KR20210118081A - 구성가능한 마이크로-음향 rf 필터 - Google Patents

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Abstract

구성가능한 마이크로-음향 RF 필터는, 제1 및 제2 필터 서브섹션들(140, 150), 및 제2 필터 서브섹션(150)을 선택적으로 바이패싱하거나 또는 활성화하기 위한 적어도 하나의 스위치(160)를 포함한다. 필터 섹션들은 적어도 하나의 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기 및 적어도 하나의 션트 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함한다.

Description

구성가능한 마이크로-음향 RF 필터
본 개시내용은 마이크로-음향(micro-acoustic) RF 필터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은 직렬 및 션트(shunt) 연결된 마이크로-음향 공진기(resonator)들의 서브섹션(subsection)들을 포함하는 마이크로-음향 RF 필터에 관한 것이다.
마이크로-음향 RF 필터들은 수신된 신호 스펙트럼으로부터 원하는 신호를 선택하거나 또는 송신 신호를 형상화하기 위해 전자 통신 시스템들에서 널리 사용된다. RF 필터는 전체 RF 손실들을 감소시키기 위해 통과대역(passband)에서 가능한 한 낮은 삽입 손실을 제공해야 하며, 혼선(crosstalk)을 회피하거나 또는 4G/5G 서비스들 및 WLAN 서비스들과 같은 상이한 서비스들을 동시에 병렬 사용할 수 있게 하기 위해 큰 대역 외 감쇠를 필요로 한다. 통과대역 내 삽입 손실, 및 통과대역 외 저지대역(stopband) 영역의 대역 외 감쇠는 서로 관련되어, 낮은 삽입 손실 및 높은 대역 외 감쇠와 같은 두 요건들 모두를 달성하기는 어렵다.
스마트폰들과 같은 종래의 통신 디바이스들은 저지대역 영역에 간섭 신호가 존재하지 않을 때 활성화되는, 낮은 삽입 손실 및 적절한 대역 외 감쇠를 갖는 하나의 필터, 및 저지대역에 간섭 신호가 존재할 때 활성화되는, 큰 대역 외 감쇠 및 대응하게 더 많은 삽입 손실을 갖는 다른 필터를 사용할 수 있다. 스위치는 저지대역 영역에서의 감쇠 요건들에 의존하여 두 병렬 필터들 중 하나를 선택할 수 있다. 그러나 이러한 솔루션은 공간 소비적이고 비용이 많이 드는 두 병렬 RF 필터들을 필요로 한다.
본 개시내용의 목적은 더 적은 비용들로 낮은 삽입 손실 또는 높은 대역 외 감쇠를 선택적으로 가능하게 하는 마이크로-음향 RF 필터를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 다른 목적은 더 적은 공간을 소비하는 낮은 삽입 손실 또는 높은 대역 외 감쇠를 선택적으로 가능하게 하는 마이크로-음향 RF 필터를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 또 다른 목적은 더 적은 비용들로 낮은 삽입 손실 또는 높은 대역 외 감쇠를 선택적으로 가능하게 하는 RF 필터를 갖는 통신 디바이스를 제공하는 것이다.
본 개시내용에 따르면, 위에서 언급된 오브젝트들 중 하나 이상은 본 청구항 제1 항의 특징들을 포함하는 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터로 달성된다.
본 개시내용에 따른 마이크로-음향 RF 필터는 제1 및 제2 포트, 제1 및 제2 필터 서브섹션들 및 스위치를 포함한다. 스위치는 마이크로-음향 RF 필터가 감쇠 요건들에 의존하여 구성가능하도록 제1 필터 서브섹션과 제1 및 제2 필터 서브섹션의 연접(concatenation) 사이에서 선택한다. 스위치들은 필터 섹션들 가까이에 포지셔닝(position)된다. 제1 및 제2 필터 서브섹션들 각각은 적어도 하나의 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기 및 적어도 하나의 션트 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함한다. 구체적으로, 제1 및 제2 필터 서브섹션들은 동일한 구조를 가질 수 있거나 또는 동일한 회로들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 필터 서브섹션들은 그들의 연접이 래더형(ladder-type) 형상의 마이크로-음향 RF 필터로 이어지도록 대칭이다. 필터는 제1 필터 서브섹션만의 선택 또는 제1 및 제2 필터 서브섹션들의 연접에 대응하는 제1 필터 길이 또는 제2 필터 길이를 나타내도록 구성가능하다. 따라서, 필터는 저지대역에서 그리고 대응하게 통과대역에서 더 낮은 감쇠를 제공하거나 또는 저지대역 및 통과대역에서 더 높은 감쇠를 제공하도록 구성가능하다.
실시예들에 따르면, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터는 제1 포트, 및 스위치 및 다른 스위치의 스위치 상태에 의존하여 제2 필터 서브섹션을 선택하거나 또는 제2 필터 서브섹션을 바이패싱(bypass)하기 위해 또 다른 스위치를 필요로 하는 제2 포트만을 포함할 수 있다. 제2 필터 서브섹션을 바이패싱할 때, 제1 필터 서브섹션은 제1 및 제2 포트 사이에서만 활성이 된다. 제2 서브섹션을 선택할 때, 제1 및 제2 필터 서브섹션들의 연접이 제1 및 제2 포트들 사이에서 활성화된다. 대안적으로, 스위치가 제1 및 제3 포트들 사이에서만 제1 필터 서브섹션을 선택하거나 또는 제1 및 제2 포트들 사이에서 제1 및 제2 필터 서브섹션들의 연접을 가능하게 할 수 있도록 스위치에 연결된 제3 포트가 제공될 수 있다.
실시예들에 따르면, 접지 전위에 대한 스위치의 기생 커패시턴스를 보상하기 위해 션트 연결된 인덕턴스가 스위치의 제3 단자에 커플링될 수 있다. 다른 스위치가 사용될 때, 접지 전위에 대한 그 스위치의 기생 커패시턴스를 보상하기 위해 다른 션트 연결된 인덕턴스가 또한 다른 스위치에 커플링될 수 있다. 션트 연결된 보상 인덕턴스들은 제2 필터 서브섹션에 연결된 스위치들의 그러한 단자들에 제공된다. 션트 연결된 인덕턴스(들)의 인덕턴스 값은 그것이 스위치의 기생 커패시턴스를 보상하거나 또는 실질적으로 보상하도록 협대역 근사치(narrow band approximation)에 의해 획득된다. 션트 연결된 보상 인덕턴스들의 인덕턴스 값은 스위치들의 기생 커패시턴스들의 이상적 보상을 달성하기 위해 다음과 같이 L로 표현될 수 있다:
Figure pct00001
.
대안적으로, L은 인덕턴스가 스위치들의 기생 커패시턴스들을 적어도 실질적으로 보상하기 위해 이상적인 값의 ± 20% 범위 내에 있도록 다음과 같이 세팅될 수 있다:
Figure pct00002
.
ω라는 용어는 보상이 적용되는 주파수와 같은 관심있는 주파수의 각주파수(angular frequency)를 표현한다. 이러한 인덕터는 또한 RF 필터의 매칭을 개선하는 데 사용될 수 있어 ω라는 용어가 전체 필터의 매칭에 대한 양호한 결과를 제공하는 주파수를 표현할 수 있다. 따라서, ω라는 용어는, 보상이 적용될 것이거나 또는 전체 필터의 매칭에 대한 양호한 결과가 달성되거나 또는 이 둘의 조합인 각주파수를 표현할 수 있다. 2 Cp라는 용어는 스위치들 각각의 기생 커패시턴스들의 커패시턴스 값을 표현한다.
실시예들에 따르면, 제1 및 제2 필터 서브섹션들은 그들의 제1 및 제2 단자들에 대해 대칭이어야 한다. 제1 및 제2 필터 서브섹션들은 TEE-구성 또는 PI-구성을 포함할 수 있다. TEE-구성의 제1 및 제2 필터 서브섹션은 두 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기들, 및 두 직렬 연결된 공진기들 사이의 노드에 연결된 션트 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함할 수 있다. TEE-구성 필터 섹션의 포트들 중 어느 하나는 TEE-구성이 대칭이도록 직렬 및 션트 공진기를 제공한다.
PI-구성의 제1 및 제2 필터 서브섹션들은 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기, 및 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기의 두 단자들에 연결된 대응하는 션트 연결된 마이크로-음향 공진기들을 포함할 수 있다. PI-구성 필터 섹션의 포트들 중 어느 하나는 PI-구성이 대칭이도록 션트 및 직렬 공진기를 제공한다.
PI-구성의 경우, 션트 연결된 공진기들은 PI-구성 공진기에 연결된 스위치들의 기생 커패시턴스를 보상하기 위해 감소된 커패시턴스를 갖도록 커패시턴스 값이 평소보다 작도록 치수가 지정될 수 있다. 대안적으로, 보상 인덕턴스들이 또한 가능하다. 게다가, 인덕턴스들은 필터 매칭을 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면, 하나 이상의 추가 필터 섹션들은 다른 필터 서브섹션과 제2 포트에 연결된 다른 스위치 사이에 캐스케이드(cascade)될 수 있다. 하나 이상의 추가 필터 섹션들은 하나 이상의 추가 스위치들을 통해 추가되어 대응하는 추가 필터 섹션의 활성화 또는 그것의 바이패싱을 가능하게 한다. 구체적으로, 제3 및 제4 스위치는 바이패스 채널을 인에이블(enable)하거나 또는 제3 필터 서브섹션을 인에이블하여 제3 레벨의 저지대역 감쇠가 동작 요건들에 의존하여 활성화될 수 있도록 제공될 수 있다.
위에서 언급된 오브젝트들 중 하나 이상은 또한 청구항 16의 특징들을 포함하는 통신 디바이스에 의해 달성된다.
통신 디바이스는 위에서 설명된 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터들 및 RF 필터의 저지대역 영역에서 간섭자의 신호를 검출하는 검출기 중 하나를 포함한다. 검출기는 간섭 신호의 존재 또는 부재를 표시하는 검출 신호를 생성하도록 구성된다. 구성가능한 RF 필터의 스위치들은 검출 신호의 상태에 의존하여 제어 및 세팅된다.
통신 디바이스는 간섭자가 저지대역에서 검출되지 않을 때 적당한 저지대역 감쇠를 가능하게 한다. 저지대역 감쇠에 대응하는 통과대역 내 삽입 손실은 상대적으로 낮은 레벨에 있고, 원하는 신호의 수신 신호 강도는 크다고 가정된다. 간섭자가 검출될 때, 하나 이상의 필터 서브섹션들이 활성화되어 저지대역 감쇠를 증가시키고 간섭 신호를 차단(block)한다. 이 경우, 통과대역 내 삽입 손실이 더 크며, 이는 통신 디바이스의 수신 회로망 내에서의 추가적 프로세싱을 위해 충분한 신호 강도를 달성하기 위해 원하는 신호의 추가 증폭을 필요로 할 수 있다. 이 구성에서, 간섭 신호의 차단을 위한 추가 저지대역 감쇠는 통과대역에서 더 많은 삽입 손실과 수신 신호 증폭을 위한 더 많은 전력 소비를 희생하여 달성된다. 본 개시내용에 따른 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터는 구성가능한 RF 필터의 실현을 위한 실현 공간 및 필터 컴포넌트들의 수를 절약하면서 다른 RF 서비스에 의한 혼선 또는 간섭을 회피하기 위해 적응적 수신을 가능하게 한다.
전술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 단지 예시적일뿐이며, 청구항들의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하는 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 도면들은 추가적 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 설명에 통합되며, 이러한 설명의 일부를 구성한다. 도면들은 하나 이상의 실시예들을 예시하고, 설명과 함께 다양한 실시예들의 원리들 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 도면들의 상이한 도면들에서 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들로 표시된다.
도면들에서:
도 1은 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 2는 다른 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 TEE-구성에 따른 필터 서브섹션을 도시한다.
도 4는 TEE-서브섹션들을 사용하는 도 2의 RF 필터의 구성들의 송신 곡선들을 도시하는 송신 다이어그램을 도시한다.
도 5는 PI-구성을 갖는 필터 서브섹션을 도시한다.
도 6은 PI-서브섹션들을 사용하는 도 2의 RF 필터의 구성들의 송신 곡선들을 도시하는 송신 다이어그램을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 각각 스위치의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)를 보상하기 위해 집중 엘리먼트(lumped element)들 및 보상 인덕터(compensation inductor)를 갖는 스위치의 단순화된 모델을 도시한다.
도 8은 보상 인덕터들을 사용하는 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터를 도시한다.
도 9는 도 8의 RF 필터의 구성들에 대한 송신 곡선들을 도시하는 송신 다이어그램을 도시한다.
도 10은 또 다른 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 11은 도 10의 RF 필터의 구성들에 대한 송신 곡선들을 도시하는 송신 다이어그램을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 TEE-구성 및 PI-구성, resp에 따른 필터 서브섹션을 실현하기 위한 변형을 도시한다.
본 개시내용은 이제, 본 개시내용의 실시예들을 도시하는 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 개시내용은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술된 실시예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시내용이 본 개시내용의 범위를 당업자들에게 충분히 전달하도록 제공된다. 도면들은 반드시 실척대로 도시된 것은 아니지만 본 개시내용을 명확하게 예시하도록 구성된다.
도 1은 본 개시내용의 원리들에 따른 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 블록 다이어그램을 도시한다. RF 필터는 제1 포트(110), 제2 포트(120) 및 제3 포트(130)를 포함한다. 제1 필터 서브섹션(140)은 포트(110)에 연결된다. 필터 섹션(140)의 다른 단자는 스위치(160)에 연결된다. 스위치(160)는 3개의 포트들(161, 162, 163)을 포함하며, 여기서 포트(161)는 스위치(160)에 인가되는 제어 신호에 의존하여 포트들(162, 163) 중 하나에 선택적으로 커플링될 수 있다. 스위치(160)는 소위 SP2T 회로(SP2T: single pole double through)이다. 스위치(160)의 포트(163)는 제2 필터 포트(120)에 추가로 연결되는 제2 필터 서브섹션(150)에 연결된다. 스위치(160)의 제2 포트(162)는 제3 필터 포트(130)에 연결된다.
동작 동안, 스위치(160)는 필터 섹션(140)만이 필터 포트들(110, 130) 사이에서 활성이도록 포트들(161 및 162)을 연결하도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 스위치(160)는 필터 서브섹션들(140, 150)의 연접 또는 직렬 연결이 필터 포트들(110, 120) 사이에서 활성이도록 포트들(161 및 163)을 커플링하도록 제어될 수 있다.
필터 섹션들(140, 150)은 바람직하게는 동일한 구조를 갖는다. 필터 섹션들(140, 150)은 섹션들 중 어느 한 단자를 통해 보이는 임피던스가 동일하도록 대칭일 수 있다. 섹션들(140, 150)은 직렬 연결된 공진기의 한 단자와 접지 전위를 위한 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 션트 연결된 마이크로-음향 공진기 및 적어도 하나의 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함한다. 바람직하게는, 섹션들(140, 150)은 TEE-구성을 갖는 회로들 또는 본원의 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같은 PI-구성을 갖는 회로들이다.
도 2는 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 다른 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 2의 필터는 포트(120)에 연결된 제1 단자(211), 스위치(160)의 제2 단자(162)에 연결된 제2 단자(212), 및 필터 섹션(150)에 연결된 제3 단자(213)를 갖는 제3 스위치(210)를 포함한다. 단자들(162, 212)을 커플링시키는 스위치들(160, 210)을 통해, 필터 섹션(150)은 바이패싱되어 필터 섹션(140)만이 포트들(110, 120) 사이에서 활성이 된다. 단자들(163, 213)이 인에이블되도록 스위치들(160, 210)을 선택하면, 필터 섹션들(140, 150)의 연접은 포트들(110, 120) 사이에서 활성이 된다. 스위치들(160, 210)은 필터 내에서 스위칭될 필터 섹션(150)에 가깝다.
도 3은 TEE-구성에 따른 필터 서브섹션을 도시한다. TEE-구성 섹션은 두 포트들(320, 330) 사이에 배치된 제1 및 제2 공진기(331, 332)의 직렬 연결을 포함한다. 공진기들(331, 332) 사이의 노드는 션트 공진기(333)에 의해 접지 단자(334)에 커플링된다. 직렬 공진기들(331, 332)은 "S"로 표현될 수 있고, 션트 공진기(333)는 "P"로 표현될 수 있어, TEE-섹션은 S-P-S 토폴로지(topology)를 포함할 수 있다. TEE-구성 섹션은 2개 이상의 연접된 TEE-구성 섹션들로 구성된 더 큰 필터가 래더형 구성을 갖도록 두 포트들(320, 330) 모두에서 대칭이다. 도 1 및 도 2의 필터 섹션들(140, 150)은 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 TEE-구성 섹션을 포함할 수 있다. 필터 섹션들(140, 150) 내의 하나 초과의 TEE-구성 섹션이 또한 가능하다.
이제 도 4를 참조하면, 필터 섹션들(140, 150)이 도 3에 도시된 바와 같은 TEE-섹션들로서 실현될 때 도 2의 필터의 상이한 스위칭된 구성들의 송신 곡선들(410, 430)을 도시하는 송신 다이어그램이 도시된다. 비교 송신 곡선(420)이 또한 도 4에 도시된다. 구체적으로, 스위치들(160, 210)이 섹션(150)을 바이패싱하도록 필터(140)의 S-P-S 토폴로지가 선택될 때, 송신 곡선(410)은 도 2의 필터의 송신을 도시한다. 송신 곡선(420)은 S-P-S 필터 및 다른 S P-S 필터의 연접일 수 있는 S-P-S-P-S 토폴로지와 같은 스위치들이 없는 기준 또는 비교 래더형 토폴로지에 대한 곡선을 표현한다. 송신 곡선(430)은 도 2의 필터를 표현하며, 여기서 스위치들(160, 210)은 섹션들(140, 150)이 포트들(110, 120) 사이에서 활성이 되어 선택된 S-P-S-P-S 구성을 초래하도록 구성된다. 도 4로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 송신 곡선(420)은 곡선(410)보다 저지대역 영역에서 더 높은 감쇠를 갖는데, 그 이유는 고차(higher order) 래더형 토폴로지가 저지대역 감쇠를 증가시키기 때문이다. 통과대역 영역(401)에서, 곡선(420)은 삽입 손실이 증가하도록 곡선(410) 약간 아래에 있다. 도 4로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 곡선(430)의 필터의 매칭은 스위치들(160, 210)로부터 발생한 접지 전위에 대한 기생 커패시턴스들에 기인할 수 있는 곡선(420)의 필터에 비해 더 열악하다. 또한, 영역에서의 스파이크(spike)(431)가 보일 수 있으며, 이는 또한 접지 전위에 대한 스위치들(160, 210)의 기생 커패시턴스들의 결과이다. 다른 한편으로, 도 2의 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터는 저지대역 영역에서 곡선(410)으로부터 곡선(430)으로의 감쇠의 증가를 가능하게 하며, 이는 간섭 신호가 억제될 필요가 있는 저지대역 영역에 존재할 수 있는 경우에 유용하다. 이것은 수신된 스펙트럼에 다른 채널로부터의 혼선이 존재하거나 또는 저지대역 영역에 WLAN 신호와 같은 다른 서비스가 존재하는 경우일 수 있다. 이 경우, 필터 섹션들(140, 150)이 활성이 되고 연접되어 곡선(430)에 따라 더 높은 대역 외 감쇠를 달성하고, 통과대역(401)의 원하는 신호를 수신하는 동안 WLAN 신호를 억제하도록 스위치들(160, 210)이 선택된다.
도 5는 필터 섹션들(140, 150)에 사용될 수 있는 PI-구성에 따른 필터 서브섹션을 도시한다. 도 5의 PI-섹션은 제1 및 제2 포트들(520, 530), 및 포트들(520, 530) 사이에 배치된 직렬 연결된 공진기(531)를 포함한다. 제1 및 제2 션트 연결된 공진기들(532, 533)은 직렬 공진기(531)의 단자들로부터 접지 단자(534)로 연결된다.
이제 도 6을 참조하면, 필터 섹션들(140, 150)이 도 5에 도시된 바와 같은 PI-섹션들로서 실현되는 경우 도 2의 필터에 대한 송신 곡선들이 도시된다. 스위치들(160, 210)이 섹션(150)을 바이패싱할 때 송신 곡선(610)은 필터(140)에 대한 P-S-P 토폴로지를 도시한다. 곡선(620)은 임의의 스위치들 없이도 기준 또는 비교 예로서 P-S-P-S-P 토폴로지를 표현한다. 곡선(630)은 필터 섹션들(140, 150)에 PI-구성 섹션들이 있는 도 2의 필터의 송신 곡선을 표현하며, 여기서 섹션들(140, 150)이 연접되고 포트들(110, 120) 사이에서 활성이 되도록 스위치들(160, 210)이 선택된다. 스위치들(160, 210)의 상태는 단자들(163, 213)이 인에이블되도록 하는 것이다. 곡선(630)은 스위치들이 없는 비교 래더형 토폴로지에 대한 비교 곡선(620)에 가까운 높은 대역 외 감쇠를 나타낸다. 통과대역 영역(601)에서, 선택된 고차 래더형 구조는 저차(lower order) 래더형 구조보다 삽입 손실이 더 크다. 필터 섹션들(140, 150)을 위한 PI-블록들의 사용은 TEE-블록들이 도 4에 도시된 바와 같이 사용되는 실시예와 상이한 영역(631)에서 통과대역의 상부 스커트에서의 스파이크를 회피한다는 점에 유의해야 한다. 스위치들(160, 210)은 접지 전위에 대한 기생 커패시턴스들을 갖지만, 이러한 커패시턴스들은 필터 섹션(150) 내의 PI-구성 블록의 선행(leading) 및 후행 공진기(trailing resonator)들(532, 533)과 병렬로 배치되어 송신 곡선에서 기생 효과가 발생하지 않는다. 다른 한편으로, PI-구성에 인덕터들을 추가하는 것은 필터의 매칭을 개선할 수 있다.
이제 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스위치들의 기생 커패시턴스의 효과 및 그것을 보상하기 위한 솔루션이 도시된다. 도 7a는 스위치들(160, 210)에 대한 집중 엘리먼트들을 갖는 단순화된 모델을 도시한다. 단순화된 모델은 각각 커패시턴스 Cp를 갖는 두 션트 커패시터들을 갖는 인덕터, 저항 및 다른 인덕터의 직렬 연결을 포함하는 회로(710)를 포함한다. 직렬 인덕터들은 약 0.25 nH와 같은 상대적으로 작은 인덕턴스를 갖고, 직렬 저항은 약 1.0 Ω의 범위에서 상대적으로 작은 저항 값을 갖는다. 따라서 직렬 경로는 거의 무시되어 결과적인 엘리먼트가 2 Cp의 전체 기생 커패시턴스를 초래하는 두 커패시터들의 병렬 연결들이 될 수 있다.
도 7b에서, 스위치의 기생 커패시턴스는 720에서 표현된다. 기생 션트 커패시터(720)는 도 4에서 약 2200MHz의 주파수 fspike에서 스파이크(431)를 담당한다. 그것은 기생 커패시턴스(720)에 병렬 연결된 네거티브(negative) 커패시턴스 또는 인덕터인 그러한 네거티브 커패시턴스의 협대역 근사치와 같은 보상 엘리먼트로 제거될 수 있다. 협대역 근사치에 따른 인덕터의 인덕턴스 값은 이상적인 경우 1/(ω2 2Cp)이다. 실제로, 보상 인덕터(730)의 인덕턴스(L)는 1/(ω2 2Cp) ± 20%의 범위이다. 각주파수(ω)는 도 4의 경우 스파이크(431)가 로케이팅(locate)된 주파수가 약 2200 MHz이라는 것을 표현한다.
도 8은 보상 인덕터들을 사용하여 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 8의 필터는 도 2에 도시된 필터의 기본 구조를 가지며, 추가 인덕터들(810, 820)은 스위치들(160, 210)의 단자들(163 및 213)과 필터 섹션(150)의 대응하는 단자들 사이의 노드들로부터 접지 전위를 위한 단자로 연결된다. 보상 인덕터들(810, 820)은 스위치들(160, 210)의 기생 커패시턴스들(2 Cp)을 보상하기 위해 도 7b와 관련하여 설명된 규칙에 따라 치수가 정해진다. 보상의 결과는 그것이 보상되지 않은 경우에 대해 도 4에 도시된 송신 다이어그램에 대응하도록 섹션들(140, 150)에 대한 TEE-섹션들에 기초하는 도 9에 도시된 송신 다이어그램으로부터 결정될 수 있다. 도 9로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 곡선(930)의 통과대역의 상부 우측 스커트는 그것이 스파이크를 포함하지 않도록 영역(931)에서 평평하다. 보상 인덕터들(810, 820)은 필터 섹션들(140, 150)의 TEE-섹션들에 의해 도입되는 스파이크를 보상하는 데 특히 유용하지만, 그러한 보상 인덕터들은 또한 전체 필터의 매칭을 개선하는 데 도움이 되는 필터 섹션들(140, 150)을 실현하는 PI-섹션들과 관련하여 사용될 수 있다. 인덕터의 인덕턴스는 위에서 언급된 공식들에 따라 계산될 수 있으며, 여기서 ω라는 용어는 전체 필터의 매칭에 대한 양호한 결과가 달성되는 각주파수를 표현한다.
도 10은, 추가 필터 섹션(1030)이, 추가 필터 섹션(1030)의 활성화 또는 바이패스를 가능하게 하는 대응하는 스위치들(1010, 1020)을 통해 필터 섹션들(140, 150)과 캐스케이드되는 블록 다이어그램을 도시한다. 구체적으로, 스위치(1010)는 필터 섹션(150)에 연결된 단자(1011)를 갖는다. 스위치(1020)는 그 단자(1021)에서 스위치(210)의 단자(213)에 연결된다. 스위치들(1010, 1020)의 단자들(1012, 1022)은 필터 섹션(1030)의 바이패스를 가능하게 하기 위해 서로 연결된다. 스위치들(1010, 1020)의 단자들(1013, 1023)은 제3 필터 섹션(1030)에 연결된다. 다른 필터 스테이지(stage), 및 필터 섹션(1030)과 스위치(1020)의 단자(1023) 사이의 선행 및 후행 스위치들(도 10에 도시되지 않음)을 사용하여 추가 순서의 연접도 가능하다. 도 10은 또한 스위치(210)와 외부 포트(120) 사이에 연결된 직렬 인덕터 및 션트 연결된 커패시터의 매칭 네트워크(1040)의 예를 도시한다.
간섭 신호의 검출에 의존하여, 스위치들(160, 1010, 1020, 210)은 바이패스 상태에서 또는 추가 필터 섹션들(150, 1030) 중 하나 이상이 선택되는 상태에서 선택된다. 도 10의 필터의 구성들은 도 11의 송신 다이어그램과 관련하여 설명된다. 제1 구성(P1)에서, 추가 필터 섹션들(150, 1030)이 바이패싱되어 필터 섹션(140)만이 외부 포트들(110, 120) 사이에서 활성이 되어 PI-섹션들이 사용되는 예에서 P-S-P 래더형 필터 구성을 형성하도록 스위치들(160, 210)이 선택된다. 이러한 구성에 대한 송신 곡선은 1110에서 도시되며, 이는 저지대역 영역에서 가장 낮은 레벨의 감쇠를 갖고, 통과대역 영역(1101)에서 가장 낮은 삽입 손실을 갖는다. 제2 구성(P2)은 스위치(160)가 제2 필터 섹션(150)을 인에이블하고, 스위치들(1010, 1020)이 필터 섹션(1030)을 바이패싱하여 이 예에서 P-S-P-S-P 래더형 필터 구성을 형성하도록 하는 것이다. 대응하는 송신 곡선이 1120에서 도시되며, 이는 증가된 저지대역 감쇠 및 통과대역에서의 증가된 삽입 손실을 갖는다. 제3 구성(P3)에서, 제3 필터 섹션(1030)이 인에이블되어 도 10의 필터가 필터 서브섹션들(140, 150, 1030)의 연접이 되도록 스위치들(1010, 1020)이 선택되며, 이는 이 예에서 P-S-P-S-P-S-P 래더형 필터 구성이다. 대응하는 송신 곡선이 1130에서 도시되며, 이는 훨씬 더 높은 저지대역 감쇠 및 또한 통과대역 영역(1101)에서의 훨씬 증가된 삽입 손실을 도시한다. 도 10 및 도 11로부터 수집될 수 있는 바와 같이, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터 내의 스위치들의 대응하는 세팅은 저지대역 영역에서 검출된 간섭 레벨에 의존하여 세 가지 상이한 감쇠 레벨들의 선택을 가능하게 한다. 통신 디바이스 내의 검출기는 간섭 레벨을 결정하고, 세 가지 가능한 구성들(P1, P2, P3) 및 감쇠 레벨들(1110, 1120, 1130) 중 하나를 선택하여 간섭자에 대한 충분한 억제를 달성할 수 있다. 검출기는 간섭자의 존재 또는 부재의 레벨을 표시하고 검출 신호에 의존하여 스위치들을 세팅하는 대응하는 검출 신호를 생성한다. 그러나, 저지대역 감쇠가 증가함에 따라 통과대역에서의 삽입 손실이 또한 증가하므로, 신호의 추가적 프로세싱에 적합하도록 단자(120)에서의 신호를 원하는 레벨로 증폭하는 데 더 많은 전력이 필요할 수 있다(다운스트림 연결 수신 회로망에서 가능함). 증가된 감쇠가 증가된 전력 소비를 필요로 하지만, 간섭 레벨이 더 적거나 또는 간섭자가 검출되지 않을 때 전력 소비가 감소되어 송신 곡선들(1120 또는 1110)이 선택된다.
공진기들(140, 150, 1030)은 음향 필터 기술로 실현될 수 있으며, 여기서 스위치들(160, 1010, 1020, 210)은 반도체 CMOS 기술에서 반도체 스위치들로서 실현될 수 있다. 스위치들을 포함하는 다이(die)는 음향 필터들이 기생을 가능한 한 작게 유지하기 위해 다이의 최상부에 포지셔닝될 수 있다. 음향 필터들은 표면 탄성파 공진기들 및/또는 당업자에게 알려진 압전 기판을 사용하는 벌크 탄성파 공진기들과 같은 마이크로-음향 공진기들로 구성될 수 있다.
도 12a는 TEE-구성의 다른 실현에 따른 필터 서브섹션을 도시한다. 서브섹션은 션트 공진기(333)와 접지 단자(334) 사이에 연결된 임피던스 엘리먼트(1211)를 포함한다. 임피던스 엘리먼트(1211)는 션트 공진기(333)와 직렬 연결된다. 임피던스 엘리먼트(1211)는 필터 전달 함수에서 유한 송신 제로를 도입하기 위해 인덕터에 의해 형성될 수 있다.
도 12b는 PI-구성의 또 다른 실현에 따른 필터 서브섹션을 도시한다. 대응하는 임피던스 엘리먼트(1212 및 1213)는 션트 공진기들(532 및 533), resp 및 접지 단자(534) 사이에 연결된다. 임피던스 엘리먼트들(1212, 1213)은 필터 전달 함수에서 유한 송신 제로를 도입하기 위해 인덕터들에 의해 형성될 수 있다. 위에서 언급된 대안적 TEE- 및 PI-섹션들은 필터 서브섹션들(140, 150 및 1030)에 사용될 수 있다.
요약하면, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터는 TEE 또는 PI-블록들과 같은 개별 필터 서브섹션들의 직렬 캐스케이드로 구성될 수 있으며, TEE-블록은 S-P-S 구성을 갖고, PI-블록은 P-S-P 구성을 갖는다. 필터 토폴로지 내의 스위치들은 필터 섹션들을 바이패싱하거나 또는 최소 필터를 향해 필터 섹션들을 추가한다. 스위치들은 둘 이상의 필터 서브섹션들에 가까운 필터 내에 배치되고, 간섭 신호의 검출에 대한 응답으로 필요한 양의 대역 외 감쇠를 선택한다.
첨부된 청구항들에 기재된 바와 같은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 본 개시내용의 사상 및 내용을 포함하는 개시된 실시예들의 수정들, 조합들, 하위 조합들 및 변형들이 당업자에게 발생할 수 있기 때문에, 본 개시내용은 첨부된 청구항들의 범위 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 구성가능한 마이크로-음향(micro-acoustic) RF 필터로서,
    - 제1 포트(110) 및 제2 포트(120);
    - 적어도 하나의 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기 및 적어도 하나의 션트(shunt) 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함하는 제1 필터 서브섹션(subsection)(140) ― 상기 제1 필터 서브섹션(140)은 상기 제1 포트(110)에 커플링됨 ― ;
    - 상기 제1 필터 서브섹션(140)에 연결된 제1 단자(161), 제2 단자(162) 및 제3 단자(163)를 갖는 스위치(160);
    - 적어도 하나의 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기 및 적어도 하나의 션트 연결된 마이크로-음향 공진기를 포함하는 제2 필터 서브섹션(150)을 포함하며,
    상기 제2 필터 서브섹션(150)은 상기 스위치의 상기 제3 단자(163)에 그리고 상기 제2 포트(120)에 커플링되는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 포트(120)에 커플링된 제1 단자(211) 및 상기 스위치(160)의 상기 제2 단자(162)에 커플링된 제2 단자(212), 및 상기 제2 필터 서브섹션(150)에 커플링된 제3 단자(213)를 갖는 다른 스위치(210)를 더 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스위치(160)의 상기 제2 단자(162)에 연결된 제3 포트(130)를 더 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치(160)의 상기 제3 단자(163)에 커플링된 션트 연결된 인덕턴스(810)를 더 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 인덕턴스(810)는 상기 스위치(160)의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)를 보상하거나 또는 상기 RF 필터의 매칭을 개선하도록 구성되는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 인덕턴스(810)는
    Figure pct00003
    또는
    Figure pct00004
    의 인덕턴스 값(L)을 갖고, ω는 보상이 적용되고 그리고/또는 상기 RF 필터의 매칭이 달성되는 각주파수(angular frequency)를 표현하고, 2 Cp는 상기 스위치(160)의 상기 기생 커패시턴스의 커패시턴스 값을 표현하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 다른 스위치(210)의 상기 제3 단자(213)에 커플링된 다른 션트 연결된 인덕턴스(820)를 더 포함하며,
    상기 인덕턴스(820)는 접지 전위에 대한 상기 다른 스위치(210)의 기생 커패시턴스를 보상하도록 구성되는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 필터 서브섹션들(140, 150) 각각은 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 각각은 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대해 대칭인, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터 서브섹션들(140, 150)은,
    - 단자를 갖는 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기(331);
    - 상기 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기의 단자와 접지 전위(334)를 위한 단자 사이에 커플링된 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(333); 및
    - 상기 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기의 단자에 연결된 다른 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기(332)를 포함하는 TEE-구성을 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  10. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터 서브섹션들(140, 150)은,
    - 제1 단자 및 제2 단자를 갖는 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기(531);
    - 상기 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기의 상기 제1 단자와 접지 전위(534)를 위한 단자 사이에 커플링된 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(532); 및
    - 상기 직렬 연결된 마이크로-음향 공진기의 상기 제2 단자와 상기 접지 전위(534)를 위한 단자 사이에 커플링된 다른 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(533)를 포함하는 PI-구성을 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(333)와 상기 접지 전위(334)를 위한 단자 사이에 연결된 임피던스 엘리먼트(1211)를 더 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(532)와 상기 접지 전위(534)를 위한 단자 사이에 연결된 임피던스 엘리먼트(1212), 및 다른 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(533)와 상기 접지 전위(534)를 위한 단자 사이에 연결된 다른 임피던스 엘리먼트(1213)를 더 포함하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  13. 제2 항에 따른 제10 항에 있어서,
    상기 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(532) 및/또는 상기 다른 션트 연결된 마이크로-음향 공진기(533)는 상기 스위치(160) 및/또는 상기 다른 스위치(210)의 상기 기생 커패시턴스를 보상하기 위해 감소된 커패시턴스로 구성되는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  14. 제2 항에 있어서,
    다른 필터 서브섹션(150)과 상기 다른 스위치(210) 사이의 하나 이상의 추가 스위치들(1010, 1020)을 통해 하나 이상의 추가 필터 서브섹션들(1030)을 추가로 캐스케이드(cascade)하는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  15. 제2 항 또는 제14 항에 있어서,
    제3 스위치(1010), 제4 스위치(1020), 및 제3 필터 서브섹션(1030)을 더 포함하며, 상기 제3 스위치(1010)는 제2 필터 서브섹션(150)에 커플링된 제1 단자(1011), 제2 단자(1012), 및 제3 단자(1013)를 갖고, 상기 제3 단자(1013)는 제3 필터 서브섹션(1030)에 커플링되고, 상기 제4 스위치(1020)는 상기 다른 스위치(210)의 상기 제3 단자(213)에 커플링된 제1 단자(1021), 상기 제3 스위치(1010)의 상기 제2 단자(1012)에 커플링된 제2 단자(1022), 및 상기 제3 필터 서브섹션(1030)에 커플링된 제3 단자(1023)를 갖는, 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따른 구성가능한 마이크로-음향 RF 필터, 및 상기 RF 필터의 저지대역 영역에서 간섭자를 검출하도록 구성되고, 그리고 상기 간섭자의 존재 및 부재 중 하나를 표시하는 검출 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 검출 신호에 의존하여 상기 RF 필터의 스위치들(160, 210, 1010, 1020)을 세팅하는 검출기를 포함하는, 통신 디바이스.
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