Title:
Elektroakustisches Filter und Duplexer mit elektroakustischem Filter
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein elektroakustisches Filter mit reduziertem Einfügungsverlust und reduziertem Flächenverbrauch wird bereitgestellt. Das Filter weist zwei DMS-Spuren und sieben Wandlern innerhalb jeder DMS-Spur auf.
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Inventors:
Shahvarpour, Attieh, Calif. (San Diego, US)
Hiremath, Akshaya Ishwarayya, Calif. (San Diego, US)
Challa, Ravi Kiran, Calif. (San Diego, US)
Application Number:
DE102016125795A
Publication Date:
06/28/2018
Filing Date:
12/28/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:



Foreign References:
200301691292003-09-11
WO2002047264A12002-06-13
Other References:
"DMS Filter with Reduced Resistive Losses", G. Kovacs, W. Sauer und T. Bauer, 2004 IEEE
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
Ein elektroakustisches Filter (EAF), umfassend
• eine erste DMS-Spur (T1) und eine zweite DMS-Spur (T2),
• einen ersten Reflektor (R1) und einen zweiten Reflektor (R2) in der ersten DMS-Spur (T1),
• in der ersten DMS-Spur:
einen ersten Wandler (TD1) zwischen dem ersten Reflektor (R1) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen zweiten Wandler (TD2) zwischen dem ersten Wandler (TD1) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen dritten Wandler (TD3) zwischen dem zweiten Wandler (TD2) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen vierten Wandler (TD4) zwischen dem dritten Wandler (TD3) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen fünften Wandler (TD5) zwischen dem vierten Wandler (TD4) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen sechsten Wandler (TD6) zwischen dem fünften Wandler (TD5) und dem zweiten Reflektor (R2),
ein siebter Wandler (TD7) zwischen dem sechsten Wandler (TD6) und dem zweiten Reflektor (R2),
• einen ersten Reflektor (R1) und einen zweiten Reflektor (R2) in der zweiten DMS-Spur (T2),
• in der zweiten DMS-Spur (T2):
einen ersten Wandler (TD1) zwischen dem ersten Reflektor (R1) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen zweiten Wandler (TD2) zwischen dem ersten Wandler (TD1) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen dritten Wandler (TD3) zwischen dem zweiten Wandler (TD2) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen vierten Wandler (TD4) zwischen dem dritten Wandler (TD3) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen fünften Wandler (TD5) zwischen dem vierten Wandler (TD4) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen sechsten Wandler (TD6) zwischen dem fünften Wandler (TD5) und dem zweiten Reflektor (R2),
einen siebten Wandler (TD7) zwischen dem sechsten Wandler (TD6) und dem zweiten Reflektor (R2).

Das elektroakustische Filter des vorigen Anspruchs, wobei
• in der ersten DMS-Spur (T1): der zweite, der vierte und der sechste Wandler Eingangswandler sind und
• in der zweiten DMS-Spur (T2): der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Wandler Eingangswandler sind.

Das Elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei,
• in der ersten DMS-Spur (T1): der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Wandler Ausgangswandler sind und
• in der zweiten DMS-Spur (T2): der zweite, der vierte und der sechste Wandler Ausgangswandler sind.

Das elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Wandler beider DMS-Spuren (TD1, TD2) eine Elektrode mit Masse (Ground) (GND) verbunden hat.

Das Elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
• der erste Wandler der ersten DMS-Spur mit dem ersten Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden ist,
• der dritte Wandler der ersten DMS-Spur mit dem dritten Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden ist,
• der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur mit dem fünften Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden ist,
• der siebte Wandler der ersten DMS-Spur mit dem siebten Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden ist.

Das elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bezüglich Symmetriezentren der Punktsymmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren, die schematischen Strukturen der folgenden Wandler symmetrisch sind:
• der erste Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum ersten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der zweite Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum zweiten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der dritte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der vierte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der sechste Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum sechsten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der siebte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum siebten Wandler der zweiten DMS-Spur.

Das elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bezüglich eines Symmetriezentrums der Punktsymmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren, die schematischen Strukturen der folgenden Wandler symmetrisch sind:
• der dritte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der vierte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur,
• der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur.

Das elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
• λ die akustische Wellenlänge ist,
• Die erste DMS-Spur (T1) hat eine Öffnung L1 zwischen 20 λ und 24 λ,
• Die zweite DMS-Spur (T2) hat eine Öffnung L2 zwischen 0,7 L1 und 0,85 L1.

Das elektroakustische Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundfläche der beiden DMS-Strukturen (T1, T2) in eine Fläche von 800 µm × 514 µm passt.

Ein Duplexer mit einem elektroakustischen Filter (EAF) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Empfangsfilter.

Description:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektroakustische Filter, z.B. HF-Filter für drahtlose Kommunikationsgeräte und Duplexer mit solchen Filtern.

In elektroakustischen Filtern werden elektroakustische Wandler verwendet, um zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen umzuwandeln. Filterkomponenten, die mit akustischen Wellen arbeiten, haben die Wandler mit einem piezoelektrischen Material gekoppelt. Durch Anlegen eines HF-Signals an Elektrodenstrukturen des Wandlers, werden HF-Signale in akustische Wellen umgewandelt. Entsprechend wandeln Wandlerstrukturen akustische Wellen in HF-Signale um.

Die Geschwindigkeit der akustischen Wellen ist deutlich kleiner als die Geschwindigkeit der HF-Signale in den Leiterstrukturen. Die entsprechenden Wellenlängen der akustischen Wellen sind somit kleiner als die Wellenlängen von elektromagnetischen Signalen und entsprechende Komponenten können kleiner gemacht werden, um dem aktuellen Trend zur Miniaturisierung von elektrischen oder elektronischen Schaltungen zu entsprechen.

In drahtlosen Kommunikationsgeräten können elektroakustische Filter als Bandpassfilter oder Bandsperrfilter verwendet werden, um jeweils erwünschte oder unerwünschte Signale selektiv durchzulassen oder zu unterdrücken. Elektroakustische Filter können in Multiplexern verwendet werden und ermöglichen einen geringen Einfügungsverlust innerhalb eines Durchlassbandes und einer guten Out-of-Band-Unterdrückung und steile Passbandumrandung.

Neben dem Trend zur Miniaturisierung besteht ein weiterer Trend zu einer zunehmenden Anzahl von elektrischen und elektronischen Funktionen in Kommunikationsgeräten, z.B. nimmt die Anzahl der Frequenzbänder, die mit einem einzigen Kommunikationsgerät verwendet werden können zu. Infolgedessen nimmt auch die Anzahl der benötigten Filter zu. Weiterhin ermöglichen moderne Transmissionsmodi, gleichzeitig Daten in mehr als einem Frequenzband zu senden und/oder zu empfangen. Somit kann zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr als ein Übertragungsfilter und/oder mehr als ein Empfangsfilter verwendet werden. In der Regel haben drahtlose Kommunikationsgeräte eine eingebaute Batterie mit begrenzter Energie. Jedoch verbrauchen eine zunehmende Anzahl von gleichzeitig verwendeten Filtern eine zunehmende Menge an elektrischer Energie.

Somit ist ein HF-Filter mit reduziertem Leistungsverbrauch und - aufgrund des Trends zur Miniaturisierung - einer reduzierten Nachfrage nach Flächenbedarf in einer elektrischen Komponente erwünscht.

Ein DMS (DMS = Double-Mode SAW) -Filter (SAW = Surface Acoustic Wave) ist ein Typ eines elektroakustischen Filters mit guten Filtereigenschaften wie einer guten Outof-Band-Unterdrückung und steilen Passbandumrandungen. DMS-Filter mit reduzierter Größe sind aus der Arbeit "DMS Filter with Reduced Resistive Losses", G. Kovacs, W. Sauer und T. Bauer, 2004 IEEE Ultrasonics Symposium bekannt.

Allerdings besteht die Notwendigkeit für noch kleinere Filter mit einem noch reduzierteren Stromverbrauch.

Somit ist ein elektroakustisches Filter erwünscht mit reduziertem Stromverbrauch und geringerem Platzbedarf.

Zu diesem Zweck ist das elektroakustische Filter gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.

Das elektroakustische Filter weist eine erste DMS-Spur und eine zweite DMS-Spur auf. Weiterhin weist das Filter in der ersten DMS-Spur einen ersten Reflektor und einen zweiten Reflektor auf. Zusätzlich weist das Filter in der zweiten DMS-Spur einen ersten Reflektor und einen zweiten Reflektor auf. In der ersten DMS-Spur weist das elektroakustische Filter auf: einen ersten Wandler zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor, einen zweiten Wandler zwischen dem ersten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen dritten Wandler zwischen dem zweiten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen vierten Wandler zwischen dem dritten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen fünften Wandler zwischen dem vierten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen sechsten Wandler zwischen dem fünften Wandler und dem zweiten Reflektor und einen siebten Wandler zwischen dem sechsten Wandler und dem zweiten Reflektor. In der zweiten DMS-Spur weist das Filter auf: einen ersten Wandler zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor, einen zweiten Wandler zwischen dem ersten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen dritten Wandler zwischen dem zweiten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen vierten Wandler zwischen dem dritten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen fünften Wandler zwischen dem vierten Wandler und dem zweiten Reflektor, einen sechsten Wandler zwischen dem fünften Wandler und dem zweiten Reflektor und einen siebten Wandler zwischen dem sechsten Wandler und dem zweiten Reflektor.

Somit ist ein elektroakustisches Filter mit sieben Wandlern zwischen zwei Reflektoren in jeder der beiden DMS-Spuren bereitgestellt, d.h. eine zweispurige 7-Wandler-DMS-Struktur. Innerhalb jeder akustischen Spur entspricht die Bezeichnung jedes Wandlers seiner Position innerhalb der akustischen Spur. In jeder akustischen Spur flankieren die Reflektoren die Wandler. Bei den Wandlern kann es sich um Interdigitalwandler (IDTs) handeln mit Elektrodenfingern, bei denen jeder Finger mit einer von zwei Sammelschienen elektrisch verbunden ist.

Die akustische Spur einer DMS-Struktur bezeichnet den Bereich an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials oder das Volumen in einem piezoelektrischen Material, in dem sich akustische Wellen hauptsächlich ausbreiten.

Die Reflektoren, die die Wandler flankieren, sind vorgesehen, um akustische Energie auf die akustische Spur zu beschränken. In jeder akustischen Spur können zwei oder mehr akustische Resonanzen etabliert werden, wenn HF-Signale an den Filter angelegt werden.

Ein derartiges zweigspuriges 7-Wandler-Filter kann eine herkömmliche DMS-Filterstruktur ersetzen und hat den Vorteil einer reduzierten Größe und eines reduzierten Leistungsverbrauchs, da der Einfügungsverlust innerhalb eines Durchlassbandes reduziert wird.

Die Verkleinerung der Größe kann durch ein erhöhtes Wandler-zu-Reflektor-Verhältnis erreicht werden, da weniger Reflektoren pro Wandler in der akustischen Spur angeordnet werden müssen.

Ferner können aufgrund einer erhöhten Anzahl von Wandlern und der Verwendung von zwei DMS-Spuren die Länge der Elektrodenfinger verringert werden, was zu einer Verringerung der ohmschen Verluste und somit des Leistungsverbrauchs führt.

Es ist möglich, dass das Filter einen einseitigen Eingangsanschluss hat. Es ist aber auch möglich, dass das Filter einen balancierten Eingangsanschluss hat.

Bei einer unbalancierten Signalübertragung trägt eine Signalleitung das HF-Signal in Bezug auf ein Massepotential. Bei einer balancierten Signalübertragung gibt es ein Massepotential und zwei Signalleitungen. Jede der beiden Signalleitungen trägt ein HF-Signal in Bezug auf Masse. Die HF-Signale der beiden Signalleitungen sind meist gleich, mit Ausnahme einer Phasendifferenz von 180°. Balancierte Signalleitungen stellen eine gute Unterdrückung von unerwünschten Gleichtaktsignalen bereit.

Ferner ist es möglich, dass das Filter einen unbalancierten Signalausgangsanschluss aufweist. Es ist aber auch möglich, dass das Filter einen balancierten Signalausgangsanschluss hat.

Wenn das Filter einen unbalancierten Signaleingangsanschluss und einen balancierten Signalausgangsanschluss hat, kann das Filter eine BALUN (BALanced/UNbalanced) Wandlerfunktionalität bereitstellen. Auch wenn das Filter einen balancierten Signaleingangsanschluss und einen unbalancierten Signalausgangsanschluss aufweist, wird eine BALUN-Funktionalität bereitgestellt.

Die Wandler können herkömmliche Materialien wie Silber, Gold, Kupfer, Aluminium und andere umfassen und können eine Sandwichstruktur mit unterschiedlichen Materialien in verschiedenen Schichten aufweisen.

Die Wandler können auf einem piezoelektrischen Material angeordnet sein, das ein einkristallines piezoelektrisches Material sein kann, z.B. Lithiumniobat oder Lithiumtantalat.

Beide DMS-Spuren können nebeneinander auf dem gleichen piezoelektrischen Material angeordnet werden.

Es ist möglich, dass in der ersten DMS-Spur der zweite, der vierte und der sechste Wandler Eingangswandler sind. Weiterhin sind in der zweiten DMS-Spur der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Wandler Ausgangswandler.

Die drei Eingangswandler der ersten DMS-Spur können mit einem unbalancierten Eingangsanschluss elektrisch verbunden sein.

Es ist möglich, dass in der ersten DMS-Spur der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Wandler Ausgangswandler sind. In der zweiten DMS-Spur sind der zweite, der vierte und der sechste Wandler Ausgangswandler. Dann ist es möglich, dass der zweite, der vierte und der sechste Wandler der zweiten DMS-Spur elektrisch mit einem unbalanciertem Ausgangsanschluss verbunden sind. Es ist möglich, dass jeder der Wandler beider DMS-Spuren eine Elektrode aufweist, die elektrisch mit Masse verbunden ist.

Dann wird die jeweilige andere Elektrode des jeweiligen Wandlers, die nicht mit Masse verbunden ist, elektrisch mit einem Eingangsanschluss, mit einem Ausgangsanschluss oder mit einem anderen Wandler der jeweils anderen DMS-Spur verbunden.

Es ist möglich, dass der erste Wandler der ersten DMS-Spur mit dem ersten Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden ist. Der dritte Wandler der ersten DMS-Spur ist mit dem dritten Wandler der zweiten Spur verbunden. Der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur ist mit dem fünften Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden. Der siebte Wandler der ersten DMS-Spur ist mit dem siebten Wandler der zweiten DMS-Spur verbunden.

Diese elektrischen Verbindungen zwischen den beiden DMS-Spuren liefern das HF-Signal von der ersten DMS-Spur zur zweiten DMS-Spur. Die HF-Signale jeder dieser vier Verbindungen können die gleiche Phase haben. Es ist jedoch möglich, dass Phasendifferenzen zwischen den vier Leitersegmenten bestehen.

Es ist möglich, dass die beiden DMS-Spuren und die Wandlerstrukturen der entsprechenden DMS-Spuren eine Symmetrie enthalten. Eine solche Symmetrie kann eine Spiegelsymmetrie und/oder eine Punktsymmetrie sein.

Es ist möglich, dass in Bezug auf eine Spiegelebene der Symmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren die schematischen Strukturen einiger Wandler symmetrisch sind. Insbesondere kann der erste Wandler der ersten DMS-Spur und der erste Wandler der zweiten DMS-Spur symmetrisch bezüglich einer Spiegelebene der Symmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren sein. Auch kann der zweite Wandler der ersten DMS-Spur und der zweite Wandler der zweiten DMS-Spur symmetrisch in Bezug auf die Spiegelebene sein. Der sechste Wandler der ersten DMS-Spur und der sechste Wandler der zweiten DMS-Spur können auch eine symmetrische Struktur in Bezug auf eine Spiegelebene der Symmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren aufweisen. Auch können der siebte Wandler der ersten DMS-Spur und der siebte Wandler der zweiten DMS-Spur in der oben erwähnten Weise symmetrisch sein.

Es ist möglich, dass der dritte Wandler der ersten DMS-Spur und der dritte Wandler der zweiten DMS-Spur nicht symmetrisch in Bezug auf eine solche Spiegelebene sind. Auch kann der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur und der fünfte Wandler der zweiten DMS-Spur nicht einer solchen Spiegelebene entsprechen. Auch kann der sechste Wandler der ersten DMS-Spur und der sechste Wandler der zweiten DMS-Spur nicht symmetrisch sein in Bezug auf eine Spiegelebene der Symmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren.

Es ist möglich, dass eine Punktsymmetrie bestimmter Wandler des Filters existiert.

Es ist möglich, dass bezüglich der Symmetriezentren der Punktsymmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren die schematischen Strukturen der folgenden Wandler symmetrisch sind:

  • • der erste Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum ersten Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der zweite Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum zweiten Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der dritte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der vierte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der sechste Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum sechsten Wandler der zweiten DMS-Spur,
  • • der siebte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum siebten Wandler der zweiten DMS-Spur.

Es ist möglich, dass in Bezug auf ein Symmetriezentrum der Punktsymmetrie zwischen den beiden DMS-Spuren die schematischen Strukturen des dritten Wandlers der ersten DMS-Spur symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur sind. Entsprechend kann der vierte Wandler der ersten DMS-Spur symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur sein und der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur ist symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur.

Der erste, der zweite, der sechste und der siebte Wandler einer der DMS-Spuren kann keinen symmetrischen Zwilling in Bezug auf eine Punktsymmetrie in der jeweils anderen DMS-Spur benötigen.

Es ist anzumerken, dass sich die obigen Aussagen über die Symmetrie auf den schematischen Aufbau der Wandler beziehen, ohne die Öffnung des Wandlers zu berücksichtigen. Somit können sich die Fingerlängen der Wandlerstrukturen zwischen den Wandlern unterscheiden, die, wie oben angegeben, als symmetrisch zueinander bezeichnet sind.

Daher können sich die Aussagen bezüglich der Symmetrie insbesondere auf die Longitudinalpositionen der Elektrodenfinger der genannten Wandler beziehen. Hier ist die Longitudinalrichtung die Ausbreitungsrichtung der Schallwellen.

Die akustische Wellenlänge einer akustischen Welle, die einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes entspricht, wird mit λ bezeichnet. Es ist möglich, dass die erste DMS-Spur eine Öffnung L1 zwischen 20 λ und 24 λ aufweist. Die zweite DMS-Spur hat eine Öffnung L2, die zwischen 0,7 L1 und 0,85 L1 gewählt werden kann.

Eine bevorzugte Öffnung der ersten DMS-Spur kann 22 λ sein. Eine bevorzugte Öffnung der zweiten DMS-Spur kann 17 λ sein.

Im Vergleich zu bekannten DMS-Filtern, werden die Öffnungen des vorliegenden Filters reduziert und aufgrund von reduzierten ohmschen Verlusten, die durch die Elektrodenfinger verursacht werden, wird der Einfügungsverlust verringert und weniger Energie wird verbraucht, was zu einer längeren Batterielebensdauer führt.

Es ist möglich, dass die erste DMS-Spur und die zweite DMS-Spur zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dann ist die erste DMS-Spur zwischen dem Eingangsanschluss und der zweiten DMS-Spur elektrisch verbunden.

Es ist möglich, dass die Grundfläche der beiden DMS-Strukturen in eine Fläche von 800 µm × 540 µm passt.

Mit solch einer Verringerung der Grundfläche kann ein Gehäuse des Typs 1511 durch ein Gehäuse des Typs 1410 ersetzt werden, wenn das bereitgestellte Filter als Empfangsfilter eines Duplexers verwendet wird.

Es ist möglich, dass das Filter ein Bandpassfilter ist und eine Einfügungsverlustverbesserung gegenüber herkömmlichen Filtern in einem Durchlassband von 0,2 dB aufweist.

Das Durchlassband kann das Empfangsfrequenzband eines Band 27 Duplexers sein.

Entsprechend ist es möglich, das Filter als Empfangsfilter in einem Duplexer zu integrieren.

Grundlegende Aspekte des vorliegenden Filters, Funktionsprinzipien und Ausführungsformen sind in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt.

  • 1a / 1b zeigen mögliche Grundanordnungen von Wandlern in einer zweigspurigen 7-IDT-Konfiguration.
  • 2 zeigt den möglichen Fortschritt bei der Größenreduktion.
  • 3 zeigt mögliche Details eines zweispurigen DMS-Filters.
  • 4 stellt Eigenschaften dar, die eine Spiegelebenensymmetrie betreffen.
  • 5a / 5b zeigt Eigenschaften bezüglich eines Symmetriezentrums.
  • 6 zeigt einen frequenzabhängigen Einfügungsverlust in einem Empfangsfrequenzband.
  • 7 zeigt einen frequenzabhängigen Einfügungsverlust eines Sendefrequenzbandes.
  • 8 zeigt eine frequenzabhängige Isolation.
  • 9 zeigt Verbesserungen beim Einfügungsverlust innerhalb eines Sendefrequenzbandes.
  • 10 zeigt eine frequenzabhängige Übertragungsimpedanz.
  • 11 zeigt eine frequenzabhängige Antennenimpedanz.
  • 12 zeigt Verbesserungen beim Einfügungsverlust in einem Empfangsfrequenzband.
  • 13 zeigt eine frequenzabhängige Empfangsimpedanz in einem Empfangsfrequenzband.
  • 14 zeigt eine frequenzabhängige Antennenimpedanz in einem Empfangsfrequenzband.
  • 15 zeigt einen frequenzabhängigen Empfangseinfügungsverlust in einer Breitbandperspektive.
  • 16 zeigt einen frequenzabhängigen Übertragungseinfügungsverlust in einer Breitbandperspektive.

1a zeigt Grundstrukturen des dargestellten elektroakustischen Filters EAF. Der Filter hat eine erste DMS-Spur T1 und eine zweite DMS-Spur T2. In der ersten DMS-Spur T1 sind ein erster Reflektor R1 und ein zweiter Reflektor R2 angeordnet. Zwischen diesen beiden Reflektoren ist ein erster TD1, ein zweiter TD2, ... ein siebter TD7-Wandler angeordnet. Die Nummer der Wandler gibt der Einfachheit halber ihre relative Position in der akustischen Spur an. Die zweite DMS-Spur T2 enthält eine ähnliche Konstruktion mit zwei Reflektoren, die die akustische Spur in longitudinaler Richtung flankieren. Zwischen den beiden Reflektoren sind sieben Wandler angeordnet. So kann das elektroakustische Filter eine zweigspurige 7-Wandler-Konfiguration sein. Für den Eingang von HF-Signalen ist ein Eingangsanschluss IN vorgesehen. Ein Ausgangsanschluss OUT existiert, um gefilterte HF-Signale an eine externe Schaltungsumgebung bereitzustellen, z.B. ein Frontend-Abschnitt eines mobilen Kommunikationsgerätes.

Es ist bevorzugt, dass der Abstand zwischen den beiden DMS-Spuren ausreichend ist, um die akustisch aktiven DMS-Spuren akustisch zu entkoppeln. Der zweite, der vierte und der sechste Wandler der ersten DMS-Spur T1 sind mit dem Eingangsanschluss IN gekoppelt, d.h. eine der beiden Elektroden eines Wandlers ist elektrisch mit dem Eingangsanschluss IN verbunden. Der erste Wandler, der dritte Wandler, der fünfte Wandler und der siebte Wandler der ersten DMS-Spur T1 sind mit den entsprechenden Wandlern der gleichen Nummer der zweiten DMS-Spur T2 elektrisch verbunden. Der zweite, vierte und sechste Wandler der zweiten DMS-Spur T2 sind elektrisch mit dem Ausgangsanschluss OUT verbunden.

1b zeigt eine mögliche und bevorzugte Ausführungsform der Geometrie des Wandlers und die Richtung des durch Pfeile angezeigten HF-Signals. Verglichen mit der in 1a dargestellten Topologie sind die IDT-Fingerorientierungen unterschiedlich. Natürlich ist die Darstellung schematisch und stellt nicht notwendigerweise die tatsächliche Anzahl der Finger oder die jeweilige Größe zwischen verschiedenen IDTS in einer DMS-Spur dar. Mit Fingerorientierung ist gemeint, dass der erste/letzte Finger einer Spur an der Signalelektrode oder Masse angebracht ist. Die Fingerorientierung hat einen wichtigen Einfluss auf das DMS-Design.

Die akustischen Elemente der ersten Spur T1 sind (von links nach rechts) bezeichnet mit RA (Reflektor), W9 (Wandler), Wo (Wandler), WA (Wandler), WB (Wandler), WC (Wandler), WD (Wandler), WE (Wandler), RB (Reflektor).

Die akustischen Elemente der zweiten Spur T2 sind (von links nach rechts) bezeichnet mit RC (Reflektor), WF (Wandler), WG (Wandler), WH (Wandler), WI (Wandler), WJ (Wandler), WK (Wandler), WL (Wandler), RD (Reflektor).

Die Öffnung beträgt 22 λ für die erste Spur T1 und 17 λ für die zweite Spur. Die Öffnung ist der Abstand zwischen den Sammelschienen (Elektroden) oder der Länge jedes Fingers, welche in einer DMS-Spur bei allen Fingern gleich ist.

Die Reflektoren können folgende Parameter haben:

  • Reflektor RA:
    • Fingeranzahl: =36
    • Fingerabstand [µm]: =2.301445594593
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger rechts: =3
  • Reflektor RB:
    • Fingeranzahl: =36
    • Fingerabstand [µm]: =2.329107628909
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =3
  • Reflektor RC:
    • Fingeranzahl: =36
    • Fingerabstand [µm]: =2.360944551313
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger rechts: =3
  • Reflektor RD:
    • Fingeranzahl: =36
    • Fingerabstand [µm]: =2.329545804073
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =3
  • Parameter der Wandler der ersten akustischen Spur können sein:
    • Wandler W9
    • Fingeranzahl: =22
    • Fingerabstand [µm]: =2.297419777773
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =3
    • Geglättete Finger rechts: =5
  • Wandler Wo
    • Fingeranzahl: =32
    • Fingerabstand [µm]: =2.276096718741
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =8
    • Geglättete Finger rechts: =8
  • Wandler WA
    • Fingeranzahl: =32
    • Fingerabstand [µm]: =2.275868197709
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =5
    • Geglättete Finger rechts: =3
  • Wandler WB
    • Fingeranzahl: =26
    • Fingerabstand [µm]: =2.265148355697
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =6
    • Geglättete Finger rechts: =6
  • Wandler WC
    • Fingeranzahl: =28
    • Fingerabstand [µm]: =2.271540328992
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =3
    • Geglättete Finger rechts: =5
  • Wandler WD
    • Fingeranzahl: =32
    • Fingerabstand [µm]: =2.265781832114
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =8
    • Geglättete Finger rechts: =8
  • Wandler WE
    • Fingeranzahl: =24
    • Fingerabstand [µm]: =2.278315614121
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =5
    • Geglättete Finger rechts: =3
  • Parameter der Wandler der zweiten akustischen Spur können sein:
    • Wandler WF
    • Fingeranzahl: =26
    • Fingerabstand [µm]: =2.270138991647
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =6
    • Geglättete Finger rechts: =6
  • Wandler WG
    • Fingeranzahl: =32
    • Fingerabstand [µm]: =2.302168529502
    • Metallisierungsgrad: 0.675000000000 Geglättete Finger links: =8
    • Geglättete Finger rechts: =8
  • Wandler WH
    • Fingeranzahl: =36
    • Fingerabstand [µm]: =2.281328584904
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =6
    • Geglättete Finger rechts: =5
  • Wandler WI
    • Fingeranzahl: =22
    • Fingerabstand [µm]: =2.309537174526
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =8
    • Geglättete Finger rechts: =8
  • Wandler WJ
    • Fingeranzahl: =38
    • Fingerabstand [µm]: =2.284778503071
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =5
    • Geglättete Finger rechts: =6
  • Wandler WK
    • Fingeranzahl: =32
    • Fingerabstand [µm]: =2.308890244393
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =8
    • Geglättete Finger rechts: =8
  • Wandler WL
    • Fingeranzahl: =22
    • Fingerabstand [µm]: =2.279184160808
    • Metallisierungsgrad: =0.675000000000
    • Geglättete Finger links: =6
    • Geglättete Finger rechts: =6

2 veranschaulicht die Verringerung des Grundflächenverbrauchs des vorgeschlagenen Filters im Vergleich zu einem herkömmlichen Filter. Insbesondere repräsentiert der Bereich A2 den Bereich des Empfangsfilters, der durch herkömmliche DMS-Strukturen realisiert wird. Im Gegensatz dazu stellt A1 den Bereich im gleichen Maßstab des Empfangsfilters gemäß dem vorliegenden Filter dar.

Der zuvor benötigte Bereich A2 hat eine Breite von 577 µm, während die Länge 900 µm beträgt. Unter Verwendung des vorliegenden Entwurfs kann die Breite des Filters auf 540 µm reduziert werden, während die Länge auf 800 µm reduziert werden kann. Somit kann die Gesamtfläche von 590,300 µm2 auf 411,200 µm2 reduziert werden. Eine Gesamtfläche von 108,100 µm2 wird eingespart und die Fläche wird um 21,8% reduziert.

Weitere Miniaturisierung ist aufgrund der reduzierten Fläche und aufgrund des reduzierten Energieverbrauchs möglich.

3 zeigt eine mögliche Anordnung von Wandlern, bei denen unterschiedliche Wandler in longitudinaler Richtung unterschiedliche Längen aufweisen. Elektroden, die nicht direkt mit dem Eingangsanschluss IN oder mit dem Ausgangsanschluss OUT oder mit anderen Wandlern desselben Filters verbunden sind, sind elektrisch mit Masse GND verbunden.

Es ist bevorzugt, dass Ausgangssignale, die von dem zweiten Wandler der zweiten DMS-Spur bereitgestellt werden, durch den vierten Wandler der zweiten DMS-Spur und durch den sechsten Wandler der zweiten DMS-Spur die gleiche Phase haben, um positiv am Ausgangsanschluss OUT zu interferieren.

4 veranschaulicht mögliche Symmetrien zwischen den Konstruktionen verschiedener Wandler. Der Aufbau des ersten Wandlers der ersten DMS-Spur kann unter Bezug auf eine Spiegelsymmetrie zum ersten Wandler der zweiten DMS-Spur symmetrisch sein. Die Symmetrieebene SP liegt zwischen den beiden DMS-Spuren.

Die gleiche Symmetrie kann für den dritten Wandler der ersten DMS-Spur bzw. den dritten Wandler der zweiten DMS-Spur und für den fünften Wandler der ersten DMS-Spur bzw. den fünften Wandler der zweiten DMS-Spur und für den siebten Wandler der ersten DMS-Spur bzw. für den siebten Wandler der zweiten DMS-Spur gelten, wie durch die Pfeile angedeutet.

Hier bezieht sich die Symmetrie auf den schematischen Aufbau eines Wandlers ohne Berücksichtigung der Öffnung, d.h. die Länge der Elektrodenfinger der jeweiligen Wandler. Es ist möglich und kann bevorzugt sein, dass die erste DMS-Spur die größere Fingerlänge haben kann, d.h. die größere Öffnung im Vergleich zu der zweiten DMS-Spur.

5a zeigt mögliche Punktsymmetrien mit einem Symmetriezentrum zwischen benachbarten Wandlern unterschiedlicher Spuren. Der erste Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum ersten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der zweite Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum zweiten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der dritte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der vierte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der sechste Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum sechsten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der siebte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum siebten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Elektrische Verbindungen zwischen den Spuren sind in dem Filter vorhanden, aber in der Abbildung für eine verbesserte Klarheit der Positionen der Symmetriezentren weggelassen.

5b zeigt eine mögliche Punktsymmetrie mit dem Symmetriezentrum SC zwischen den beiden DMS-Spuren. Der dritte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum fünften Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der vierte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum vierten Wandler der zweiten DMS-Spur sein. Der fünfte Wandler der ersten DMS-Spur kann symmetrisch zum dritten Wandler der zweiten DMS-Spur sein.

6 zeigt den frequenzabhängigen Einfügungsverlust eines entsprechenden Empfangsfilters eines Band-27-Duplexers. Die Kurve S1 zeigt den Einfügungsverlust eines herkömmlichen Filters. Die Kurve S2 zeigt den frequenzabhängigen Einfügungsverlust eines oben beschriebenen elektroakustischen Wandlers S.

7 zeigt den frequenzabhängigen Einfügungsverlust eines Übertragungsfilters eines Band-27-Duplexers. Die Kurve S1 zeigt den Einfügungsverlust eines herkömmlichen Filters. Die Kurve S2 zeigt den Einfügungsverlust eines Filters, wie er soeben dargelegt wurde.

8 zeigt die Isolierung eines Band-27-Duplexers, d.h. die Leistung eines Signals, das von einem Übertragungsweg zu dem Empfangsweg austritt, durch die Kurve S1, die die Isolierung eines Duplexers mit herkömmlichen Filtern darstellt. Kurve S2 stellt die Isolation mit einem verbesserten Filter dar. Der Pfeil zeigt in einem Frequenzbereich, in dem S2 eine reduzierte Isolation aufweist. Dies ist auf ein induktives Element zurückzuführen, das elektrisch mit einem Anschluss des Duplexers verbunden ist, um die Isolierung zu verbessern, und das bei der Ausführungsform auf der 8 basiert weggelassen wurde.

9 zeigt die Verringerung des Einfügungsverlustes der Kurve S2, die dem verbesserten Filter für das Band-27-Sendefrequenzband entspricht.

10 und 11 zeigen die frequenzabhängige Sende- bzw. Antennenimpedanz für Duplex er mit konventionellen und mit verbesserten Filtern in einem Abschnitt eines Smith-Diagramms. Die Transition zu einem verbesserten Filter führt zu einer geringeren Impedanzänderung und zu einer verbesserten Impedanzanpassung.

12 zeigt die Verbesserung der Isolation in einem Band-27 Empfangsfrequenzbereich durch S2, die den Einfügungsverlust eines verbesserten Filters bezeichnet.

13 und 14 zeigen eine verbesserte Empfangsimpedanz bzw. eine Antennenimpedanz, die durch eine Transition zu dem verbesserten elektroakustischen Filter erhalten wird.

15 zeigt eine Breitbandansicht des Einfügungsverlusts eines Bandes 27 mit Empfangsfilter für eine herkömmliche DMS-Struktur (S1) und für die vorliegende DMS-Struktur (S2).

16 zeigt den entsprechenden Breitband-Einfügungsverlust für das Band 27-Übertragungsfilter.

Das vorliegende Filter ist nicht auf die oben gezeigten und beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen beschränkt. Auch Filter, die weitere DMS-Strukturen oder weitere Wandler umfassen, sind ebenfalls enthalten.

Bezugszeichenliste

A1:
relativer Flächenbedarf eines Filters gemäß dem dargelegten Design
A2:
relativer Flächenbedarf eines konventionellen Filters
EAF:
elektroakustisches Filter
f:
Frequenz
GND:
Masse
IL:
Einfügungsverlust
IN:
Eingangsanschluss
ITD:
Eingangswandler
OTD:
Ausgangswandler
OUT:
Ausgangsanschluss
R1:
erster Reflektor
R2:
zweiter Reflektor
S1:
Einfügungsverlust eines konventionellen Filters
S2:
Einfügungsverlust eines verbesserten Filters
SC:
Symmetriezentrum
SP:
Symmetrieebene
T1:
erste DMS-Spur
T2:
zweite DMS-Spur
TD1, TD2, ..., TD7:
erster, zweiter, ..., siebter Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • "DMS Filter with Reduced Resistive Losses", G. Kovacs, W. Sauer und T. Bauer, 2004 IEEE [0007]