매우 가파른 상부 스커트를 유도하는 두 개의 추가 투과 제로를 도입하고 있다.
본원에 기술된 필터의 실시예는 음향적으로 결합된 공진기 필터를 사용함으로써 소형 크기의 튜닝 가능한 BAW 노치 필터를 실현한다. 본원에 기술된 필터의 실시예는 전역 통과 집중 요소 토폴로지를 기본 토폴로지로서 사용하고 BAW 공진기의 고유의 정적 캐패시턴스에 의해 용량성 요소를 대체한다. 또한, 전용의 캐리어 집성 애플리케이션과 같은 특정의 애플리케이션을 위해 내부에서 스위칭되는, 각각의 원하는 대역에 대한 협대역 대역 통과 필터 및 협대역 필터 어레이의 조합을 디자인하기 보다는, 원하는 대역을 위험에 빠뜨릴 수 있는 간섭을 필터링하여 제거한다. 간섭 필터링은 광대역 RF 필터 및 이에 후속하는 전술한 바와 같은 전용의 협대역 튜닝 가능한 대역 차단 필터를 사용하여 달성된다.
다른 실시예에서, 넓은 대역폭의 RF 대역 통과 필터를 구축할 수 있게 하는 BAW 공진기용 음향 결합 토폴로지 및 외부 인덕터/커패시터가 기술된다. 이러한 필터는 컴포넌트의 수 및 폼 팩터를 크게 감소시켜 개선된 RF 프론트 엔드 토폴로지로 나아가는 길을 열 수 있다. 위에서 언급된 종래 기술의 (사다리형 또는 격자) 대역 통과 필터 솔루션과 비교하여, 기술되는 토폴로지는 매우 작은 폼 팩터를 제공하여, 장래의 모바일 RF 프론트 엔드 애플리케이션용으로 매력적이게 한다.
실시예에 따르면, 대역 통과 토폴로지는 고정된 및 튜닝 가능한 SCF/CRF 공진기 구조체를 사용했다. CRF/SCF 공진기 구조체의 직렬 연결에 의해, 넓은 대역폭과 높은 대역 외 저지 필터가 획득된다. 각각의 필터 응답은 또한 아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이 병렬 캐패시턴스를 부가함으로써 개선될 수 있다. 재구성 가능한 장치는 실시예에서 튜닝 가능한 공진기 요소를 사용함으로써 획득된다. 또한, (SCR/CRR, 즉 스택형 크리스털 공진기/결합된 공진기 공진기로 지칭되기도 하는) SCF/CRF 공진기 구조체의 사용은 종래의 FBAR/SMR 기반의 사다리 필터보다 면적 소비가 적은 사다리 토폴로지로 구현된다. 다시, 튜닝 가능한 공진기는 실시예에서 필터를 재구성 가능하게 하는 데 사용된다.
SCF/CRF 기반의 대역 통과 필터는 아래에 기술된다.
고정된 대역 통과 필터는 단일 CRF 공진기 구조체로 구현될 수 있다. 독립형 필터로서 단일 CRF의 동작으로, 통과 대역 특성이 획득될 수 있다. 그러나, 필터 스커트는 매우 낮은 경사도(도 15b에서의 파선의 주파수 응답 곡선(1508) 참조)를 나타내며, 선택성을 보장하기 위해 오늘날의 모바일 통신 표준에서는 보다 더 높아야 한다.
단일 CRF 공진기 구조체의 구현은 실시예에 따른 병렬 피드백 캐패시턴스를 사용하여 향상될 수 있다. 하나의 CRF(1504)에 병렬로 캐패시턴스(1502)를 추가함으로써(도 15a 참조), 투과 제로(TZ)(1510)가 필터 통과 대역(1506) 아래에 추가되고 다른 투과 제로(1512)가 필터 통과 대역(1506) 위에 추가된다(도 15b 참조). 캐패시턴스 값을 증가 또는 감소시킴으로써 이들 TZ의 위치가 제어될 수 있다. 따라서, 튜닝 가능한 TZ를 갖는 CRF는 또한 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 가능하다.
따라서, 도 15a는 1506의 통과 대역 근처의 투과 제로(아래의 투과 제로(1510) 및 위의 투과 제로(1512))를 야기하는 병렬 피드백 캐패시턴스(1502)를 갖는 단일 CRF(1504)를 도시하고, 통과 대역 부근에서 필터 스커트 롤오프(filter skirt roll-off)를 증가시킨다(피드백 캐패시턴스가 없는 응답 곡선(1508), 피드백 캐패시턴스를 갖는 응답 곡선(1506)). 응답 곡선(1506)은 도 15a에 도시된 토폴로지의 실선의 투과(|S21|) 곡선을 나타낸다. 통과 대역은 (도 15b에 도시된 예에서) 삽입 손실이 작은 2 GHz 부근의 주파수 영역만이다. 피드백 캐패시턴스를 튜닝 가능한 캐패시턴스로 대체함으로써 투과 제로가 또한 튜닝될 수 있다.
직렬 결합된 CRF는 아래에서 더 상세하게 기술된다. 두 개의 결합된 CRF를 직렬로 연결함으로써 대역 외 저지가 분명히 증가될 수 있다. 도 16a는 두 개의 교차 결합된 CRF(1602 및 1610)를 도시한다. 도 16b는 두 개의 직접 결합된 CRF(1604 및 1612)를 도시한다. 도 16c는 실시예에 따라, 두 개의 결합된 CRF와 단일 CRF를 대조하는 응답 곡선을 도시한다. 도 16c는 단일 CRF에 대한 대역 외 저지 응답 곡선(1608) 및 두 개의 결합된 CRF에 대한 응답 곡선(1606)을 도시한다.
두 개의 CRF의 피드백 캐패시턴스와 직렬 결합이 함께 사용될 수도 있다. 직렬 결합으로 인해, 여러 개의 상호 연결 가능성이 발생한다. 또한, 통과 대역 거동을 개선하기 위한 인덕턴스의 추가도 사용될 수 있다. 이러한 가능한 토폴로지 중 일부는 도 17a, 도 17b, 도 17c, 도 17d 및 도 17e에 도시된다. 피드백 캐패시턴스와 직렬 결합된 CRF를 혼합함으로써 다른 토폴로지가 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 17a는 두 개의 교차 결합된 CRF(1708 및 1710) 및 커패시터(1712)를 도시한다. 도 17b는 두 개의 직접 결합된 CRF(1712 및 1716) 및 커패시터(1716)를 도시한다. 도 17c는 두 개의 직접 결합된 CRF(1718 및 1720)를 도시하며, 여기서 하부 공진기의 상부 전극은 함께 그리고 커패시터(1722 및 1724)의 중심 연결에 결합된다. 도 17d는 두 개의 교차 결합된 CRF(1726 및 1728)를 도시하며, 여기서 결합 경로들 중 하나가 인덕터(1730)로 구현된다. 도 17e는 두 개의 교차 결합된 CRF(1732 및 1734)를 도시하며, 여기서 결합 경로들 중 하나는 인덕터(1738)로 구현되고, 추가 인덕터(1736)가 CRF(1732)에 결합되고, 추가 인덕터(1740)가 CRF(1734)에 결합된다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c에 도시된 전술한 필터 토폴로지는, 필터 통과 대역 부근의 주파수 스펙트럼에 투과 제로를 부가한다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 토폴로지는 두 개의 투과 제로(도 17f의 S21 주파수 스펙트럼에서의 응답 곡선(1704))를 부가하는 반면, 도 17c에 도시된 토폴로지는 네 개의 투과 제로(도 17f의 S21 주파수 스펙트럼에서의 파선의 응답 곡선(1706))를 부가한다. 도 17d 및 도 17e에 도시된 토폴로지는 전술된 직렬 결합된 CRF의 변형을 도시하며, 여기서, 직렬 CRF 결합 강도를 변화시킴으로써 필터 통과 대역을 개선하는 데 인덕턴스가 사용된다. 인덕턴스는 또한 도 17a 내지 도 17c에 도시된 토폴로지에도 추가될 수 있다. 단일 CRF 응답은 도 17f의 응답 곡선(1702)에 다시 도시된다.
추가적인 대역 통과 토폴로지의 실시예가 도 17g, 도 17h, 도 17i, 도 17j, 도 17k, 도 17l, 도 17m, 도 17n 및 도 17o에 도시된다. 예를 들어, 도 17g는 교차 결합된 필터(1746)를 도시하며, 여기서 하부 공진기 간의 교차 결합은 네트워크(1740) 및 직접 결합된 필터(1748)를 포함하며, 하부 공진기 간의 결합은 또한 네트워크(1740)를 포함한다. 도 17g는 또한 네트워크가 커패시터(1742), 인덕터(1744) 또는 도시되지 않은 다른 컴포넌트를 포함할 수 있음을 나타낸다. 커패시터 및/또는 인덕터를 네트워크(1740)에 부가함으로써, 대역폭과 같은 중요한 필터 특성이 개선될 수 있다. 그러나, 두 개의 직렬 CRF 사이에 결합된 다른 컴포넌트는 필터 특성을 또한 개선할 수 있다.
도 17h에 도시된 필터(1750), 도 17j에 도시된 1752, 도 17l에 도시된 1754 및 도 17n에 도시된 1756은 각각 네트워크(1740)가 인덕터를 포함하는 실시예를 포함한다. 도 17i에 도시된 필터(1758), 도 17k에 도시된 1760, 도 17m에 도시된 1762, 도 17o에 도시된 1764는 각각 네트워크(1740)가 커패시터를 포함하는 실시예를 포함한다.
튜닝 가능한 대역 통과 필터는 아래에서 더 상세히 기술된다. 실시예에 따르면, 예를 들어, 4G LTE 표준에 대한 RF 프론트 엔드의 복잡성은 후술되는 다양한 토폴로지와 결합하여 튜닝 가능한 필터를 사용하여 크게 감소된다. 따라서, 전술한 고정된 대역 통과 필터의 튜닝 가능한 버전이 기술된다. 실시예에 따르면, 고정된 대역 통과 필터 토폴로지의 공진기는 튜닝 가능한 필터를 실현하기 위해 튜닝 가능한 공진기로 대체된다. 튜닝 가능한 공진기는 보다 복잡한 공진기 장치 및/또는 추가의 전기 튜닝 컴포넌트를 필요로 한다.
전술한 피드백 캐패시턴스를 튜닝 가능한 캐패시턴스로 대체함으로써 투과 제로가 튜닝 가능하게 형성될 수 있다. 이 대체는 도 17a, 도 17b, 도 17c, 도 17d 및 도 17e에 도시된 토폴로지에도 적용할 수 있다.
도 18a는 통과 대역 근처의 튜닝 가능한 투과 제로를 야기하는 튜닝 가능한 병렬 피드백 캐패시턴스(1804)를 갖는 단일 CRF(1802)를 도시하고, 통과 대역 부근에서 필터 스커트 롤오프를 증가시킨다(피드백 캐패시턴스가 없는 응답 곡선(1808), 피드백 캐패시턴스를 갖는 응답 곡선(1806)).
또한, SCF 공진기 구조체(1902) 및 동반되는 튜닝 회로(1904 및 1906)에 도시된 바와 같이 (예를 들어, 고 음향 임피던스 및 저 음향 임피던스의 교번하는 층을 가진 하나 또는 세 개의 결합 층을 통해 음향 결합하는) 두 개의 음향 결합된 SCF를 사용함으로써, 대역 통과가 튜닝될 수 있다. 이것은 도 19에 도시된 음향 튜닝된 토폴로지에 의해 이전에 기술된 정적 CRF 컴포넌트를 대체함으로써 행해질 수 있다.
따라서, 도 19는 공진기 구조체(1902)에서 두 개의 음향적으로 결합된 SCF를 도시한다. SCF는, 예를 들어, 교번하는 고 음향 임피던스와 저 음향 임피던스의 하나 또는 세 개의 층을 통해 결합된다. (대안으로, 다른 개수의 결합 층이 가능하다.) 외부 압전 층은 음향적으로 (대응하는 전극을 튜닝 회로(1904 및 1906)에 연결시킴으로써) 튜닝된다. 이는 튜닝 가능한 통과 대역을 유도하며, 반면 정성적인 통과 대역 동작은 단일 CRF의 통과 대역과 유사하다.
SCF/CRF 기반의 사다리형/격자 대역 통과 필터는 아래에 기술된다.
고정된 대역 통과 필터의 실시예는 아래에 기술된다. 전술한 바와 같이, 종래의 FBAR/SMR 사다리형/격자 필터는 많은 면적 소비 및 높은 삽입 손실을 겪는다. 또한, 이 필터의 성능은 션트 및 직렬 요소의 캐패시턴스 비에 크게 의존한다. 따라서, 높은 대역외 감쇠를 나타내기 위해서는 션트 요소의 캐패시턴스가 직렬 공진기의 캐패시턴스보다 훨씬 커야 한다. 이것은 션트 요소의 많은 면적 소비를 초래한다. 공진기의 동작 원리로 인해, SCR 또는 CRR을 사용하면 면적 소비를 감소시키는 데 도움이 된다. 이것은 병렬 연결된 특성 캐패시턴스(C0)(C_tot = 2 * C0)로부터 기인한다. 따라서, 높은 캐패시턴스 레벨의 경우, 단일 SCR/CRR 면적은 종래의 FBAR/SMR보다 작게 선택될 수 있다(C_tot = C0). 또한, 종래의 FBAR/SMR 장치는 비선형 동작을 나타내어 고조파 발생을 야기한다. SCR 또는 CRR을 사용함으로써 2 차 비선형성은 본질적으로 상쇄될 수 있으며, 이는 보다 높은 전력 처리 능력을 위한 장래의 사용자 장비(UE)용으로 매력적이게 한다.
따라서, SCR/CRR 구현을 사용하는 사다리형/격자 토폴로지는 FBAR/SMR 구현을 사용하는 종래의 필터보다 면적 소비가 적고 선형성이 우수하다. SCR/CRR 실시예를 갖는 사다리형/격자 토폴로지의 예가 도 20b, 도 20c 및 도 20d(CRR)에 도시되고 도 21b, 도 21c 및 도 21d(SCR)에 도시된다.
도 20b, 도 20c 및 도 20d는 각각 CRR을 사용하는 사다리형/격자 필터 토폴로지의 예를 도시한다. 도 20b는 단일 CRF(2004)를 포함하는 대역 통과 필터를 도시한다. 도 20c는 직렬 CRF(2006) 및 션트 CRF(2008)를 포함하는 대역 통과 필터를 도시한다. 도 20d는 제 1 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 CRF(2010); 제 2 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 CRF(2012); 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 CRF(2014); 및 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 CRF(2016)를 갖는 격자 필터 토폴로지를 도시한다. 전술한 대역 통과 필터에 대한 응답 곡선(2002)은 도 20a에 도시된다.
도 21b, 도 21c 및 도 21d는 각각 SCR을 사용하는 사다리형/격자 필터 토폴로지의 예를 도시한다. 도 21b는 단일 SCF(2104)를 포함하는 대역 통과 필터를 도시한다. 도 20c는 직렬 SCF(2106) 및 션트 SCF(2108)를 포함하는 대역 통과 필터를 도시한다. 도 20d는 제 1 입력 노드와 제 1 출력 노드 사이에 결합된 SCF(2110); 제 2 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 SCF(2112); 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 SCF(2114); 및 제 1 입력 노드와 제 2 출력 노드 사이에 결합된 SCF(2116)를 갖는 격자 필터 토폴로지를 도시한다. 전술한 대역 통과 필터에 대한 응답 곡선(SCF 2102)은 도 21a에 도시된다.
튜닝 가능한 대역 통과 필터가 아래에 기술된다. SCR/CRR을 사용하는 이전의 토폴로지는 도 22a, 도 22b 및 도 22c에 도시된 직렬 인덕터/커패시터 및 병렬 커패시터/인덕터를 이용한 전기적 튜닝에 의해 튜닝 가능하게 만들어질 수 있다. 도 22a는 튜닝 가능한 공진기(2202), CRF(2204) 및 튜닝 회로(2206 및 2208)를 포함하는 대응하는 CRF 대역 통과 필터, 및 SCF(2210) 및 튜닝 회로(2212 및 2214)를 포함하는 대응하는 SCF 대역 통과 필터를 도시한다. 도 22b 및 도 22c는 각각 전기적으로 튜닝된 SCR/CRR을 사용하는 튜닝 가능한 사다리형/격자 필터 토폴로지의 예를 도시한다. 도 22b의 대역 통과 필터는 사다리형 토폴로지의 튜닝 가능한 공진기(2216 및 2218)를 포함하고, 도 22c의 대역 통과 필터는 격자 토폴로지의 튜닝 가능한 공진기(220, 2222, 2224 및 2226)를 포함한다.
전극 중첩을 사용하는 피드백 캐패시턴스에 대한 디자인 접근법을 사용하는 추가 구현예는 아래에 기술된다. 도 23b는 공진기의 상부 전극(2310)이 본체 부분(실선) 및 중첩 부분(파선)을 포함하는 CRF(2308)를 도시한다. 응답 곡선은 도 23a에 도시되고, 피드백 캐패시턴스가 없는 주파수 응답(2302) 및 대칭 주파수 응답 부분(2304 및 2306)은 임의의 중첩을 갖지 않는 다양한 피드백 캐패시턴스 값에 대응하게 도시된다. 도 23c는 피드백 캐패시턴스가 없는 주파수 응답(2314)을 도시하고, 전극 중첩의 추가에 따른 주파수 응답은 원하는 투과 제로에 대해 필요한 작은 캐패시턴스를 생성한다. 도 23c에 도시된 바와 같이, 중첩은 응답 부분(2312)에 도시된 부가적인 원하지 않는 모드를 생성하고, 주파수 응답 부분(2316 및 2318)은 더 이상 대칭적이지 않다.
중첩이 클수록 공진이 더 커지므로, 추가의 스퓨리어스 모드(spurious mode)는 중첩 두께를 변경함으로써 시프팅될 수 있다. 본체 부분(실선)이 중첩 부분(파선)의 두께보다 큰 두께를 갖는 상부 전극(2408)을 포함하는 CRF(2406)가 도 24b에 도시된다. 응답 곡선 (2402)은 중첩 영역(2408)에서 전극의 두께에 의존하는 공진 주파수와 스퓨리어스 모드(2404)(중첩 영역으로부터의 공진)를 나타낸다.
음향적으로 결합된 공진기를 사용하는 튜닝 가능한 결합된 대역 통과 필터가 도 25b에 도시되거나 또는 도 25c에는 전기적으로 튜닝된 공진기가 도시된다.
도 25a에서, 직렬 커패시터(C0)(2504 또는 2508)는 공진기의 고유 인덕턴스(음의 커패시터(-C0)의 리액턴스에 대응함)와 함께 90도 위상 시프터를 형성한다. 이 λ/4 변환은 션트 장치를 직렬 장치로 만들고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 그 결과, 이 구조체는 사다리형 구조 BPF와 유사하게 동작하지만 션트 관련 구조체(2502, 2506 및 2510)만을 사용하고, 모든 션트 공진기는 마치 유효 커패시터(C0)가 로딩된 것처럼 동작한다. 직렬만의 공진기로 등가의 구조체가 형성될 수 있으며, 이 접근법은 션트 버전과 동일한 법칙을 따르지만, 유일한 차이점은 T 타입의 90도 시프팅 네트워크가 대신 선택되어 직렬 컴포넌트가 공진기로 이동한다는 것이다.
따라서, 도 25b는 입력 및 출력 노드(IN 및 OUT) 사이에 결합된 커패시터(2516 및 2522)를 포함하는 대역 통과 필터의 구현예를 도시한다. 션트 요소는 CRF(2512) 및 튜닝 회로(2514), CRF(2520) 및 튜닝 회로(2518), 및 CRF(2524) 및 튜닝 회로(2526)에 의해 실현된다.
마찬가지로, 도 25c는 입력 및 출력 노드(IN 및 OUT) 사이에 결합된 커패시터(2534 및 2542)를 포함하는 대역 통과 필터의 구현예를 도시한다. 션트 요소는 공진기(2530) 및 튜닝 회로(2528 및 2532), 공진기(2538) 및 튜닝 회로(2536 및 2540), 및 공진기(2546) 및 튜닝 회로(2544 및 2548)에 의해 실현된다.
예시적인 대역 통과 필터가 아래에 요약 및 기술된다.
대역 통과 필터는 제 1 결합된 공진기 필터를 포함하고, 이 제 1 결합된 공진기 필터는 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비한 제 1 공진기; 제 3 전극 및 제 4 전극을 구비한 제 2 공진기를 포함하고, 제 2 및 제 3 전극은 입력 노드에 결합되고, 제 1 및 제 4 전극은 출력 노드에 결합된다.
전술한 대역 통과 필터는 제 1 결합된 공진기 필터와 전기적 통신을 하는 제 2 결합된 공진기 필터를 더 포함한다.
전술한 대역 통과 필터는 제2 결합된 공진기 필터가 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비한 제 1 공진기; 제3 전극 및 제 4 전극을 구비한 제 2 공진기를 포함하고, 제 2 및 제 3 전극은 출력 노드에 결합되고, 제 1 및 제 4 전극은 접지에 결합된다는 것이다.
예시적인 대역 통과 필터가 아래에 요약 및 기술된다.
대역 통과 필터는 제 1 스택형 크리스털 필터를 포함하고, 제 1 스택형 크리스털 필터는 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비한 제 1 공진기; 제 3 전극 및 제 4 전극을 구비한 제 2 공진기를 포함하고, 제 2 및 제 3 전극은 입력 노드에 결합되고, 제 1 및 제 4 전극은 출력 노드에 결합된다.
전술한 대역 통과 필터는 제 1 스택형 크리스털 필터와 전기적 통신을 하는 제 2 스택형 크리스털 필터를 더 포함한다.
전술한 대역 통과 필터는 제2 스택형 크리스털 필터가 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비한 제 1 공진기; 제3 전극 및 제 4 전극을 구비한 제 2 공진기를 포함하고, 제 2 및 제 3 전극은 출력 노드에 결합되고, 제 1 및 제 4 전극은 접지에 결합된다는 것이다.
예시적인 튜닝 가능한 대역 통과 필터가 아래에 요약 및 기술된다.
튜닝 가능한 대역 통과 필터는 입력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 이중 공진기 구조체; 입력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 제 1 튜닝 회로; 및 중간 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 2 튜닝 회로를 포함한다.
전술한 튜닝 가능한 대역 통과 필터는 이중 공진기 구조체가 스택형 크리스털 필터를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 대역 통과 필터는 이중 공진기 구조체가 결합된 공진기 필터를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 대역 통과 필터는 제 1 튜닝 회로가 병렬로 연결된 바랙터 및 인덕터를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 대역 통과 필터는 제 2 튜닝 회로가 직렬로 연결된 바랙터 및 인덕터를 포함한다는 것이다.
공진기 구조체가 아래에 요약 및 기술된다.
공진기 구조체는 적어도 하나의 공진기를 포함하고, 이 공진기는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하되, 전극 중 하나는 본체 부분 및 중첩 부분을 포함하고, 본체 부분의 두께는 중첩 부분의 두께와 다르다.
전술한 공진기 구조체는 중첩 부분의 두께가 본체 부분의 두께보다 작다는 것이다.
튜닝 가능한 필터가 아래에 요약 및 기술된다.
튜닝 가능한 필터는 입력 노드와 중간 노드 사이에 결합된 제 1 커패시터; 중간 노드와 출력 노드 사이에 결합된 제 2 커패시터; 입력 노드와 접지 사이에 결합된 제 1 공진기 구조체; 제 1 공진기 구조체에 결합된 제 1 튜닝 회로; 중간 노드와 접지 사이에 결합된 제 2 공진기 구조체; 제 2 공진기 구조체에 결합된 제 2 튜닝 회로; 출력 노드와 접지 사이에 결합된 제 3 공진기 구조체; 및 제 3 공진기 구조체에 결합된 제 3 튜닝 회로를 포함한다.
전술한 튜닝 가능한 필터는 제 1, 제 2 및 제 3 공진기 구조체 각각이 결합된 공진기 필터를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 필터는 제 1, 제 2 및 제 3 공진기 구조체 각각이 단일 공진기를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 필터는 제 1, 제 2 및 제 3 튜닝 회로 각각이 병렬로 연결된 바랙터 및 커패시터를 포함한다는 것이다.
전술한 튜닝 가능한 필터는 제 1 공진기 구조체와 입력 노드 사이에 배치된 제 4 튜닝 회로; 제 2 공진기 구조체와 중간 노드 사이에 배치된 제 5 튜닝 회로; 및 제 3 공진기 구조체와 출력 노드 사이에 배치된 제 6 튜닝 회로를 더 포함한다.
전술한 튜닝 가능한 필터는 제 4, 제 5 및 제 6 튜닝 회로 각각이 직렬로 연결된 바랙터 및 커패시터를 포함한다는 것이다.
고정된 및 튜닝 가능한 노치 필터 및 대역 통과 필터는 다양한 공진기 구현예뿐만 아니라 이들 필터의 시스템 레벨 조합뿐만 아니라, 기술된 필터 중 적어도 일부와 함께 사용하기 위한 중첩 공진기 구조체를 사용하여 기술되었다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 이러한 기술은 제한적인 의미로 해석되도록 의도하는 것이 아니다. 예시적인 실시예 및 본 발명의 다른 실시예들의 다양한 변경 및 조합은 이 설명을 참조하면 당업자에게는 명백할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 임의의 그러한 변형예 또는 실시예를 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 대역 통과 필터로서,
    입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 커패시터;
    상기 입력 노드, 상기 출력 노드 및 접지 사이에 결합된 이중 공진기 구조체를 포함하는
    대역 통과 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 공진기 구조체는 스택형 크리스털 필터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 공진기 구조체는 결합된 공진기 필터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  4. 대역 통과 필터로서,
    제 2 공진기에 음향적으로 결합된 제 1 공진기를 구비한 제 1 결합된 공진기 필터- 상기 제 1 공진기는 입력 노드에 결합됨 -;
    제 4 공진기에 음향적으로 결합된 제 3 공진기를 구비한 제 2 결합된 공진기 필터- 상기 제 4 공진기는 출력 노드에 결합됨 -를 포함하되,
    상기 제 2 공진기 및 상기 제 4 공진기는 전기적 통신을 하는
    대역 통과 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 공진기 및 상기 제 4 공진기는 교차 결합되는
    대역 통과 필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 공진기 및 상기 제 4 공진기는 직접 결합되는
    대역 통과 필터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력 노드와 상기 출력 노드 사이에 결합된 커패시터를 더 포함하는
    대역 통과 필터.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력 노드와 상기 출력 노드 사이에 결합된 제1 및 제2 직렬 결합된 커패시터를 더 포함하는
    대역 통과 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 4 공진기는 상기 제 1 및 제 2 직렬 결합된 커패시터의 중간 결합 노드에 결합되는
    대역 통과 필터.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 공진기의 전극은 제 1 인덕터를 통해 상기 제 4 공진기의 전극에 결합되는
    대역 통과 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 공진기와 접지 사이에 결합된 제 2 인덕터를 더 포함하는
    대역 통과 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 공진기와 접지 사이에 결합된 제 3 인덕터를 더 포함하는
    대역 통과 필터.
  13. 튜닝 가능한 대역 통과 필터로서,
    입력 노드와 출력 노드 사이에 결합된 바랙터;
    상기 입력 노드, 상기 출력 노드 및 접지 사이에 결합된 이중 공진기 구조체를 포함하는
    튜닝 가능한 대역 통과 필터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이중 공진기 구조체는 스택형 크리스털 필터를 포함하는
    튜닝 가능한 대역 통과 필터.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 이중 공진기 구조체는 결합된 공진기 필터를 포함하는
    튜닝 가능한 대역 통과 필터.
  16. 입력 노드에 결합된 제 1 스택형 크리스털 필터;
    출력 노드에 결합된 제 2 스택형 크리스털 필터;
    상기 제 1 스택형 크리스털 필터에 결합된 제 1 튜닝 회로;
    상기 제 2 스택형 크리스털 필터에 결합된 제 2 튜닝 회로를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 스택형 크리스털 필터는 음향적으로 결합되는
    튜닝 가능한 대역 통과 필터.
  17. 대역 통과 필터로서,
    입력 노드에 결합된 상부 전극, 접지에 결합된 제 1 중간 전극, 제 2 중간 전극, 및 접지에 결합된 하부 전극을 구비한 제 1 이중 공진기 구조체;
    출력 노드에 결합된 상부 전극, 접지에 결합된 제 1 중간 전극, 제 2 중간 전극, 및 하부 전극을 구비한 제 2 이중 공진기 구조체; 및
    상기 제 1 이중 공진기 구조체의 상기 제 2 중간 전극 및 상기 하부 전극과 상기 제 2 이중 공진기 구조체의 상기 제 2 중간 전극 및 상기 하부 전극 사이에 교차 결합된 네트워크를 포함하는
    대역 통과 필터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 네트워크는 커패시터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 네트워크는 인덕터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이중 공진기 구조체 각각은 결합된 공진기 필터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  21. 대역 통과 필터로서,
    입력 노드에 결합된 상부 전극, 접지에 결합된 제 1 중간 전극, 접지에 결합된 제 2 중간 전극, 및 하부 전극을 구비한 제 1 이중 공진기 구조체;
    출력 노드에 결합된 상부 전극, 접지에 결합된 제 1 중간 전극, 접지에 결합된 제 2 중간 전극, 및 하부 전극을 구비한 제 2 이중 공진기 구조체; 및
    상기 제 1 이중 공진기 구조체의 상기 제 2 중간 전극 및 상기 하부 전극과 상기 제 2 이중 공진기 구조체의 상기 제 2 중간 전극 및 상기 하부 전극 사이에 결합된 네트워크를 포함하는
    대역 통과 필터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 네트워크는 커패시터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 네트워크는 인덕터를 포함하는
    대역 통과 필터.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이중 공진기 구조체 각각은 결합된 공진기 필터를 포함하는
    대역 통과 필터.
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