專利名稱：鄰近耦合差動式輸入/輸出聲表面波設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及表面波設備，尤其涉及在許多應用場合，特別是在移動電話中使用的鄰近耦合表面波濾波器。
表面波濾波器在壓電基片的表面傳播聲波，通過在基片表面適當地放置的電極來改變表面波的傳播從而獲得濾波特性，表面波的傳播是表面波頻率的函數。這些電極有幾種結構，可以根據所得到的結果從中選擇。這些結構尤其包括帶橫向鄰近耦合諧振器的結構。
為了清楚起見，此處借用已知的兩極濾波器的例子來說明具有橫向鄰近耦合諧振器的濾波器的基本原理。這種濾波器具有兩個鄰近耦合的諧振器。每個諧振器都由處在兩個反射柵之間的振子形成。這些振子和反射柵通常具有一段長度約為半個波長的金屬涂敷。第一諧振器連接到濾波器的輸入端上，第二諧振器連接到輸出端上。輸入諧振器包括梳狀電極，梳狀電極的叉指與接地電極的叉指相互交錯。這種振子產生的聲波向左右兩個與振子的叉指平行的叉指反射柵發射，當斷開接地電極時，反射柵就可以獲得這些聲波。連接到輸出端上的諧振器與連接到輸入端上的諧振器是軸對稱的，該軸與輸入諧振器產生的聲波的傳播方向是平行的。諧振器有一個振子和兩個反射柵。由于地是公共的，因此相應的接地電極都被連在一起并被連接到地輸出端上。通過把兩個諧振器裝配在一起使它們實現鄰近耦合。這樣就可以將這種結構近似看作為一個將兩個波導放到一起的整體。每個單獨考慮的波導的傳布方式可以轉換成兩種方式，即對稱方式和不對稱方式。當兩個諧振器之間的距離比較大時，這兩種傳播方式的聲波傳播速度非常接近，它實際上等于獨立波導傳播方式的傳播速度。因此耦合非常弱。當兩個諧振器隔開一段距離時，這種現象更明顯。當兩個諧振器之間的距離減小時，這兩種傳播方式的聲波傳播速度有所不同并且耦合增強。可以證明這種結構的耦合系數約等于對稱傳播方式的頻率fs與不對稱傳播方式的頻率fa之間的標準差k，其中k＝2(fa-fs/fa+fs)。
這種耦合于是決定了這種類型濾波器的相對的通帶。一般來說，兩極濾波器的衰減特性很差，通帶兩側太緩。因此需要將幾個兩極結構的濾波器進行簡單級聯來產生四極到六極或更多極結構的濾波器。
這種結構的缺點在于中心總線是公共點，而該公共點被連接到地上。于是這種總線的特性禁止使用差動式連接，而差動式連接的需求卻日益增大，因為集成電路正朝著差動式結構發展。
獲得具有差動式結構的橫向耦合聲表面波濾波器的第一種方法已為行家們所知(美國專利5365138)。這是一種具有差動輸入和差動或非差動輸出的橫向耦合兩極濾波器，它用兩個被隔開半個波長的不同振子來代替與輸入端連接的諧振器的振子。地仍然是公共的，相應的電極也都連在一起。而輸入諧振器的每個振子則連接到一個差動輸入端上。
通過以與輸入諧振器的振子同樣的方式將輸出諧振器的振子分成兩部分，于是這種結構允許差動輸入和差動輸出。比較而言，這種濾波器的主要缺點是輸入阻抗較高，它實際上等于每個振子的兩個差動輸入端之間的輸入阻抗的總和，因為可以認為各個振子是用接地電極串聯起來的。為了解決這個問題，可以用另一種具有低輸入阻抗的濾波器。這種濾波器的基本思想在于直接以差動方式使用輸入振子。這意味著振子被連接在差動輸入的正端和負端之間。這種結構要求將中心總線分成兩部分，第一部分是輸出諧振器的接地總線，第二部分是輸入諧振器的差動輸入總線。
這種結構的輸入端子是能以相當于輸入振子的阻抗的低輸入阻抗差動工作。而這種結構的主要缺點是在差動工作方面，這就是正差動輸入端與負差動輸入端之間不對稱。
為克服此缺點，可以將兩個上述結構的濾波器并聯連接來獲得一個具有差動輸入的兩極濾波器(參考B.Wall，W.du Hamel″Balanced driven transversely coupled resonator filters″，1996 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings)。可以通過改變振子的極性來補償它們的正和負差動輸入變換。
最后指定的這種濾波結構的輸入端于是能以正差動輸入端與負差動輸入端完全對稱的方式并且以相當于各個振子的并聯阻抗值的非常低的輸入阻抗差動工作。不過，這對基片的實際寬度有要求。
本發明的目的是克服上述缺點。
為此，本發明的對象是所有N個聲道都鄰近耦合的聲表面波設備，其中N至少等于二，所有聲道都有一定的傳導長度，這些聲道都并列放置在基片上并且從1到N連續編號。所述設備包括含有至少一個振子的第一特定聲道，振子上有兩條帶電極的連接總線，振子被分成第一差動端和第二差動端這幾個在電氣上相互并聯的部分，可以選擇振子的各個部分的極性以便使第一差動端和第二差動端在電氣上對稱。
根據一個可能的實施例，該聲表面波設備還包括連接到第三端上的第二特定聲道，第二端最好作為設備的輸出端。
根據本發明的優選實施例，該設備是聲表面波濾波器，它的第一端和第二端最好作為第一差動輸入端和第二差動輸入端，該設備的每個聲道都由諧振器所組成，其中諧振器是由兩個反射柵之間的振子構成的。每個振子包括兩條帶電極的連接總線。在該實施例中，兩個輸入端的電氣對稱性是通過使兩個振子的輸入端的極性相反來獲得的，即將兩個振子的兩條外部總線(和各自的內總線)連接到兩個不同極性的輸入電壓上。這種輸入極性的相反可以通過將振子移動半個波長或通過連接電極以便維持兩個半振子之間的接點上的正和負極性的交替。
連接到濾波器輸出端的諧振器最好具有與連接到輸入的諧振器相同的結構，從而使濾波器的輸出端象輸入端那要也能差動工作。
根據另一個特性，連接到該濾波器的輸出端上的諧振器包括三個振子，它們的長度分別等于諧振器傳導總長度的1/4、1/2和1/4，這些振子在電氣上并聯連接以形成兩個差動輸出端。
以下特定示范性實施例的說明可以清楚地顯現出本發明的其它性能和優點。所選出的例子是由幾個連續編號為1到N的聲道構成的聲表面波濾波器，每個編號為n的聲道是由一個被相同編號n識別的諧振器構成的，這些聲道被并聯布置在基片上。在說明中僅使用術語“諧振器”。
將參考附圖進行說明，在附圖中
圖1示出了按照本發明第一實施例的兩極濾波器；圖2是圖1所示濾波器的電極的草圖；圖3示出了按照本發明第二實施例的三極濾波器；圖4示出了按照本發明第三實施例的兩極濾波器；圖5是圖4所示濾波器的電極的草圖；圖6示出了按照本發明第四實施例的三極濾波器；圖7示出了圖4所示濾波器的振子之間的各個互電容；圖8示出了按照本發明第五實施例的兩極濾波器；圖9示出了按照本發明第六實施例的三極濾波器。
在這些圖中，類似的元件用相同的數字或字母來表示。
圖1給出了按照本發明的具有差動輸入的兩極濾波器的結構的簡單示意圖。該濾波器具有兩個差動輸入端E+、E-，它們之間輸入需要濾波的信號，輸出端S產生相對于基準地的濾波后的信號。該濾波器包括兩個鄰近耦合的諧振器1和2。連接到差動輸入端E+和E-上的諧振器1包括兩個處于振子兩側的反射柵3和4，振子被分成兩部分，即第一振子5和第二振子6。連接到輸出端S上的諧振器2包括處于單個振子9兩側的反射柵7和8。每個振子5、6和9分別包括兩條連接總線10與11、12與13、14與15。連接總線14與地相連。第一振子5與第二振子6并聯形成兩個差動輸入端E+和E-。通過使第一振子5和第二振子6之間的連接總線的極性相反可以使兩個差動輸入端E+和E-對稱。圖2給出了組成兩個諧振器1和2的各個振子與反射柵的電極的布置示意圖，該圖清楚地顯現出這種極性的相反。為了清楚起見，所示結構非常簡單，尤其是它只包括少量的叉指電極。實際上，每個電極的叉指數目要比圖中所示的高得多，它符合于技術行家們所知的標準。虛線框中所示的第一振子5包括用連接總線10連接到差動輸入端E+上的第一電極16和用連接總數11連接到差動輸入端E-上的第二電極17。兩個電極16和17的叉指相互交錯形成正電極和負電極的交替分布，它們相互隔開約半個波長λ/2的距離。λ是濾波器中心工作頻率的波長。虛線框中所示的第二振子6被沿聲表面波的傳播方向放置在第一振子5的旁邊。第二振子6包括用連接總線12連接到差動輸入端E-的第一電極18和用連接總線13連接到差動輸入端E+上的第二電極19。根據這種布置，振子5和6的連接總線的極性相反。這樣就能夠使輸入端E+和E-電氣對稱。實際上，由于總線11和13與總線10和12不同，因此這們的阻抗值(相對于地和相對于輸出端S)是不平衡的。事實上，通過將總線10與13并聯和將總線11與12并聯使關聯后的輸入端E+和E-對每個輸入來說都是平衡的。通過選擇叉指的極性以便保持正電極和負電極的交替分布得到了差動輸入濾波器，這種濾波器的輸入阻抗與輸入諧振器的振子沒有被分成兩部分的那種類似的濾波器的輸入阻抗相等。
連接到差動輸入端E+和E-的諧振器1與連接到輸出端S的諧振器2是鄰近耦合的。連接到輸出端S的諧振器2包括虛線框中所示的單個振子9。
振子9包括用連接總線15連接到輸出端S上的第一電極20和用連接總線14連接到地上的第二電極21。上述用于說明本發明濾波器的基本結構的例子是一個兩極濾波器。通過采用帶差動輸入的三極濾波器很容易改善本發明的濾波器的衰減特性和改善通帶兩側的斜度。圖3示出了按照本發明的這種濾波器。與以上參考圖1和圖2所述的兩極濾波器相比，該三極濾波器包括放置在輸入諧振器與輸出諧振器之間的第三諧振器22。該第三諧振器22被鄰近耦合到輸入諧振器1和輸出諧振器2上。它不用于輸入或輸出，而是被連接到地上。按照這個例子，可以通過增加輸入諧振器1與輸出諧振器2之間的諧振器或者通過在諧振器1和諧振器2形成區以外的諧振器1側或諧振器2側的基片上加入諧振器來構造極數大于三的按照本發明的濾波器。
在上述用于對本發明加以說明的例子中，輸出端與是非差動式的。不過，在本發明的范圍內完全可能利用如圖4所示的等同于輸入諧振器的輸出諧振器。連接到差動輸出端S+和S-上的諧振器2包括兩個位于被分成第一振子28和第二振子29兩部分的振子兩側的反射柵7和8。第一振子28和第二振子29每個都分別包括兩條連接總線30與31、32和33。第一振子28與第二振子29并聯形成兩個差動輸出端S+和S-。通過使第一振子28與第二振子29之間的連接總線30與32和31與33的極性相反可以使差動輸出端S+與S-之間對稱。圖5以與圖2同樣的方式給出了構成兩個諧振器1和2的各個振子與反射柵的電極的布置示意圖，從中可以清楚地看出極性的相反。圖5所示的示范性濾波器具有連接到差動輸出端S+和S-上的諧振器2。諧振器2的結構與連接到差動輸入端E+與和E-上的諧振器1的結構是關于聲波傳播軸對稱的。
正如在圖1、2和3中所述的非差動輸出濾波器的情況下那樣，通過采用三極濾波器可以很容易地改善本發明差動輸出濾波器的主衰減特性和通帶兩側的斜度。圖6示出了這種濾波器。圖6所示的與圖3所示濾波器同樣方式的濾波器是一個三極濾波器，它是通過在圖4和5所示的兩極濾波器的兩個諧振器之間放置一個第三諧振器得到的。
這樣，圖4、5和6所示的濾波器結構具有使兩個差動輸入端E+和E-之間對稱以及使差動輸出端S+與S-之間對稱的優點。不過，就圖4所示的具有兩個鄰近耦合諧振器的濾波器來說，其主要衰減特性是使輸入諧振器的振子與輸出諧振器的振子之間的互電容平衡。這些電容可以示意性地用圖7來表示。當滿足下列關系時就能使互電容達到平衡C++＝C-+(1)C--＝C+-(2)在要這些情況下，輸入端與輸出端之間沒有直接電容通路。圖4和5所示的濾波器結構不滿足關系式(1)和(2)。這種結構圖形只能滿足下列關系C++＝C--(3)C+-＝C-+(4)關系式(3)和(4)不能象非差動輸出結構那樣消除電容性耦合的輸入和輸出之間的直接通路。
本發明的變型用于克服這一缺點。相應的濾波器的結構如圖8和9所示。
圖8是一個兩極濾波器。為了減輕輸入與輸出之間的直接通路的影響，對圖4和5所示的結構中連接到差動輸出端S+和S-上的諧振器2作了修改。連接到差動輸出端S+和S-上的諧振器的振子被分成第一振子38、第二振子39和第三振子40這三部分，每個振子分別包括兩條連接總線41和42、43和44、45與46。每個振子的長度分別為連接到差動輸入端E+和E-上的諧振器1的傳導總長度的1/4、1/2和1/4。
這三個振子38、39和40位于其它振子的同一側，它們是按照圖1中所述的規則并聯的。這樣，這種濾波器的結構能同時保證差動輸入端E+和E-之間對稱。圖9示出了同樣的三極濾波器的結構。本發明基本上是參照兩極濾波器和三極濾濾器來加以說明的。可以通過兩極濾波器或三極濾波器的級聯或者通過按照參考圖3、6和9所述的原理將足夠的諧振器耦合起來從而獲得具有更多極的按照本發明的濾波器。此外，在某些情況下，單個振子具有與諧振器的振子完全相同的作用，因而反射柵可以非常短(例如，10到50個叉指)或者不存在。在極數大于二的濾波器中，那些沒有連接到輸入端或輸出端上的諧振器被看成是由兩個反射柵之間的振子所構成的諧振器。然而，由于這些諧振器與地相連，因此便于用短路的電極柵來代替振子。最后，假定在上述例子中，每個聲道都是由諧振器構成的，這些諧振器只有一種諧振方式。本發明的范圍顯然能擴大到采用n個聲道鄰近耦合的任何類型的聲表面波設備，不管這些聲道是否由諧振器構成。特別是能夠得到在同一個聲道中具有以模式提供的輸入端和輸出端的這樣一種設備。
本發明基本上是參考具有差動輸入的聲表面波濾波器的特定例子來加以說明的。按照同樣的原理，本發明可以應用到具有單輸入和差動輸出的設備中。
還可以得到這樣一種無輸出端的設備，例如只用輸入端之間的阻抗來實現濾波器。
權利要求
1.一種所有N個聲道都采用鄰近耦合的聲表面波設備，其中N至少等于二，所有聲道都有一定的傳導長度，這些聲道都并聯放置在基片上并且從1到N連續編號，其中所述設備包括含有至少一個振子的第一特定聲道，振子上包括兩條帶電極的連接總線，振子被分成幾個在電氣上相互并聯的部分以形成第一差動端(E+)和第二差動端(E-)，可以選擇振子的各個部分的極性以便使第一差動端(E+)和第二差動端(E-)在電氣上對稱。
2.根據權利要求1所述的設備，還包括連接到第三端上的第二特定聲道。
3.根據權利要求2所述的設備，其中第一特定聲道相當于該設備中編號為1的聲道，其中第二聲道相當于該設備中編號為2的聲道，其中第一差動端和第二差動端構成該設備的第一差動輸入端(E+)和第二差動輸入端(E-)，其中第三端構成該設備的輸出端(S)。
4.根據權利要求3所述的設備，其中編號為N的聲道包括至少一個被分成幾個在電氣上相互并聯的部分的振子從而可以實現將輸出端(S)細分成第一差動輸出端(S+)和第二差動輸出端(S-)，可以選擇振子的各個部分的極性以便使第一差動輸出端(S+)與第二差動輸出端(S-)在電氣上對稱。
5.根據權利要求4所述的設備，其中編號為1的聲道的振子的各部分的長度分別約等于該聲道的傳導長度的1/4、1/2和1/4。
6.根據權利要求4所述的設備，其中編號為N的聲道的振子的各部分的長度分別等于該聲道的傳導長度的1/4、1/2和1/4。
7.根據權利要求1所述的設備，其中第一特定聲道的振子的電極被切割成規則序列的叉指從而形成正負電極的交替分布。
8.根據權利要求1所述的設備，其中N個鄰近耦合的聲道中的每一個都是由諧振器構成的，諧振器包括處在兩個反射柵之間的振子。
9.根據權利要求8所述的設備，其中編號為1的聲道的諧振器和編號為N的聲道的諧振器具有相同的結構，它們相互間關于聲表面波的傳播軸對稱。
10.根據權利要求2所述的設備，其中第一特定聲道對應于該設備中編號為N的聲道，其中第二聲道對應于該設備中編號為1的聲道，其中第一差動端和第二差動端構成該設備的第一差動輸出端(S+)和第二差動輸出端(S-)，其中第三端構成該設備的輸入端。
11.根據權利要求10所述的設備，其中編號為N的聲道的振子的各部分的長度分別約等于該聲道的傳導長度的1/4、1/2和1/4。
12.根據權利要求10所述的設備，其中編號為N的聲道的諧振器的電極被切割成規則序列的叉指從而形成正負電極的交替分布。
13.根據權利要求12所述的設備，其中N個鄰近耦合的聲道中的每個都是由諧振器構成的，諧振器包括處在兩個反射柵之間的振子。
全文摘要
本公開說明涉及鄰近耦合的差動式輸入/輸出聲表面波設備。該公開的設備包括N個聲道,其中N至少等于二。這些聲道是鄰近耦合的。第一特定聲道包括至少一個被分成幾個在電氣上相互并聯的部分的振子以形成第一差動端(E+)和第二差動端(E－)。可以選擇振子的各個部分的極性以便使第一差動端(E+)與第二差動端(E－)在電氣上對稱。該專利申請尤其涉及移動電話中使用的聲表面波濾波器。
文檔編號H03H9/145GK1197328SQ9810156
公開日1998年10月28日 申請日期1998年4月17日 優先權日1997年4月18日
發明者馬克·索拉爾, 皮埃爾·迪菲理 申請人:湯姆森-無線電報總公司