(57)【要約】本発明は、組み合わされたラダーおよび格子フィルタ接続形態構造を有するフィルタデバイスを提供する。本発明による、このフィルタデバイスは、両方のタイプのフィルタの良好な機能を相乗効果的に組み合わせる。本発明によるフィルタデバイスを用いて、一体化された平衡不平衡フィルタデバイスが実現され得る。従って、構成要素の数の実質的な低減が達成され得る。さらに、本発明によるフィルタデバイスは、さらなる構成要素、好適には、活性ＲＦ構成要素と単一チップ上で一体化され得る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタデバイスであって、該フィルタデバイスは、
ラダー構成にて、少なくとも１つの直列共振子（４２）および少なくとも１つの並列共振子（４３）を備え、かつ１つの不平衡端子（４４）を含む、第１のフィルタユニット（４１）と、
該第１のフィルタユニット（４１）の直列共振子（４２）を介して該第１のフィルタユニット（４１）と接続された第２のフィルタユニット（４６）であって、該第２のフィルタユニット（４６）は、格子構成にて少なくとも４つの共振子を備え、かつ２つの平衡端子（４７、４８）を含む、第２のフィルタユニットと、
を備えるフィルタデバイス。
【請求項２】
前記フィルタは、音響波フィルタである、請求項１に記載のフィルタデバイス。
【請求項３】
前記フィルタは、表面弾性波共振子を備える、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタである、請求項１または２に記載のフィルタデバイス。
【請求項４】
前記フィルタは、バルク弾性波共振子を備える、バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタである、請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【請求項５】
前記第１のフィルタユニット（４１）は、奇数の数の共振子を備える、請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【請求項６】
前記第１のフィルタユニット（４１）は、少なくとも３つの、好適には、少なくとも５つの共振子を備える、請求項５に記載のフィルタデバイス。
【請求項７】
前記第１のフィルタユニット（４１）は、前記第２のフィルタユニットと同じタイプの共振子を備える、請求項１〜６のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【請求項８】
前記第１のフィルタユニット（４１）における前記直列共振子（４２）、および前記第２のフィルタユニット（４６）における前記直列共振子（４２’）は、実質的に等しい共振周波数を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【請求項９】
前記第１のフィルタユニット（４１）における前記並列共振子（４３）、および前記第２のフィルタユニット（４６）における前記並列共振子（４３’）は、実質的に等しい共振周波数を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【請求項１０】
前記フィルタデバイスは、活性ＲＦ構成要素、好適には、増幅器と単一チップ上で一体化される、請求項１〜９のいずれかに記載のフィルタデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、フィルタデバイスに関する。本発明は、特に、例えば、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタデバイスおよび／またはバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタデバイスといった音響波フィルタデバイスに関する。
【０００２】
無線通信デバイスにおいて小型および高性能フィルタを用いる必要が、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタの広範な使用をもたらした。表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタに加えて、バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタもまた用いられ得る。バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタは、通常、種々のバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子を含む。バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタにおいて、音響波は、フィルタ層の表面に対して垂直の方向に伝播する。逆に、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ内で伝播する音響波は、従って、フィルタ層の表面に対して平行方向に伝播する。
【０００３】
少なくとも一つのバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子デバイス（当該業者に「薄膜バルク弾性波共振子（ＦＢＡＲ）」としても公知である）を含むモノリシックフィルタを製作することが公知である。例えば、バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子は、通常、２つの電極、およびこれらの２つの電極間に配置される単一の圧電層を含む。１つ以上の音響絶縁層が、圧電層とそれぞれのデバイスの基板との間にさらに設けられ得る。
【０００４】
バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタは、種々の公知のタイプのバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子を備えるように製作され得る。これらの公知のタイプのバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子は、３つの基本部分を備える。それらの部分のうちの１つは、音響波を生成するために用いられ、音響的に活性の圧電層を含む。この層は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、または、薄膜として製作され得る任意の他の適切な圧電材料を含み得る。これらの部分のうちの第２の部分は、その圧電層の反対側に形成される電極を備える。バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子の第３の部分は、圧電層によって生成される振動から、基板を音響的に絶縁するための機構を備える。バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子は、通常、薄膜技術（例えば、スパッタリング、化学気相成長法等）を用いて、シリコン、砒化ガリウム、またはガラス基板上に製作される。バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子は、例えば、水晶共振子の共振と同様である直列共振および並列共振を有する。バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子の共振周波数は、デバイスの層厚さに依存して、通常、約０．５ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲にわたる。
【０００５】
図８は、モバイル用途において用いられる音響フィルタデバイスの例を示す。通常、ＲＦ信号は、アンテナ８０からスイッチ８１を通過して入力され、例えば、不平衡端子および５０Ωの特性インピーダンスを有する、バルク弾性波フィルタデバイス（ＢＡＷ）等の音響フィルタデバイス８２を介して増幅器８４に導かれる。場合によっては、増幅器８４は、平衡端子を有する低雑音増幅器である。この増幅器は、多くの場合、約１５０〜２００Ωの特性インピーダンスを有する。
【０００６】
この理由のために、インピーダンス変換用の整合回路および平衡不平衡変成器が、増幅器側と接続するために必要とされる。平衡不平衡変成器回路８３（通常、バラン回路と呼ばれる）は、その機能のために用いられている。しかしながら、バラン回路８３の使用は、部品の数および費用をかなり増加させる。なぜなら特に、バラン回路８３は、通常、フィルタシステム８２または増幅器８４の残り部分と一体化されていないディスクリート構成要素である。従って、構成要素の数を低減し、平衡不平衡音響フィルタデバイスの一体化を達成することが要求される。
【０００７】
上述および他の問題は、独立請求項１に明示されるフィルタデバイスによって克服される。本発明のさらなる有利な特徴、局面および詳細は、従属請求項、本明細書および添付の図面から明らかである。請求項は、本発明を一般的に定義する第１のアプローチであり、限定しないものと理解されることを意図する。
【０００８】
本発明は、フィルタデバイスを備え、このフィルタデバイスは、ラダー構成にて少なくとも１つの直列共振子および少なくとも１つの並列共振子を備え、ならびに不平衡端子を備える第１のフィルタユニットと、この第１のフィルタユニットの直列共振子を介してこの第１のフィルタユニットと接続される第２のフィルタユニットであって、この第２のフィルタユニットは、格子構成にて少なくとも４つの共振子を備え、ならびに２つの平衡端子を含む、第２のフィルタと、を備える。
【０００９】
本発明は、組み合わされたラダーフィルタ接続形態と格子フィルタ接続形態との構成を有するフィルタデバイスを提供する。本発明によるこのフィルタデバイスは、両方のタイプのフィルタの良好な機能を相乗効果的に組み合わせる。ラダー構成の第１のフィルタユニットは、有限の阻止帯域減衰（ｆｉｎｉｔｅ  ｓｔｏｐｂａｎｄ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）を有し、他方、第２のフィルタユニットは、少なくとも理論的には、通過帯域から遠く離れた有限の阻止帯域減衰を有する。本発明によるフィルタデバイスは、基本的に、さらに、通過帯域から遠く離れた有限の阻止帯域減衰を有する。
【００１０】
本発明によるフィルタデバイスを用いて、一体化された平衡不平衡フィルタデバイスが実現され得る。従って、構成要素の数の実質的な低減が達成され得る。さらに、本発明によるフィルタデバイスは、さらなる構成要素、好適には、単一チップ上で活性ＲＦ構成要素と一体化され得る。
【００１１】
好適な実施形態によると、本発明によるフィルタデバイスは、音響波フィルタ、特に、表面弾性波共振子を含む表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ、あるいは、より好適には、バルク弾性波共振子を含むバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタである。
【００１２】
さらなる好適な実施形態によると、第１のフィルタユニットは、第２のフィルタユニットと同じタイプの共振子を含む。特に、第１および第２のフィルタユニットは、２つのタイプの共振子、直列共振子および並列共振子のみを用いて製作され得る。これによって、第１のフィルタユニットにおける直列共振子および第２のフィルタユニットにおける並列共振子が、実質的に等しい共振周波数を有することが望ましい。さらに、第１のフィルタユニットにおける並列共振子および第２のフィルタユニットにおける並列共振子は、実質的に等しい共振周波数を有することが望ましい。
【００１３】
さらなる好適な実施形態によると、第１のフィルタユニットは、奇数の数の共振子、好適には、少なくとも３つまたは５つの共振子（ｔ接続形態またはπ接続形態）を備える。
【００１４】
本発明の上述のいくつかの、および他のより詳細な局面は、以下の記載において説明され、および部分的に図を参照して示される。
【００１５】
図１および図２は、メンブレンまたはブリッジ構造１１を有するバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子１０それぞれの断面（側面図）および平面図を示す。バルク弾性波（ＢＡＷ）共振子１０は、圧電層１２、第１の保護層１３ａ、第２の保護層１３ｂ、第１の電極１４、第２の電極１５、メンブレン１１、エッチング窓１６ａおよびエッチング窓１６ｂ、エアギャップ１７ならびに基板１８を備える。圧電層１２は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）といった薄膜として製作され得る圧電材料を含む。
【００１６】
メンブレン１１は、２つの層、すなわち、上部層１９および下部層２０を備える。上部層１９は、例えば、ポリシリコンまたは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から形成され、下部層２０は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を含む。基板１８は、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＣ２、ＧａＡｓまたはガラスといった材料を含む。エッチング窓１６ａおよび１６ｂを通じて、基板１８の部分がエッチングされて、メンブレン層が基板１８上に配置された後、エアギャップ１７が形成される。
【００１７】
図３において、別のバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子３０が示される。この共振子３０は、単一の保護層１３のみが提供され、メンブレン１１とエアギャップ１７が音響ミラー３１と置き換えられるという点を除いて、図１のバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子１０の構造と同じ構造を有する。この音響ミラーは、圧電層１２によって生成された振動を基板１８から音響的に絶縁する。
【００１８】
音響ミラー３１は、高音響インピーダンスの層と低音響インピーダンスの層とが交互に配置された複数の層を有し、従って、ミラー共振子の界面における音響波の反射が取得される。図３に示される音響ミラー３１は、３つの層、すなわち、上部層３１ａ、中間層３１ｂ、および下部層３１ｃを備える。各層３１ａ、３１ｂおよび３１ｃは、例えば、４分の１波長とほぼ等しい厚さを有する。上部層３１ａおよび下部層３１ｃは、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ポリシリコン、アルミニウム（Ａｌ）またはポリマーといった低音響インピーダンスを有する材料から形成されている。さらに、中間層３１ｂは、例えば、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）といった高音響インピーダンスを有する材料から形成されている。基板１８は、種々の高音響インピーダンス材料または低音響インピーダンス材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＧａＡｓ、ガラスまたはセラミック材料）を含み得る。
【００１９】
図４は、本発明の第１の実施形態によるフィルタデバイスを示す。図４に示されるフィルタデバイスは、第１のフィルタユニットの直列共振子を介して直接的に接続される２つのフィルタユニットを含む。第１のフィルタユニット４１は、好適には、ラダー構成にて奇数の数の共振子（本例においては３つである）を含む。第１のフィルタユニット４１は、２つのタイプのバルク弾性波共振子である、直列共振子４２および並列共振子４３を含むバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタである。好適には、第１のフィルタユニット４１は、図１〜図３に示されるバルク弾性波共振子を含むバルク弾性波（ＢＡＷ）である。
【００２０】
さらに、第１のフィルタユニット４１は、１つの不平衡端子４４を含み、この端子と、例えば、アンテナの出力信号が接続され得る。端子４４に加えて、第１のフィルタユニット４１は、本例においてはグラウンドと接続される端子４５を備える。
【００２１】
第２のフィルタユニット４６は、格子構成の４つの共振子を備える。第１のフィルタユニット４１と同様に、第２のフィルタユニット４６は、２つのタイプのバルク弾性波共振子である直列共振子４２’および並列共振子４３’を含むバルク弾性波（ＢＡＷ）である。これによって、第１のフィルタユニット４１における直列共振子４２および第２のフィルタユニット４６における直列共振子４２’は、実質的に等しい共振周波数を有する。同じことが、第１のフィルタユニット４１における並列共振子４３および第２のフィルタユニット４６における並列共振子４３’に当てはまる（これらもまた、実質的に等しい共振周波数を有する）。さらに、第２のフィルタユニット４６は、２つの平衡端子４７および４８を備え、これらと、例えば、低雑音増幅器（ＬＮＡ）が接続され得る。
【００２２】
第２のフィルタユニット４６は、この第１のフィルタユニット４１の直列共振子４２を介してこの第１のフィルタユニット４１と接続される。なぜなら、そうでない場合、２つのフィルタユニット間でインピーダンスの不整合が生じるからである。第１のフィルタユニット４１が、直列共振子で終端となり、並列共振子で終端とならないという事実のために、第１のフィルタユニット４１および第２のフィルタユニット４６は、良好に整合される。
【００２３】
本発明のフィルタデバイスは、特に、平衡側における負荷間のノードが接地されていない場合（浮遊している）、すぐれた応答を有する。さらに、本発明によるフィルタデバイスは、平衡フィルタまたは異なった容量比を有する平衡フィルタよりも、通過帯域から阻止帯域への急峻な移行を有する。従って、本発明によるフィルタデバイスは、他の２つのフィルタよりも良好な選択性を有する。比較の結果は図５に示される。
【００２４】
図６は、本発明の第２の実施形態によるフィルタデバイスを示す。図６に示されるフィルタデバイスは、第１のフィルタユニットの直列共振子を介して直接的に接続される２つのフィルタユニットを備える。第１のフィルタユニット５１は、好適には、例えば、ラダー構成にて奇数の数の共振子（本例においては５つ）を備える。再び、第１のフィルタユニット５１は、２つのタイプのバルク弾性波共振子である、直列共振子４２および並列共振子４３を備えるバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタである。
【００２５】
図７は、本発明のさらなる実施形態によるフィルタデバイスを示す。これらのフィルタデバイスは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）または電力増幅器と単一チップ上で一体化される。図７は、モバイル通信デバイスの受信側（Ｒｘ）および送信側（Ｔｘ）を模式的に示す。
【００２６】
アンテナ６０から受信された信号は、スイッチ６１を介して、フィルタデバイス６３と低雑音増幅器（ＬＮＡ）とが一体化されたチップ６２に導かれる。フィルタデバイス６３は、ラダー構成にて奇数の数の共振子を含む第１のフィルタユニット、および格子構成にて少なくとも４つの共振子を含む第２のフィルタユニットを有する。フィルタデバイス６３は、アンテナからの信号をフィルタリングし、不平衡信号から平衡信号への変換を実行する。結果として生じた平衡信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）６４によって増幅され、ミキサ６５に導かれる。
【００２７】
アンテナ６０を介して伝送されるべき信号は、ミキサ６６によって生成され、フィルタデバイス６８と電力増幅器６９とを一体化するチップ６７に導かれる。フィルタデバイス６８は、ラダー構成にて奇数の数の共振子を含む第１のフィルタユニット、および格子構成にて少なくとも４つの共振子を含む第２のフィルタユニットをさらに有する。フィルタデバイス６８は、ミキサからの信号をフィルタリングし、平衡信号から不平衡信号への変換を実行する。結果として生じた不平衡信号は、電力増幅器６９によって増幅され、スイッチ６１を介してアンテナ６０に導かれる。
【００２８】
本発明によるフィルタデバイスを用いて、一体化された平衡不平衡フィルタデバイスが実現され得る。従って、構成要素の数の実質的低減が達成され得る。さらに、本発明によるフィルタデバイスは、さらなる構成要素、好適には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と単一チップ上で一体化され得る。さらに、本発明によるフィルタデバイスは、好適には、ＢＡＷフィルタを用いる。なぜなら、ＢＡＷフィルタは、既存のＳＡＷフィルタよりも費用効果的だからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、エアギャップを含む、例示的なバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子の断面を模式的に示す。
【図２】
図２は、図１のバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子の平面図を示す。
【図３】
図３は、音響ミラーを含む例示のバルク弾性波（ＢＡＷ）共振子の断面を模式的に示す。
【図４】
図４は、本発明の第１の実施形態による、フィルタデバイスを示す。
【図５】
図５は、異なったフィルタ接続形態の比較を示す。
【図６】
図６は、本発明のさらなる実施形態による、フィルタデバイスを示す。
【図７】
図７は、単一チップ上に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）または電力増幅器と一体化された、本発明のさらなる実施形態によるフィルタデバイスを示す。
【図８】
図８は、モバイル環境において用いられる表面弾性波フィルタデバイスの例を示す。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004519180.tif 000019
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【国際調査報告】
2004519180.tif 000021
2004519180.tif 000022
2004519180.tif 000023