WO2005125007A1 - 高周波素子及び電源供給素子、並びに通信装置 - Google Patents

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Masahiro Tanaka
Shun Mitarai
Masahiro Tada
Koji Naniwada
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Definitions

  • High frequency element power supply element, and communication device
  • the present invention relates to a high-frequency element having a high-frequency signal element having an electrostatic drive type moving element and DC voltage supply means for supplying a DC noise voltage to the high-frequency signal element.
  • the present invention also relates to a power supply element for supplying the high-frequency signal element with a DC bias voltage.
  • the present invention relates to a communication device using a filter including the high-frequency element.
  • a DC bias current is applied to the transducer.
  • a DC noise voltage is supplied to a vibrator in a static state in which the power supply circuit is imprinted, for example, when power is supplied using a simple circuit, the voltage that fluctuates due to the instability of the power supply circuit or ⁇ A high voltage generated by any factor is applied to the pole that drives the vibrator (the driving portion of the vibrator or the lower electrode);
  • the variation of the fe motion fe width causes the signal processing characteristics of the high-frequency signal element to fluctuate. If the voltage change is remarkable, the vibrator cannot be recovered due to factors such as the sticking of the drive part of the vibrator and the lower electrode, the occurrence of discharge between the moving part and the lower electrode, and the occurrence of abnormal vibration. Ready to go
  • a high-frequency filter configured using MEMS (microelectromechanical system) elements has been proposed, but in such a high-frequency finoletor, when the DC bias voltage fluctuates, the oscillator Time variation of impedance occurs, and it is difficult to obtain good filter characteristics.
  • MEM microelectromechanical system
  • a semiconductor integrated circuit is configured by incorporating the s element into a digital circuit, the drive circuit for the digital signal processing part and the power supply for the MEMS element are shared, and the stability is not particularly enhanced. There is a concern that the characteristics of the MEMS device may fluctuate due to voltage fluctuations.
  • High frequency filters using MEMS devices have been proposed by research institutions such as the University of Michigan (see Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 C.T.-N guyen, Microchanchanica 1 componentsform lnt aturizedlow— powercommunications (invitedplenary), proceedings, 1999. , 18, 1999, pp. 48-77. Disclosure of the Invention
  • the present invention provides a high-frequency device having a supply means for improving the stability of a DC bias voltage applied to an electrostatic drive type vibrator.
  • Another object of the present invention is to provide a power supply element capable of supplying a stable DC bias voltage to the vibrator.
  • the present invention provides a filter using the high-frequency element described above. It is intended to provide a communication device with improved reliability.
  • the high-frequency element according to the present invention includes a high-frequency signal element including an electrostatically driven vibrator that is operated by applying a DC bias voltage, and includes a pad that supplies a DC bias voltage and the vibrator.
  • a circuit having the function of stabilizing the DC bias voltage is added to this configuration.
  • a power supply element is a power supply element for driving a high-frequency signal element including a driving type vibrator that is operated by applying a DC bias voltage, and stabilizes a DC bias voltage.
  • the configuration is such that a circuit having a function is added.
  • a communication device is a communication device provided with a filter for limiting a band of a transmission signal and / or a reception signal.
  • an electrostatic drive type vibrator operated by applying a DC bias voltage is used as a finator.
  • a circuit having a function of stabilizing the DC bias voltage is added between the pad that supplies the DC / bias voltage and the electrostatic drive type vibrator.
  • ⁇ ⁇ ⁇ By supplying a stable DC bias voltage to the electrostatic drive type vibrator, it is possible to suppress the time variation of the output high frequency signal. Surge voltage) can prevent the destruction of the vibrator.
  • a DC bias voltage is stabilized between the electrostatic drive type coupling 465- element which comprises a filter, and the pad which supplies a DC bias voltage.
  • the electrostatic drive type coupling 465- element which comprises a filter
  • the pad which supplies a DC bias voltage.
  • 3A and 3B are conceptual diagrams illustrating a basic configuration of a high-frequency device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a second basic configuration of the high-frequency device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the high-frequency device according to the present invention, which does not have the third basic configuration.
  • the figure is a schematic view of an embodiment in which a filter is formed by one MEMS electrostatic drive type pendulum.
  • the figure is a schematic diagram of another embodiment in which a finoleta is formed with one MEMS electrostatically driven pendulum.
  • the figure is a schematic diagram of an embodiment in which a filter is formed by a plurality of MEMS electrostatically driven vibrators arranged in parallel.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of another embodiment in which a filter is formed by a plurality of MEMS electrostatically driven vibrators arranged in parallel.
  • 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a composite vibrator constituting a composite vibrator type filter used in the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a parallel composite oscillator constituting a composite oscillator type filter applied to the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing a high-frequency device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the first embodiment of the high-frequency device according to the present invention.
  • 12A to 12B are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating one embodiment of a method for manufacturing a high-frequency device according to the present invention.
  • 13A to 13B are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating one embodiment of a method for manufacturing a high-frequency device according to the present invention.
  • 14A to 14B are manufacturing process diagrams (part 3) illustrating one embodiment of a method for manufacturing a high-frequency device according to the present invention.
  • FIG. 15 is a manufacturing process diagram (part 4) illustrating one embodiment of a method for manufacturing a high-frequency device according to the present invention.
  • FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing a second embodiment in which the high-frequency element according to the present invention is applied to a ladder-type filter having a one-stage configuration.
  • FIG. 17 is a filter characteristic diagram showing the frequency dependence of the transmission characteristic value of the one-stage ladder filter of FIG.
  • Fig. 18 is an enlarged view of the main part of Fig. 17 when the center frequency of the shunt oscillator group in the equivalent circuit of Fig. 16 is 92 MHz.
  • Fig. 19 is an enlarged view of the main part of Fig. 17 when the center frequency of the shunt oscillator group in the equivalent circuit of Fig. 16 is 95 MHz.
  • FIG. 20 is an enlarged view of the main part of FIG. 17 when the center frequency of the shunt oscillator group in the equivalent circuit of FIG. 16 is set to 96 MHz.
  • FIG. 21 is an equivalent circuit diagram showing a third embodiment in which the high-frequency element according to the present invention is applied to a two-stage ladder filter.
  • FIG. 22 is a filter characteristic diagram showing the frequency dependence of the transmission characteristic value of the two-stage ladder filter of FIG. 21.
  • FIG. 23 is an equivalent circuit showing a fourth embodiment in which the high-frequency element according to the present invention is applied to a high-frequency resonator.
  • FIG. 24 is a characteristic diagram showing the frequency dependence of the transmission characteristic value of the watt-frequency resonator of FIG.
  • FIG. 25 is a circuit diagram showing an embodiment of a communication device according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a high-frequency element includes a high-frequency element including an electrostatic drive type vibrator that is operated by applying a DC bias voltage, and a package that supplies a DC bias voltage and a vibrator.
  • a high-frequency signal element configured by adding a circuit having a function of stabilizing a DC bias voltage between the It is possible to adopt a configuration having a group of transducers for performing signal processing as circuit elements.
  • the circuit having the function of stabilizing the current bias voltage is composed of a resistor inserted in series with the DC power supply line, and a capacitor inserted between the DC power supply line and the ground. be able to.
  • a circuit having a function of stabilizing a DC noise voltage can be provided on the same substrate on which a high-frequency signal element is formed.
  • the high-frequency signal element has a function of selecting a signal in a desired frequency band from the input high-frequency signal.
  • the high-frequency signal element includes a reference signal of the high-frequency signal. It can be configured to have the function of generating
  • a power supply element is a power supply element for driving a high-frequency signal element including an electrostatically driven vibrator operated by applying a DC bias voltage. It is configured by adding a circuit having the function of stabilizing the ground voltage.
  • the communication device provides a ⁇ ⁇ f3 ⁇ 4 signal and / or
  • a device having a fin notator for limiting the bandwidth of a communication signal has an electrostatic drive type vibrator that is operated by applying a dc noise voltage as a finolator.
  • a filter having a circuit having a function of stabilizing a DC noise voltage is provided between a head for supplying a negative voltage and the actuator.
  • the circuit having the function of stabilizing the DC bias voltage can be configured by a resistor inserted in series with the DC power supply line and a capacitor inserted between the terminal and the ground. it can.
  • a circuit with a function to stabilize the DC bias voltage can be provided on the same substrate on which the filter is formed.
  • a circuit having a function of stabilizing a DC bias voltage is provided between a pad for supplying a DC / bias voltage and an electrostatic drive type vibrator.
  • the high-frequency element according to the embodiment of the present invention can be configured as a high-frequency filter, for example, a ladder type filter using an electrostatic drive type vibrator as the high-frequency signal element.
  • a stable DC bias voltage to the driving portion of the vibrator serving as the high-frequency signal selector or the lower electrode, it is possible to suppress the time variation of the finalized high-frequency signal. It is out. Also, damage to the irrecoverable resonator due to surge voltage can be minimized.
  • the high-frequency element according to the embodiment of the present invention can be configured as a reference signal generator by using an electrostatic drive element as the high-frequency signal element.
  • the high-frequency element according to the embodiment of the present invention uses an electrostatic drive type vibrator as the high-frequency signal element, and mechanically couples the plurality of vibrators to form a composite vibrator-type finalizer. It can be. Then, by applying a stable DC bias voltage to the driving part or lower electrode of the vibrator constituting the composite vibrator-type fill, the time variation of the filtered high-frequency signal is suppressed. can do. Also, damage to the irrecoverable oscillator due to the surge voltage can be minimized. ⁇
  • the DC bias voltage is applied to the electrostatic drive type vibrator through this power supply element.
  • the DC bias voltage does not fluctuate, the fluctuation in the impedance of the vibrator is suppressed, and a high-frequency signal with a stable signal strength can be obtained.
  • the DC noise voltage is stabilized between the electrostatic drive type vibrator constituting the filter and the pad for supplying the DC bias voltage.
  • the time variation of the output high-frequency signal or the intermediate frequency signal can be suppressed.
  • Communication devices can be provided.
  • FIG. 1 shows a first basic configuration (concept) of a high-frequency device according to the present invention.
  • the high-frequency element 1 includes a high-frequency signal element including an electrostatically driven oscillator 2 and a DC voltage supply for supplying a DC bias voltage to the oscillator 2.
  • a DC power source 3 serving as a means.
  • the vibrator 2 has a lower electrode, that is, an input electrode 5 and an output electrode 6 arranged at a required distance from each other on the surface of the substrate 4, and a vibrating portion or a rail that bridges the input / output electrodes 5 and 6 in a bridge shape.
  • beams beam-type vibrating electrodes
  • a ground plane 8 is formed on the back surface of the substrate 4, and the laser DC power supply 3 is connected between the beam 7 and the ground plane 8.
  • a resistor Ra is inserted in series with the feed line 9 between the DC power source 3 and the beam 7, and a capacitance (shunt capacitance) C a is inserted between the feed line 9 and the ground plane 8, and these resistors R a a and a capacitor C a form a DC voltage stabilization circuit 10 for stabilizing the DC bias voltage.
  • FIG. 2 shows a second basic configuration (concept) of the high-frequency device of the present invention.
  • This high-frequency element 11 has a high-frequency signal element including a vibrator 2 having the same configuration as that shown in FIG. 1, and connects a DC power supply 3 to an input electrode 5 and a ground plane 8. Between the DC power supply 3 and the input electrode 5, a resistor Ra is inserted in series with the power supply line 9, and a capacitor C a is inserted between the power supply line 9 and the ground plane 8.
  • a DC voltage stabilizing circuit 10 is formed by the capacitor and the capacitor C a. Beam 7 is left electrically floating.
  • a DC bias voltage and a high-frequency signal are input to the input electrode 5 in a superimposed manner.
  • the operation and effect of the vibrator 2 of the high-frequency element 11 are basically the same as those of the high-frequency element 1 of FIG.
  • FIG. 3 shows a third basic configuration (concept) of the high-frequency device of the present invention.
  • the high-frequency element 12 includes a high-frequency signal element including an electrostatic drive type oscillator 13 and a DC power supply 3 serving as a DC voltage supply unit for supplying a DC bias voltage to the oscillator 13. I do.
  • Vibrator 1 Vibrator 1
  • DC power supply 3 is connected between beam 16 and ground plane 17. In addition, DC power supply
  • a resistor Ra is inserted in series into the line 9 between the beam 3 and the beam 16, and a capacitance (shunt capacitance) C a is inserted between the supply line 9 and the ground plane 17. And a capacitor C a form a DC voltage stabilization circuit 10 for stabilizing the DC bias voltage.
  • the beam 16 becomes an input electrode, and the lower electrode 15 becomes an output electrode.
  • the beam 1 When a DC bias voltage and a high-frequency signal are input to the beam 16 in a superimposed state, the beam 1
  • the beam 16 resonates due to electrostatic force generated between the lower electrode 15 and the lower electrode (output electrode) 15, and a high-frequency signal of a desired frequency is output from the lower electrode 15. Since a stable DC bias voltage is supplied to the vibrator 13 through the DC voltage stabilizing circuit 10, it is possible to suppress the time variation of the output high-frequency signal. Also, suddenly It is possible to prevent the vibrator 13 from being destroyed by the applied high voltage pulse (surge voltage).
  • the high-frequency signal element can be formed by a filter composed of a MEMS electrostatic drive type vibrator.
  • a filter composed of a MEMS electrostatic drive type vibrator.
  • an RC circuit DC voltage stabilizing circuit for stabilizing the DC voltage composed of the above-described resistor Ra and the capacitor C a.
  • 10 is the distance between the DC power input pad to the filter, that is, the DC power input pad 22 connected to the DC power source, and the beam 7 of one vibrator 21.
  • an RC circuit DC pressure stabilization circuit that stabilizes the DC voltage composed of the above-mentioned resistance Ra and capacitance C a
  • 10 is the DC power input pad of the filter, that is, the E power input -y connected to the DC power supply 3 and the input electrode 5 of one vibrator 21. Can be connected between and.
  • the RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 that stabilizes the DC voltage composed of C a is connected to the DC power input pad to the finoleta, that is, the DC power supply 3, DC power input pad, 2
  • the RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 that stabilizes the DC voltage composed of C a is connected to the DC power input to the finalizer.
  • the RC circuit (DC voltage stabilizing circuit) 10 for stabilizing the DC voltage described above can be formed on the same substrate as the filter.
  • the above-mentioned RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 is composed of the DC power input pad 22 to the filter in FIGS. 4 to 7 and the filter] It can also be formed as a part of a line formed between a DC power supply 3 for driving an electrically driven vibrator.
  • the MEMS electrostatic drive type vibrator can be replaced with the configuration shown in FIG.
  • the high-frequency signal element according to the present embodiment can be formed by a standard signal generator including a MEMS electrostatically driven oscillator.
  • a standard signal generator including a MEMS electrostatically driven oscillator
  • a a RC circuit DC voltage stabilization
  • the DC power supply input pad for generating the standard signal that is, the DC connected to DC power supply 3 It can be connected between the power input pad 22 and the beam 7 of one vibrator 21.
  • an RC circuit DC voltage stabilization circuit that stabilizes the DC voltage composed of the above-mentioned resistor Ra and capacitor C a 10 is the DC power input pad to the standard signal generator, that is, the DC power input pad 2 connected to the DC power source 3 as shown in Fig. 5 (however, the filter is replaced with a standard signal generator). 2 and the input electrode 5 of one vibrator 21 can be connected.
  • a standard signal generator can be When manufactured using an EMS electrostatic drive type vibrator, the RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 that stabilizes the DC voltage composed of the resistor Ra and the capacitor C a described above is similar to that shown in FIG. (However, replace the filter with a standard signal generator), the DC power input pad to the standard signal generator, that is, the DC power input pad 22 connected to the DC power supply 3, and the multiple oscillators 2 3, that is, it can be connected to the parallel beam 7.
  • the RC circuit DC voltage stabilization circuit 10 that stabilizes the DC voltage composed of the resistor Ra and the capacitor C a described above is similar to that shown in FIG. (However, replace the filter with a standard signal generator), the DC power input pad to the standard signal generator, that is, the DC power input pad 22 connected to the DC power supply 3, and the multiple oscillators 2 3, that is, it can be connected to the parallel beam 7.
  • a Circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 is a DC power input pad to the standard signal generator, that is, the DC power input pad, that is, the filter is replaced with a standard signal generator, as shown in Fig. 7 (the filter is replaced with a standard signal generator). It can be connected between the DC power supply input pad 22 connected to the power supply 3 and the plurality of vibrators 23, that is, the input electrodes 5 thereof.
  • the R C circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 for stabilizing the direct voltage described above is formed on the same substrate as the standard signal generator.
  • the above-mentioned RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 is used to drive the DC power supply input pad 22 to the standard signal generator and the MEMS electrostatic drive type oscillator of the standard signal generator. It can also be formed as a part of a line formed between the DC power supply 3 and the DC power supply 3.
  • the high-frequency signal element according to the present embodiment can be formed by a composite vibrator-type finoleta composed of a mechanical coupling, such as a MEMS electrostatic drive vibrator.
  • Figure 8 shows the schematic configuration of the composite resonator that constitutes this composite resonator type filter.
  • this composite oscillator 24 two beams 7C7A and 7B are arranged in parallel, and the two beams 7C7A and 7B are arranged in parallel.
  • a part of A and B is mechanically connected by the connecting part 25,
  • An input electrode 26 A composed of a lower electrode 26 is arranged below the beam 7 A, and an output electrode 26 B composed of the lower electrode 26 is arranged below the other beam 7 B.
  • a plurality of such composite oscillators 24 are parallelized to output high-frequency signals in parallel.
  • the composite vibrator 27 has an input electrode 26 composed of one lower electrode for one beam group 71 composed of a plurality of parallel beams 7A. A is arranged, and a beam group 7 2 composed of a plurality of parallel beams 7 B is arranged so as to be in parallel with the beam group 7 1.
  • An output electrode 26B consisting of one lower electrode is placed, and ⁇
  • a composite resonator type filter is combined with one composite resonator 2
  • an R C circuit DC voltage stabilization circuit that stabilizes the DC voltage composed of the above-mentioned resistance Ra and capacitance C a
  • the filter is replaced by a composite resonator type filter
  • the DC power supply input pad-of the composite resonator type filter that is, the DC power supply 3 is connected. It can be connected between the direct power input pad 22 and the beam 7 [7A7B] of one composite oscillator 24.
  • the composite resonator type finalizer is manufactured by using 1 ⁇ parallelized composite resonators 27 (see FIG. 9)
  • the DC voltage composed of the above-described resistance Ra and capacitance C a is stabilized.
  • the RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 is the same as that shown in Fig. 4 (however, the filter is replaced with a composite resonator type filter), and the DC power input pad to the composite resonator type filter is That is, a DC power supply input pad 22 connected to the DC power supply 3 and a plurality of paralleled composite vibrators 27, It can be connected between the structured beams 71 and 72.
  • the above-mentioned RC circuit (DC voltage stabilization circuit) 10 is composed of a DC power supply input pad 22 to a composite resonator type filter and a composite resonator of a composite resonator type filter. It can be formed as a part of a line formed between the DC power supply 3 for driving 24 and 27.
  • the above-described RC circuit (DC voltage stabilizing circuit) 10 for stabilizing the DC voltage can be formed on the same substrate as the composite resonator type filter.
  • the DC voltage stabilization circuit 10 is connected between the input electrode 26A of the resonator and the DC power supply input pad 22. It can be connected between them.
  • the high-frequency signal element and the DC voltage supply means for supplying the DC bias voltage can be formed on the same substrate (in the same die).
  • the high-frequency signal element and the DC voltage supply means for supplying the DC bias voltage may be formed on separate substrates and connected to each other.
  • FIG. 10 plan view
  • FIG. 11 schematic sectional view
  • a MEMS electrostatic drive type vibrator is applied to a composite vibrator type filter configured by mechanical coupling.
  • the composite resonator type filter 101 includes a plurality of composite resonators 103 and 104 on a common substrate 102 and beams of the resonators 103 and 104.
  • a resistor R 1, R 2 for preventing leakage of high frequency (RF) signals between 106 and 107, a resistor Ra and a pair of comb-shaped electrodes 108 and 109 are placed at a required interval.
  • a DC voltage stabilizing circuit (a so-called RC circuit) 10 composed of a capacitor C a formed by forming a capacitor, and an electrode pad for supplying a DC power supply, a so-called DC power input pad 22 are provided. Consisting of
  • the substrate 102 for example, a substrate having an insulating film on the surface of a semiconductor substrate, a substrate such as an insulating substrate, and in this example, a substrate having the insulating film 122 on the surface of the semiconductor substrate 121 is used.
  • a lower electrode that is, an input electrode 112 and an output electrode 113, are formed on the surface of the substrate 102, and a plurality of vibrating portions, that is, both ends, which straddle the input electrode 112 in a prism shape.
  • Beams 106 of beam structure are arranged in parallel, and a plurality of (same or different as above) vibrating portions that straddle output electrode 113 in a bridge-like manner, that is, beams 10 of doubly supported structure 7 are arranged in parallel.
  • a plurality of beams 1 1 2 straddling the input electrode 1 0 6 are connected to each other via a support (anchor) 1 1 4 of the beam 1 1 2 to a wiring section 1 1 7 formed on the substrate 10 2. Is done.
  • a plurality of beams 107 crossing over the output electrodes 113 are also connected to each other via the supporting portions (anchors) 115 of the beams 113 and the wiring portions 110 formed on the substrate 102 with each other. Commonly connected to 8.
  • shield electrodes surround the composite oscillator 103, 104, resistors 11, R2, DC voltage stabilization circuit 10, and DC power input pad 22.
  • a conductive layer 1 19 serving as a (ground) plane is formed.
  • a ground plane that is, a ground electrode 120 to which a ground potential is applied is formed on the back surface of the substrate 102 via an insulating film 123.
  • each of the resistors R 1 and R 2 for preventing the leakage of the RF signal is connected to the wiring sections 117 and 118 of the two beam groups 106 and 107 via the wiring section 128.
  • the other ends of the resistors R l and R 2 are commonly connected to the wiring section 125.
  • one end of the resistor Ra constituting the DC voltage stabilization circuit 10 is connected to the wiring portion 125, and the other end of the resistor Ra constitutes the capacitance C a via the wiring portion 129.
  • One of the comb-shaped electrodes 108 is connected to a DC power input pad 22.
  • the other comb-shaped electrode that constitutes the capacitance C a 109 is connected to the conductive layer 119 for shielding formed on the surface of the substrate 102 and, for example, through a through hole provided on the substrate 102 or through the side surface of the substrate.
  • Through 6 is connected to the ground electrode 120 on the back of the substrate.
  • the resonators 103, 101 are passed through the DC voltage stabilization circuit 10 including the resistance Ra and the capacitance C a. Since a DC bias voltage is applied to the beams 104 and 107 of the 04, it is possible to suppress the temporal fluctuation of the filtered high-frequency signal. In addition, damage to the vibrator due to surge voltage can be minimized.
  • a MEMS device such as a high-frequency filter is incorporated into another semiconductor circuit, for example, a digital circuit to constitute a semiconductor integrated circuit.
  • the present invention can also be applied to the case where voltage supply to the MS element and the digital circuit is performed using a common power supply means.
  • a substrate 130 is prepared.
  • an insulating film for example, a silicon oxide thin film (HDP film: High Density Plasma oxide film) and a silicon nitride film serving as an anti-etching film are formed on a high-resistance silicon (Si) wafer 13 1.
  • a composite insulating film 132 composed of a silicon thin film (upper surface side) is formed to a required thickness, for example, a thickness of about 200 nm.
  • a conductive polycrystalline silicon thin film (PDAS: Phosphorus doped) is formed on the composite insulating film 132.
  • Amorphous silicon) 133 is formed to a required thickness, about 380 nm.
  • Wiring section 13 8 [13 8 A, 13 8 B and the resistance Ra are buried between each other.
  • a sacrificial layer such as a silicon oxide thin film (HDP) 13 9 is deposited. After that, the silicon oxide thin film
  • 1 3 9 is flattened.
  • it is flattened by chemical mechanical polishing (CMP), and the input / output electrodes 13 6, 13 7, wiring section 13 8 [1 38 A, 1
  • a silicon oxide thin film (low-pressure TEOS) that serves as a sacrificial layer with a thickness corresponding to the distance between 13 6 and 13 7 and a beam to be formed later, in this example, about 50 nm in thickness.
  • TEOS low-pressure TEOS
  • a silicon oxide thin film serving as a sacrificial layer serving as a silicon oxide thin film serving as a sacrificial layer
  • the surface of the surface including the through holes 144A and 142B is covered with a desired thickness of a phosphorus-doped polycrystalline silicon thin film (P
  • a DAS film is formed, patterned into a beam shape, and, for example, notched by a dry etching method.
  • Support part 1 4 6 A, 1 is formed, patterned into a beam shape, and, for example, notched by a dry etching method.
  • a pattern 9 is formed by dry etching, and openings are formed between the wiring portion 13 A and the resistor Ra, the wiring portion in contact with the resistor Ra, and the portion of the capacitor C a. C, 142 D.
  • the support portions 144 A and 144 B of the beam 144 are mechanically and electrically connected to the wiring portions 144 A, 142 B. Is done.
  • a thin film for example, an A1-Si film, which becomes a connection wiring, a capacitance, and a DC power input pad, is formed, and a resist mask and a hydrogen fluoride solution ( Patterning is performed using DHF (Diluted HF) to form a capacitance C a of A 1 -Si film, connection wiring 148 and DC power input pad 150.
  • DHF Diluted HF
  • connection wire 1448a between the wiring portion 144A and the resistor Ra, a pair of comb-shaped electrodes constituting the capacitance C a, and an electrode pad 15 connected to one of the comb-shaped electrodes
  • a connection wiring 1 48 b is formed between 0 and one of the comb-shaped electrodes and the resistor Ra.
  • the silicon oxide thin film (HDP) 140 serving as a sacrificial layer is removed by this hydrogen fluoride solution (DHF), and the beam 144 and the input / output electrodes 13 6 and 13 A space 1 5 1 is formed between 7.
  • DHF hydrogen fluoride solution
  • the MEMS electrostatic drive type oscillator 152, the DC voltage stabilizing circuit 10 and the DC power input pad 150 are formed. Obtain 5 3 (see Figure 15).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of a high-frequency device according to the present invention.
  • a high-frequency signal element that is operated by applying a DC noise voltage to a part of the high-frequency signal line is provided, and the impedance of the high-frequency signal line and the DC bias voltage are reduced. Impedance ⁇ between the impedance of the DC power supply wiring that supplies the voltage and the impedance
  • the high-frequency element that suppresses signal leakage includes a high-frequency signal element that is operated by applying a DC bias voltage to a part of a high-frequency signal line, and a direct voltage supply that drives a high-frequency signal element. Means, and the impedance of the other wiring connected to the high-frequency signal line is irregular with respect to the impedance of the high-frequency signal line.
  • a specific example of a high-frequency element that suppresses signal leakage is a high-frequency circuit block when a DC bias voltage is supplied to one or a plurality of high-frequency blocks (for example, a parallel oscillator). Is divided into weeks, and the interval between them is connected with an impedance that is different from the impedance of the RF signal line as viewed from the DC power supply that forms part of the RF signal line in the high-frequency circuit block.
  • the DC power supply wiring is formed using such a connection method as described above, the signal line to which the DC bias voltage and the high-frequency signal are mixedly applied in the high-frequency circuit block passes through the DC power supply circuit.
  • connection method ⁇ most good that can have a suppressing this minimizes leakage to block outside, although the child against the DC power feed line through b over Nono 0 pass filter, the resistance difference only Even so, a sufficient effect can be obtained.
  • MEMS micro electro mechanical system
  • the DC impedance of the S resonator is extremely large, and only a very small direct current flows through the DC power supply line.Therefore, a considerably large resistance, for example, a group of resonators of several M ⁇ and DC power supply Insert between wiring However, the voltage does not drop due to the resistance, and therefore, effective impedance mismatch can be realized.
  • the present embodiment enables a stable supply of a DC bias voltage to a vibrator to a high-frequency element in which leakage can be suppressed by such impedance mismatch.
  • FIG. 16 is an equivalent circuit of a second embodiment in which the high-frequency device according to the present invention is applied to a one-stage ladder filter.
  • the high-frequency signal line 32 is formed of a microstrip line, and the high-frequency signal line 32 is connected in series between the input terminals T in and T out of the signal line 33.
  • a vibrator 35 composed of a plurality of vibrators (vibrator groups) is connected, and a plurality of parallel vibrators are similarly connected between the output side of the series vibrator 35 and the ground line 34.
  • a shunt oscillator 36 composed of an oscillator (oscillator group) is connected. The series vibrator 35 and the shunt vibrator 36 are configured to operate by supplying a DC bias voltage.
  • a DC voltage supply means for example, a DC power supply circuit having a DC power supply circuit 37 and a DC power supply line 38 is provided. It is connected to a driving part that becomes a part of a signal line 33 described later of the element 35 and the shunt vibrator 36.
  • the DC power supply circuit 37 for example, a circuit configuration in which AC is converted to a constant voltage / DC and supplied, or a circuit configuration in which DC is converted into a constant voltage / DC converted and supplied to DC is supplied. It is out.
  • the impedance of the series oscillator 35 and the shunt oscillator 36 between the impedance of the signal line 33 from the DC power supply terminal side and the impedance of the DC power supply wiring 38 is set. Configured to have inconsistencies. That is, between the signal line 33 in the series oscillator 35 and the shunt oscillator 36 and the DC power supply wiring 38 Connect elements to form impedance mismatch.
  • resistance elements R 1 and R 2 are used as this element.
  • a resistance element R 1 is connected between the beam of the series oscillator 35 and the DC power supply wiring 38, and a resistor is connected between the beam of the shunt oscillator 36 and the DC power supply wiring 38.
  • Element R2 is connected.
  • a DC voltage stabilization circuit 10 consisting of a resistance Ra and a capacitance C a is connected between the DC power supply wiring 38 and the DC power supply input pad 22 connected to the DC power supply circuit 37. Is done. In this case, it is possible to omit the resistor R a and use the resistors R 1 and R 2 and the capacitor R a to form the DC voltage stabilization circuit 10 using the resistors R 1 and R 2.
  • the series vibrator 35 and the shunt vibrator 36 are formed of MEMS electrostatically driven vibrators.
  • This MEMS electrostatic drive type oscillator adopts the same configuration as that of FIGS. 1 and 2 described above, that is, the structure of the oscillator itself except for the circuit system.
  • the series vibrator 35 in FIG. 16 is configured by paralleling a plurality of, for example, 40, individual MEMS electrostatically driven vibrators 2.
  • the shunt vibrator 36 is configured by paralleling a plurality of, for example, 160 MEMS electrostatically driven vibrators 2.
  • the resistive elements R 1 and R 2 connected between the beam forming a part of the signal line 33 and the DC feed line 38 are formed using, for example, a thin line made of a polycrystalline silicon film.
  • R 1 and R 2 1 ⁇ .
  • the characteristic impedance of the signal line 33 shown in Fig. 16 is designed to be the same as the combined impedance ⁇ of the shunt oscillator 36.
  • the single-stage ladder-type high-frequency filter 31 of the second embodiment has a series A high-frequency circuit block, a DC power supply circuit 37, and a DC power supply block including a DC voltage stabilization circuit 10 and a DC power supply wiring 38 are provided. It is formed on the same semiconductor chip.
  • FIGS. 17 to 20 show the filter characteristics of the one-stage ladder filter 31 shown by the equivalent circuit of FIG. That Shi Li co down semiconductors process ladder off I filter 3 1 configured with by Ri fabricated MEMS electrostatic drive type vibrator group in, ⁇ Dobante' click manufactured nets work analyzer 3 7 6
  • the frequency dependence of the transmission characteristic value S 21 (S parameter) measured using 7 G is shown.
  • DC 15 V was applied to the series oscillator (oscillator group) 35 and the shunt oscillator (oscillator group) 36 using a common power supply.
  • the resonance frequency of the series vibrator (vibrator group) 35 is 98 MHz
  • the center frequency of the shunt vibrator (vibrator group) 36 is 2 MHz and 3 MHz higher than those of the series vibrator. z, 6 MHz lower, 96 MHz, 95 MHz, and 92 MHz, respectively.
  • Figure 17 shows the filter characteristics showing the shunt frequency dependence (the curves with different shunt frequencies shown in Figs. 18 to 20 overlapped).
  • Figures 18, 19, and 20 show the main part A of Figure 17 when the center frequency of the shunt oscillator 36 is 96 MHz, 95 MHz, and 92 MHz, respectively. Shows the expanded frequency characteristics corresponding to.
  • all the shunt frequencies exhibit almost the same curve without ghost (noise), and particularly the same curve at the resonance and anti-resonance peaks. It shows the expected frequency characteristics without noise.
  • the effect of the shunt oscillator 36 can be observed only obscurely because the input impedance of the network analyzer is 50 ⁇ .
  • M The impedance between the beam forming part of the signal line 33 and the DC power supply line 38 of the series oscillator 35 and shunt oscillator 36 formed of the EMS electrostatic drive type oscillator
  • FIG. 21 is an equivalent circuit of a third embodiment in which the high-frequency device according to the present invention is applied to a two-stage ladder type finoletor.
  • the ladder-type filter 61 includes a plurality of oscillators (oscillators) each of which is parallelized to a high-frequency signal line 32 constituted by a microstrip line as described above. Group), and shunt oscillators 661 and 662 each composed of a plurality of oscillators (oscillator groups) paralleled with each other.
  • a ladder-type finolater consisting of That is, the series oscillator is connected between the input terminal T in and the output terminal T out of the signal line 33.
  • a second ladder-type filter in which a shunt oscillator 62 is connected between the output side of the series oscillator 652 and the ground line 34 is provided.
  • Each series vibrator 651, 652 and shunt vibrator 661, 66 2 is configured to operate by supplying a DC bias voltage.o Therefore, similar to the above description, a DC voltage supply means, for example, a DC power supply circuit having a DC power supply circuit 37 and a DC power supply line 38 is provided. Is provided from the DC power supply circuit 37 through the DC power supply circuit, that is, the DC power supply wiring 38, and the straight IJ vibrators 651, 652 and the shunt vibrator 661,
  • a DC voltage stabilizing circuit 10 consisting of a resistance Ra and a capacitance C a is connected between 38 and the DC power input pad 22 connected to the DC power circuit 37. It is also possible to omit this person- ⁇ A port and the resistance Ra.
  • the series vibrators 651, 652 and the shunt vibrators 661, 662 are the same as 3 ⁇ 4 3 ⁇ 4E (the MEMS electrostatic drive type vibrator 2.
  • a resistive element R 3 is connected between the beam of the series vibrator 65 1 of the stage and the DC power supply wiring 38, and a resistance is provided between the beam of the shunt vibrator 66 1 and the DC power supply wiring 38.
  • the element R 4 is connected.
  • a resistive element R5 is connected between the beam of the second-stage series oscillator 652 and the DC power supply wiring 38, and the resistance element R5 is connected between the beam of the shunt oscillator 662 and the DC holoelectric wiring 38. Is connected to a resistance element R 6.
  • the series vibrators 66 1 and 62 2 in FIG. 21 are configured by paralleling a plurality of, for example, 40 individual MEMS electrostatically driven vibrators 2.
  • the shunt vibrators 66 1 and 62 2 are configured by paralleling a plurality of, for example, 160 MEMS electrostatically driven vibrators 2.
  • the characteristic impedance of the signal line 33 shown in FIG. 21 is designed to be the same as the impedance ⁇ of the shunt oscillators 66 1 and 62 2.
  • the high-frequency filter 61 includes a high-frequency circuit block including series vibrators 651 and 652 and shunt vibrators 661 and 62, and a DC power supply circuit.
  • a DC power supply block including a DC voltage stabilizing circuit 10 and a DC power supply wiring 38 is formed on the same semiconductor chip.
  • FIG. 22 shows the filter characteristics of the two-stage ladder filter 61 represented by the equivalent circuit of FIG.
  • a ladder-type filter 61 composed of a group of MEMS beam-type vibrators manufactured by a silicon semiconductor process is used to convert an Advantech's network * analyzer 37
  • S 21 S parameter
  • DC 15 V was applied to the series oscillators (vibrator group) 651, 652 and the shunt oscillators (vibrator group) 661, 662 using a common power supply.
  • the resonance frequency of the series oscillators (vibrator group) 651, 652 is 98 MHz
  • the center frequency of the shunt oscillators (vibrator group) 661, 662 is The measurement was performed with the frequency set to 94 MHz, 4 MHz lower than that. As is evident from the characteristic curve in Fig. 22, the expected frequency characteristics without noise are shown.
  • the only reason why the effects of the shunt oscillators 66 1 and 62 2 can be observed unclear is that the network analyzer
  • the input impedance of the input impedance is 50 ⁇ .
  • the damage to 652 and shunt oscillators 661 and 662 can be minimized.
  • FIG. 23 is an equivalent circuit of the fourth embodiment in which the r3 ⁇ 4 frequency element according to the present invention is used as a watt frequency resonator.
  • the high frequency resonator 71 according to the fourth embodiment has a A vibrator composed of a plurality of vibrators (vibrator group) paralleled between the input / output terminals T in and T out of the signal line 73 of the high-frequency signal line 72 composed of a trip line 7 5 is connected, and a DC power supply circuit 7 for operating the vibrator 7 5
  • a mouth-to-pass finoletor 79 Connected and configured.
  • a DC voltage stabilization circuit 1 consisting of a resistance Ra and a capacitance C a is connected between the DC power supply wiring 78 and the DC power supply input pad connected to the DC power supply circuit 77. 0 is connected.
  • the vibrator 75 It is composed of the MEMS-driven vibrator 2 shown in Figs.
  • the vibrator 75 in FIG. 23 is configured by paralleling a plurality of, for example, 50 MEMS beam-type vibrators 2 as described above.
  • the characteristic impedance of the signal line 73 of the high-frequency signal line 72 is designed to be the same as the impedance Z s of the vibrator 75.
  • C 1 indicates the stray capacitance of the DC power supply wiring 78 or the capacitance forming part of the low-pass circuit.
  • FIG. 24 shows the resonance characteristics of the high-frequency resonator 71 represented by the equivalent circuit of FIG. That is, a high-frequency resonator 71 composed of a group of MEMS electrostatically driven beam-type vibrators manufactured by a silicon semiconductor process is connected to a network manufactured by Advantech Co., Ltd. The frequency dependence of the transmission characteristic value S21 (S parameter) measured using an analyzer 3767G is shown. A DC power supply circuit 77 incorporating a low-pass filter 79 was applied to the vibrator group, and a direct current of ⁇ 20 V was applied.
  • the beam of the vibrator 75 which is a part of the signal line 73, was connected to the low-pass filter 79 of the DC power supply circuit 77 by an Au thin wire by the wire-bond method. As is evident from Fig. 24, a resonance curve with no noise and a peak near 98 MHz can be observed.
  • a low-pass filter 79 is used as an element for effectively making the impedance mismatch, but an RC circuit, a resistance element, or the like may be used. You can also.
  • a portion of the signal line 73 of the vibrator 75 formed of the MEMS electrostatic drive type vibrator is connected between the beam serving as a part of the signal line 73 and the DC power supply wiring 78.
  • a single-pass filter 79 By connecting a single-pass filter 79 to the power supply, unnecessary reflection of the high-frequency signal through the DC power supply wiring 78 is suppressed, and the signal-to-noise ratio of the high-frequency signal at the resonance frequency can be improved.
  • a DC bias voltage is applied to the vibrator 75 through the direct voltage stabilization circuit 10, time fluctuation of the resonated high-frequency signal can be suppressed. Damage to customers can be minimized.
  • the present invention was applied to a ladder type filter or a resonator in which a plurality of MEMS electrostatically driven vibrators were formed by electrical coupling. It can be applied to a composite electrostatic drive oscillator type filter (see Figs. 8 and 9) composed of coupling.
  • a plurality of composite vibrators can be installed in parallel, and high-frequency signals can be filtered in parallel. Then, a DC bias voltage to the vibrator or vibrator group constituting such a composite vibrator type filter is supplied in a state in which the impedance of the high-frequency signal line is inconsistent with that of the vibrator.
  • the configuration is the same as that described above, for example, by supplying a DC bias voltage to the DC voltage stabilizing circuit 10 via the DC voltage stabilizing circuit 10.
  • the high-frequency resonance # 5 according to the fifth embodiment also has the same operation and effect as described above.
  • the present invention is applied to a high-frequency finoletor and a high-frequency resonator.
  • a high-frequency switch using an electrostatic drive type MEMS element, a passive element such as a distributor, and a MEMS (micro mechanical system) Etc. can be applied.
  • the high-frequency circuit block constituting them and the power supply circuit block for operating the high-frequency circuit block are formed by the same wafer. • It can be formed by forming on a single semiconductor chip.
  • the high-frequency element of the present invention includes, for example, a semiconductor chip on which a high-frequency circuit block is formed, and a semiconductor chip on which the power supply circuit block is formed. Can be configured by connecting them with wires.
  • the means for making the impedance mismatch may be inserted into the DC power supply circuit side or may be inserted into the high-frequency signal element side.
  • the filter using the electrostatic drive type vibrator of each of the embodiments described above can be used as an r3 ⁇ 4 frequency (R F) filter, an intermediate frequency (IF) filter, or the like.
  • communication is performed using an electromagnetic wave of a communication device including the filter of the above-described embodiment, that is, for example, a mobile phone, a wireless LAN device, a wireless transceiver, a television tuner, a fuji tuner, or the like.
  • a communication device including the filter of the above-described embodiment, that is, for example, a mobile phone, a wireless LAN device, a wireless transceiver, a television tuner, a fuji tuner, or the like.
  • a communication device including the filter of the above-described embodiment, that is, for example, a mobile phone, a wireless LAN device, a wireless transceiver, a television tuner, a fuji tuner, or the like.
  • the transmission data of the I channel and the transmission data of the Q channel are converted to digital Z-analog conversion (DAC) 201 I and 201 I, respectively. Supply it to Q and convert it to an analog signal.
  • the converted signal of each channel is To the filters 202 I and 202 Q to remove signal components other than the ⁇ 1Bi band, and to use the noise filters 200 I and 200
  • a buffer amplifier 211 for each channel is used.
  • a signal is mixed and modulated, and both mixed signals
  • the frequency signal to be supplied to the mixers 2 12 I is shifted by 90 ° in the signal phase by the ⁇ phase shifter 2 13, so that the signals of the I channel and the Q channel Is to be quadrature modulated
  • the output of the adder 214 is supplied to a power amplifier 204 via a noise amplifier 215, and is amplified so as to have a predetermined transmission power.
  • the signal amplified by the power amplifier 204 is supplied to the antenna 207 via the transmission / reception switch 205 and the high frequency filter 206, and is supplied to the antenna 207.
  • the high-frequency filter 206 is a band-nos filter that removes signal components other than the frequency band transmitted and received by the communication device.
  • the configuration of the receiving system is as follows: a signal received by the antenna 207 is transmitted to the high-frequency section 2 through the high-frequency filter 206 and the transmission / reception switch 205.
  • the received signal is amplified by a low noise amplifier (LNA) 221, and then the band, noise filter 22
  • the frequency signals supplied from the channel selection PLL circuit 25 1 are mixed, the signal of a predetermined transmission channel is used as an intermediate frequency signal, and the intermediate frequency signal is used as the buffer amplifier 2.
  • the signal is supplied to the intermediate frequency circuit 230 through the line 25.
  • the intermediate frequency circuit 230 the supplied intermediate frequency signal is supplied to a band pass filter 232 through a buffer amplifier 231 so that a signal component outside the band of the intermediate frequency signal is supplied. Is removed, and the removed signal is supplied to an automatic gain adjustment circuit (AGC circuit) 233 to obtain a substantially constant gain signal.
  • AGC circuit automatic gain adjustment circuit
  • the supplied intermediate frequency signal is supplied to the mixers 242I and 242Q via the buffer amplifier 241, and the intermediate frequency PLL circuit 245 is supplied. Mixes the frequency signals supplied from 2 and demodulates the received I-channel and Q-channel signal components.
  • the I signal mixer 242 1 is supplied with a frequency signal whose signal phase is shifted by 90 ° by the phase shifter 243, and is subjected to ⁇ -cross modulation. Demodulates the I-channel signal component and the Q-channel signal component.
  • the demodulated I-channel and Q-channel signals are passed through buffer buffers 244 I and 244 Q, respectively, and are output to / from the respective channels. Supplied to the filters 253 I and 253 Q to remove signal components other than the signals of the I channel and Q channel, and remove the removed signal into an analog / digital converter (ADC). ) Supplied to 254 I and 254 Q, sampled and converted to digital data to obtain I channel reception data and Q channel reception data
  • the communication device of the present embodiment it is possible to supply a stable DC bias voltage to the electrostatic drive type vibrator constituting the finoleta. In this way, the time variation of the output high-frequency signal or Z and intermediate frequency signals can be suppressed, and the breakage of the vibrator due to a suddenly applied high-voltage pulse (sashi pressure) can be prevented. It is possible to provide highly reliable communication devices.
  • each filter Roh, down K - Nono 0 was configured as scan filter, also or only allowed Ru ⁇ one passage of • path • Huy Noreta frequency band below by a predetermined frequency, It may be configured as a noise-pass filter that passes only the frequency range above a predetermined frequency, and the filter having the configuration of each embodiment described above may be used for those finoleta.
  • the transmission and reception are performed by a line communication device, but the transmission and reception are performed via a wired transmission path by a filter provided in the line communication device.
  • the filter having the configuration of the above-described embodiment is used for the filter provided in the communication device that performs only the transmission process and the communication device and the reception device that performs only the reception process.

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Abstract

本発明は静電駆動型振動子に印加する直流バイアス電圧の安定化を図った高周波素子、安定した直流バイアス電圧を供給できる電源供給素子を供給する。また本発明は、上記高周波素子によるフィルタを備えた通信装置を提供する。本発明の高周波素子は、直流バイアス電圧を印加して動作される静電駆動型の振動子を含む高周波信号素子を有し、直流バイアス電圧を供給するパッドと振動子との間に、直流バイアス電圧を安定化される機能を有する回路が付加されて成る。電源供給素子は、高周波振動素子の駆動に供される電源供給素子であって、直流バイアス電圧を安定化させる機能を有する回路が付加されて成る。本発明の通信装置は、フィルタとして上記高周波素子によるフィルタを用いて成る。

Description

明細書
高周波素子及び電源供給素子、 並びに通信装置 技術分野
本発明は、 静電駆動型の 動子を構成 とする高周波信号素 子と 、 こ の高周波信号素子に直流ノ ィァス電圧を供給するための 直流電圧供給手段と を有した高周波素子に関す Ό
また 、 本発明は、 上記高周波信号素子 直流バイァス電圧を供 給するための電源供給素子に関する
また 、 本発明は、 上記高周波素子で構成されるフィルタ を用い た通信装置に関する。 背景技術
静電駆動型の 動子を 成 す 波信号素子におレヽて は、 その振動子に直流バィァス電
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が印カロされる のよ う な静' の振動子に直流ノくィァス電圧を給 する場合 例えば単 純な 路を用いて給電する と ¾給電回路の不安定さに伴っ て 変動する電圧 あるいは ί可らかの要因で発生する高電圧が、 振動 子を駆動する 極 (レヽわゆる振動子の駆動部分あるいは下部電極) に印加される れ;^め のよ つ な場合には、 fe動子の fe動 fe 幅の変 が起き 、 高周波信号 ヾ子の信号処理特性の変動を招 < 。 電圧変 が著しい場合には、 振動子の駆動部分と下部電極が固着 する、 動部分と下部電極間での放電が起き る、 異常振動が発生 するなどの要因によ り 、 振動子が復旧不可能な状態にな
例えば、 M E M S (微小電気機械系 ) 素子を用いて構成した高 周波フィルタが提案されてレヽるが 、 このよ う な高周波フィノレタで は、 直流バイ ァス電圧の変動が起き る と、 振動子のイ ンピーダン スの時間変動が生じ、. 良好なフィルタ特性が得にく い。 M E M s素子をデジタル回路に組み込んで半導体集積回路を構成した場 合には、 デジタル信号処理部分の駆動回路と M E M S素子の電源 が共用され、 その安定性が特別に高められてはいないので、 電源 の電圧変動による M E M S素子の特性変動が懸念される。 M E M S素子を利用 した高周波フ ィ ルタは、 ミ シガン大学を始めとする 研究機関から提案されている (非特許文献 1 参照)。
〔非特許文献 1 〕 C . T . - N g u y e n , M i c r o m e c h a n i c a 1 c o m p o n e n t s f o r m ι n ι a t u r i z e d l o w— p o w e r c o m m u n i c a t i o n s ( i n v i t e d p l e n a r y ), p r o c e e d i n g s, 1 9 9 9 I E E E MT T— S I n t e r n a t i o n a 1 M i c r o w a v e S y m p o s i u m R F M E M S W o r k s h o p , J u n e , 1 8, 1 9 9 9, p p .4 8 - 7 7 . 発明の開示
高周波領域の微弱な信号を取り扱 う と き、 例えば高周波 ( R F ) 信号のフ ィ ルタ リ ングを行う と き、 振動子に印加される直流バイ ァス電圧の変動は、 振動子のィ ンピーダンスを変動させる こ と に な り 、フ ィ ルタ リ ング後の信号強度の変動を引き起こす。従って、 直流 (D C ) バイ アス給電回路が安定である こ とは、 良好なフ ィ ルタ リ ング特性を得る為の最重要な課題である。
本発明は、 静電駆動型の振動子に印加する直流バイ アス電圧の 安定性の向上を図った供給手段を有した高周波素子を提供するも のである。
また、 上記振動子に安定した直流バイアス電圧を供給でき る電 源供給素子を提供する ものである。
また、 本発明は、 上記高周波素子で構成したフ ィ ルタを用いて 信頼性化を図った通信装置を提供する ものである。
本発明に係る高周波素子は、 直流バイアス電圧を印加して動作 れる静電駆動型の振動子を含む高周波信号素子を有し、 直流バ ィ ァス電圧を供給するパッ ドと振動子との間に、 直流バイ アス電 圧を安定化させる機能を有する回路が付加された構成とする。
本発明に係る電源供給素子は、 直流バイアス電圧を印加して動 作される 駆動型の振動子を含む高周波信号素子を駆動するた めの電源供給素子であって、 直流バイァス電圧を安定化させる機 能を有する回路が付加された構成とする。
本発明に係る 信装置は、 送信信号及び 又は受信信号の帯域 制限を行う フィルタを備えた通信装置において、フイ ノレタ と して、 直流バイァス電圧を印加して動作される静電駆動型振動子を有し、 直流ノ ィ ァス電圧を供給するパッ ドと前記振動子と の間に、 直流 ノヽィァス電圧を安定化させる機能を有する回路が付加されてなる フ イ ノレタが用レ、られた構成とする。
本発明 係る高周波素子によればヽ 直流 /、ィァス電圧を供給す るパッ ドと静電駆動型の振動子との間に 、 直流バイ ァス電圧を安 定化させる機能を有する回路を付加しゝ 静電駆動型の振動子に安 定な直流バイァス電圧を供給する こ と によ 、 出力される高周波 信号の時間変動を抑制する こ とができる また 、 突発的に印加さ れる高電圧パノレス (サージ電圧) による振動子の破壊を防止する こ とができ る
本発明の電源供給素子によれば 、 直流電圧の安定性を増す機能
- を有する回路が付加されているのでゝ の電源供給素子を通じて 静電駆動型の振動子に直流バイ ァス電圧を印加する と さ 、 直流バ ィ ァス電圧を変動させる こ とがな < 、 振動子のィ ン ピ一ダンス の 変動を抑制 し 、 安定した信号強度の高周波信号を得る とができ る。 本発明の通信装置によれば、 フ ィ ルタを構成する静電駆動型振 合合 465- 動子と直流バイ アス電圧を供給するパッ ドと の間に、 直流バィ ァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路を付加し 、 静電駆動型振 動子に安定な直流バイ アス電圧を供給する こ と によ り 、 出力され る高周波信号又は z及び中間周波信号の時間変動を抑制する こ と がでさ 、 また、 突発的に印加される高電圧パルス (サージ電圧) による振動子の破壊を防止する こ と ができ、 信頼 '性の高い通信装 置を提供する こ と ができ る。 図面の簡単な説明
A、 Bは本 明に係る高周波素子の の基本的な構成を 示す概念図である。
図 2 は本発明に係る高周波素子の第 2 の基本的な構成を示す 概念図である。
図 3 は本発明に係る高周波素子の第 3 の基本的な構成を不す 概念図である。
図 は 1 つの M E M S静電駆動型振 子でフ ィ ルタ を形成し た の実施の形態の舰略図である。
図 は 1 つの M E M S静電駆動型振 子でフイノレタを形成し た の他の実施の形 の概略図である
図 は並列化した複数の M E M s静電駆動型振動子でフ ィ ル タを形成した場合の実施の形態の概略図である。
図 7 は並列化した複数の M E M s静電駆動型振動子でフ ィ ル タ形成した場合の他の実施の形態の概略図である。
図 8 A, B は本発明に週用される、 複合振動子型フ ィ ルタを構 成する複合振動子を示す平面図及び断面図である。
図 9 は本発明に適用される、 複合振動子型フ ィ ルタを構成する 並列化した複合振動子を示す平面図である。 図 1 0 は本発明に係る高周波素子の第 1 実施の形態を示す 平面図である。
図 1 1 は本発明に係る高周波素子の第 1 実施の形態を示す 断面図である。
図 1 2 A〜 B は本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施 の形態を示す製造工程図 (その 1 ) である。
図 1 3 A〜 B は本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施 の形態を示す製造工程図 (その 2 ) である。
図 1 4 A〜: B は本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施 の形態を示す製造工程図 (その 3 ) である。
図 1 5 は本発明に係る高周波素子の製造方法の一実施の形態 を示す製造工程図 (その 4 ) である。
図 1 6 は本発明に係る高周波素子を 1 段構成のラ ダー型フ ィ ルタ に適用 した第 2実施の形態を示す等価回路図である。
図 1 7 は図 1 6 の 1 段構成のラ ダー型フ ィ ルタ の透過特性値 の周波数依存性を示すフ ィ ルタ特性図である。
図 1 8 は図 1 6 の等価回路におけるシャ ン ト振動子群の中心 周波数を 9 2 M H z と したと きの図 1 7 の要部の拡大図である。
図 1 9 は図 1 6 の等価回路におけるシャ ン ト振動子群の中心 周波数を 9 5 M H z と したと きの図 1 7 の要部の拡大図である。
図 2 0 は図 1 6 の等価回路におけるシャ ン ト振動子群の中心 周波数を 9 6 M H z と したと きの図 1 7 の要部の拡大図である。
図 2 1 は本発明に係る高周波素子を 2段構成のラダー型フ ィ ルタに適用 した第 3実施の形態を示す等価回路図である。
図 2 2 は図 2 1 の 2 段構成のラ ダー型フ ィルタの透過特性値 の周波数依存性を示すフ ィ ルタ特性図である。
図 2 3 は本発明に係る高周波素子を高周波共振器に適用 した第 4実施の形態を示す等価回路である。 図 2 4 は図 2 3 の咼周波共振器の透過特性値の周波数依存性を 示す特性図である。
図 2 5 は本発明に係る通信装置の一実施の形態を示す回路図で める。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形 に係る高周波素子は、 直流バイ アス電圧を 印加して動作される静電駆動型の振動子を含む高周波素子を有し 直流バィ ァス電圧を供給するパッ と振動子との間に、 直流バィ ァス電圧を安定化させる機能を有する回路を付加して構成される 高周波信号素子と しては、 複数の静電駆動型の振動子に高周波 信号を並列に通過させて信号処理を行う振動子群を回路要素と し て有する構成とする とができ る。
¾流バイ ァス電圧を安定化させる機能を有する回路と しては 、 直流給電線路に直列に揷入した抵抗と 、 この直流給電線路と接地 と の間に挿入した容量と によ り構成する こ とができ る。
また 、 直流ノ^ィァス電圧を安定化させる機能を有する回路と し 高周波信号素子が形成された同 じ基板に設ける こ とができ る
高周波信号素子と しては、 入力された高周波信号から所望の周 波数帯域の信号を選別する機能を有した構成とする こ とがでさ る 高周波信号素子と しては、 高周波信号の基準信号を発生する機 能を有した構成とするこ とができ る。
本発明の実施の形態に係る電源供給素子は、 直流バイ アス電圧 を印加 して動作される静電駆動型の振動子を含む高周波信号素子 を駆動するための電源供給素子であってゝ 直流バィ ァス電圧を安 定化させる機能を有する回路を付加して構成され Ό 。
本発明の実施の形態に係る通信装置はヽ ^ f¾信号及び/又は受 信信号の帯域制限を行フ フ ィ ノレタを備えた通 1§装置において、 フ ィノレタ と して、 直流ノくィァス電圧を印加して動作される静電駆動 型振動子を有し、 直流ノくィァス電圧を供給する ッ ドと前記 ¾動 子との間に、 直流ノ ィァス電圧を安定化させる機能を有する回路 が付加されてなる フィルタを用レ、て構成される
上記フィルタ と してはヽ 複数の静電駆動型振動子に高周波信号 または中間周波信号を並列に通過せて信号処理を行う振動子群を 回路要素と して有した構成とする こ とができ る。
直流バイァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路と しては、 直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、 糸口 称と接地と の間に 挿入された容量と によ り 構成する こ とができ る。
直流バイ ァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路と しては、 フ ィ ルタ が形成された同じ基板上に設ける こ とがでさ る
本発明の実施の形態に係る高周波素子によれば 、 直流 /ヽィァス 電圧を供給するパッ ドと静電駆動型の振動子との間に、 直流バイ ァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路を付加し 、 静電駆動型 の振動子に安定な直流バィァス電圧を供給する こ と によ り 、 出力 される高周波信号の時間変動を抑制するこ とがでさ Ό。 また 、 突 発的に印加される高電圧パノレス (サージ電圧) による振動子の破 壊を防止する こ と ができ る
本発明の実施の形態の高周波素子は 、 高周波信号素子に静電駆 動型の振動子を用いて高周波フ ィ ルタ 、 例えばラダ一型フィルタ と して構成する こ とができ る。 そ して 、 高周波信号選択 子と な る振動子の駆動部分あるいは下部電極に安定な直流バイァス電圧 を印加する こ と によ り 、 フ ィ ノレタ リ ングされた高周波信号の時間 変動を抑圧する こ とがでさ る。 また、 サージ電圧によ る復旧不可 能な振動子への損害を最小限度にする こ とができ る 本発明の実施の形態の高周波素子は、 高周波信号素子に静電駆 動型の素子を用い、基準信号発生器と して構成する こ とができ る。 そ して、 高周波信号発生素子と なる振動子の駆動部分あるいは下 部電極に安定な直流バイ アス電圧を印加する こ と によ り 、 発生信 号の強度、中心周波数の時間変動を抑圧する こ とができ る。また、 外部からのサージ電圧による復旧不可能な振動子への損害を最小 限度にする こ とができる。
本発明の実施の形態の高周波素子は、 高周波信号素子に静電駆 動型の振動子を用い、 この複数の振動子を機械的に結合し複合振 動子型フイ ノレタ と して構成する こ とができ る。 そ して、 複合振動 子型フィル を構成する振動子の駆動部分あるいは下部電極に安 定な直流バイ アス電圧を印加する こ と によ り 、 フィルタ リ ングさ れた高周波信号の時間変動を抑圧する こ とができ る。 また 、 サー ジ電圧による復旧不可能な振動子への損害を最小限度にする こ と がでさ る ο
本発明の実施の形態の電源供給素子によれば、 直流電圧の安定 性を増す機能を有する回路が付加されているので、 こ の電源供給 素子を通じて静電駆動型の振動子に直流バイ アス電圧を印加する と さ 直流バイ アス電圧を変動させる こ とがなく 、 振動子のイ ン ピーダンス の変動を抑制 し、 安定した信号強度の高周波信号を得 る こ と ができ る。
本発明の実施の形態の通信装置によれば、 フ ィ ルタを構成する 静電駆動型振動子と直流バイ ア ス電圧を供給するパッ ドと の間に 直流ノ ィァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路を付加し、 B尹 電駆動型振動子に安定な直流バイ ア ス電圧を供給する こ と によ り 出力される高周波信号又はノ及び中間周波信号の時間変動を抑制 する とができ 、 また、 突発的に印加される高電圧パルス (サー ジ電圧) による振動子の破壊を防止する こ とができ、 信頼性の高 い通信装置を提供するこ とができ る。
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
先ず、 図 1 に、 本発明に係る高周波素子の第 1 の基本的な構成 (概念) を示す。 こ の高周波素子 1 は、 図 1 A及び Bに示すよ う に、 静電駆動型の振動子 2 を含む高周波信号素子と、 この振動子 2 に直流バイ アス電圧を供給するための直流電圧供給手段と なる 直流電源 3 と を有して成る。 振動子 2 は、 基板 4 の表面上に下部 電極 、 すなわち入力電極 5 と 出力電極 6 を互いに所要間隔を置い て配置し、これら入出力電極 5、 6 をブリ ッジ状に跨ぐ振動部分、 レヽわゆる ビーム (梁) 型の振動電極 (以下、 ビーム といラ ) 7 を 配置して構成される。 基板 4 の裏面には接地面 8 が形成されてレヽ 直流電源 3 は、 ビーム 7 と接地面 8 との間に接続される。 さ らに 、 直流電源 3 と ビーム 7 間の給電線路 9 に直列に抵抗 R a を 挿入し、 給電線路 9 と接地面 8 間に容量 (シャ ン ト容量 ) C a を 挿入し、 これら抵抗 R a と容量 C a と によって直流バィァス電圧 を安定化させるための直流電圧安定化回路 1 0 が形成され
の高周波素子 1 の振動子 2 では、 入力端子 T i n を通じて入 カ電極 5 に高周波信号が入力される と、 直流電源 3 から直流バイ ァス電圧が供給されたビーム 7 と 、 入力電極 5 との間に生じる静 電気的な力でビーム 7 が共振し、 出力電極 6 から出力端子 T o u t を通じて所望周波数の高周波信号が出力される。 そ して 、 振動 子 2 には、 直流電圧安定化回路 1 0 を通じて安定な直流 ィ ァス 電圧が供給される ので、 出力される高周波信号の時間変動を抑制 する こ と ができ る。 また、 突発的に印加される高電圧ハ0ルス (サ 一ジ電圧) による振動子 2 の破壊を防止する こ と がでさる ο
図 2 に、 本発明の高周波素子の第 2 の基本的な構成 (概念) を 示す 。 こ の高周波素子 1 1 は、 図 1 と 同様の構成の振動子 2 を含 む高周波信号素子を有し、 直流電源 3 を入力電極 5 と接地面 8 と の間に接続し、 直流電源 3 と入力電極 5 間の給電線路 9 に直列に 抵抗 R a を挿入し、 こ の給電線路 9 と接地面 8 間に容量 C a を挿 入し、 抵抗 R a と容量 C a によ り 直流電圧安定化回路 1 0 を形成 して構成される。 ビーム 7 は、 電気的に浮いた状態にする。
こ の高周波素子 1 1 の振動子 2 では、 入力電極 5 に直流バイ ァ ス電圧と高周波信号が重畳された形で入力される。 こ の高周波素 子 1 1 の振動子 2 の動作及び効果は、 基本的に図 1 の高周波素子 1 と同様である。
図 3 に、 本発明の高周波素子の第 3 の基本的な構成 (概念) を 示す。 この高周波素子 1 2 は、 静電駆動型の振動子 1 3 を含む高 周波信号素子と、 振動子 1 3 に直流バイ アス電圧を供給するため の直流電圧供給手段と なる直流電源 3 と を有してなる 。 振動子 1
、 基板 1 4 -
3 ほ の表面上に下部電極 1 5 を配置し 、 の下部電極
1 5 をプリ ッジ状に跨いたビーム 1 6 を配置して構成される。 基 板 1 4 の裏面には接地面 1 7 が形成されている。 直流電源 3 は、 ビ一ム 1 6 と接地面 1 7 との間に接続される。 さ らに 、 直流電源
3 と ビーム 1 6 間の 厶 線路 9 に直列に抵抗 R a を揷入し、 この 給 線路 9 と接地面 1 7 間に容量(シャ ン ト容量) C a を揷入し、 これら抵抗 R a と容量 C a と によって直流バイァス電圧を安定化 させるための直流電圧安定化回路 1 0 が形成される
の高周波素子 1 2 の振動子 1 3 では、 ビーム 1 6 が入力電極 と な り 、 下部電極 1 5 が出力電極と なる。 ビーム 1 6 に直流バイ ァス電圧と高周波信号が重畳された形で入力される と 、 ビーム 1
6 と下部電極 (出力電極 ) 1 5 と の間に生じる静電気的な力でビ 一ム 1 6 が共振し、 下部電極 1 5 から所望周波数の高周波信号が 出力される。 そ して 、 振動子 1 3 には、 直流電圧安定化回路 1 0 を通じて安定な直流バイァス電圧が供給される ので 出力される 高周波信号の時間変動を抑制する こ とができ る。 また、 突発的に 印加される高電圧パルス (サージ電圧) による振動子 1 3 の破壊 を防止する こ とができ る。
図 4 〜図 7 に、本発明の高周波素子の実施の形態の概略を示す。 高周波信号素子と しては、 M E M S静電駆動型振動子からなる フィルタで形成するこ とができ る。 このと き、 例えばフィルタ を 1 つの M E M S静電駆動型振動子 2 1 で作製した場合、 上述の抵 抗 R a と容量 C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 図 4 に示すよ う に、 フィルタへ の直流電源入力パッ ド、 すなわち直流電源に接続された直流電源 入力パッ ド 2 2 と 、 1 つの振動子 2 1 の ビーム 7 と の間に接続す る こ と ができ る。
また、 同様にフィルタを 1 つの M E M S静電駆動型振動子 2 1 で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構成される直流電 圧を安定させる R C回路 (直流き圧安定化回路) 1 0 はヽ 図 5 に 示すよ う に、 フ ィ ルタ の直流電源入力パッ ド、 すなわち直流電 源 3 に接続された E 源入力 -y ド 2 2 と、 1 つの振動子 2 1 の入力電極 5 と の間に接続する こ とができ る。
また、 例えばフ ィ ルタをビーム 7 が並列化された複数の M E M
S静電駆動型振動子 2 3 で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量
C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定 化回路) 1 0 は、 図 6 に示すよ ラ に 、 フ イ ノレタへの直流電源入力 パッ ド、 すなわち直流電源 3 に接続された直流電源入力パッ ド、 2
2 と、 複数の振動子 2 3 、 即ちその並列化されたビ一ム 7 との間 に接続する こ とがでさ る
また、 同様にフィルタを振動電極が並列化された複数の M E M
S静電駆動型振動子 2 3 で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量
C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定 化回路) 1 0 は、 図 7 に示すよ う に 、 フ イ ノレタへの直流電源入力 パッ κ、 すなわち直流電源 3 に接続された直流電源入力パッ ド 2
2 と、 複数の振動子 2 3 、 即ちその入力電極 5 と の間に接続する こ とがでさ
上述した直流電圧を安定化させる R C回路 (直流電圧安定化回 路) 1 0 は 、 フィルタ と 同一の基板上に形成する こ と ができ る。
図示しないが、 上述の R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 図 4 〜図 7 でのフ ィ ノレタへの直流電源入力パッ ド 2 2 と、 フ ィ ル タ の] VI Ε M S静電駆動型振動子を駆動するための直流'電源 3 と の 間に形成される線路の一部と して形成する こ と もでき る。
上記フィルタにおいて、 M E M S静電駆動型振動子を図 3 の構 成のものに置き換えて構成する こ と も可能である。
本実施の形態に係る高周波信号素子は、 M E M S静電駆動型振 動子からなる標準信号発生器で形成する こ とができ る。このと き、 例えば標準信号発生器を 1 つの M E M S静電駆動型振動子で作成 した場 a 、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構成される直流電圧を安 定させる R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 図 4 に示すと 同 に (但し、 フ ィ ルタ を標準信号発生器に置き換える)、 標準信 号発生 の直流電源入力パッ ド、 すなわち直流電源 3 に接続さ れた直流電源入力パ ッ ド 2 2 と、 1 つの振動子 2 1 の ビーム 7 と の間に接続する こ とができ る。
また、 同様に標準信号発生器を 1 つの M E M S静電駆動型振動 子で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構成される直流 電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 図 5 に示すと同様に(但し、フィルタを標準信号発生器に置き換える)、 標準信号発生器への直流電源入力パッ ド、 すなわち直流電源 3 に 接続された直流電源入力パッ ド 2 2 と、 1 つの振動子 2 1 の入力 電極 5 との間に接続する こ とができ る。
また、 例えば標準信号発生器をビームが並列化された複数の M E M S静電駆動型振動子で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定 化回路) 1 0 は、 図 6 に示すと 同様に (但し、 フ ィ ルタを標準信 号発生器に置き換える)、標準信号発生器への直流電源入力パッ ド、 すなわち直流電源 3 に接続された直流電源入力パッ ド 2 2 と、 複 数の振動子 2 3 、 即ちその並列化されたビーム 7 との間に接続す る こ とができ る。
また、 同様に標準信号発生器を振動電極が並列化された複数の M E M S静電駆動型振動子で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容 量 C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安 定化回路) 1 0 は、 図 7 に示すと同様に (伹し、 フ ィ ルタ を標準 信号発生器に置き換える)、標準信号発生器への直流電源入力パッ ド、すなわち直流電源 3 に接続された直流電源入力パッ ド 2 2 と、 複数の振動子 2 3 、 即ちその入力電極 5 と の間に接続する こ とが でき る。
上述した直 電圧を安定化させる R C回路 (直流電圧安定化回 路 ) 1 0 は 、 標準信号発生器と 同一の基板上に形成するこ と で さ る o
図示しないが 、 上述の R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 標準信号発生器への直流電源入力パッ ド 2 2 と、 標準信号発生器 の M E M S静電駆動型振動子を駆動するための直流電源 3 と の間 に形成される線路の一部と して形成する こ と もでき る。
本実施の形態に係る高周波信号素子は、 M E M S静電駆動型振 動子からな 、 機械的な結合で構成された複合振動子型フイノレタ で形成する こ とができ る。 こ の複合振動子型フィルタを構成する 複合振動子の概略構成を図 8 に示す。 こ の複合振動子 2 4 は、 2 つの ビーム 7 C 7 A , 7 B〕 が並行に配置され、 2 つの ビーム 7
A , Bの一部が連結部 2 5 によって機械的に繋が り 、 一方のビ ーム 7 Aの下方に下部電極 2 6 からなる入力電極 2 6 Aが配置さ れ、 他方のビーム 7 Bの下方に下部電極 2 6 からなる出力電極 2 6 Bが配置さて構成される。 連結部 2 5 の位置は、 振動の節 (不 動点) を選ぶ。 この場合、 直流バイ アス電圧は、 ビーム 7 [ 7 A ,
7 B 〕 に印加される。
このよ う な複合振動子 2 4 を複数並列化して 、 高周波信号を並
- 列的にフ ィ ルタ リ ングするよ う に構成する と もでき る。例えば、 複合振動子 2 7 は、 図 9 に示すよ う に、 一方の複数の並列する ビ ーム 7 A力 らなる ビ一ム群 7 1 に対して 1 つの下部電極からなる 入力電極 2 6 Aを配置し、 こ の ビーム群 7 1 に並列する よ う に、 他方の複数の並列する ビーム 7 Bからなる ビ一ム群 7 2 に対して
1 つの下部電極からなる出力電極 2 6 B を配置し、 两ビーム群 7
1 及び 7 2 間を連結部 2 5 で繋いで構成される
こ のと さ、 例えば複合振動子型フ ィ ルタを 1 つの複合振動子 2
4 (図 8参照 ) で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構 成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定化回路)
1 0 は 、 図 4 に示すと 同様に (伹し、 フィルタを複合振動子型フ イ ノレタに置き換える)、複合振動子型フィルタ の直流電源入力パ ッ ド-、 すなわち直流電源 3 に接続された直 電源入力パッ ド 2 2 と、 1 つの複合振動子 2 4 のビーム 7 〔 7 A 7 B〕 との間に接 続する こ とができ る。
また 、 例えば複合振動子型フイ ノレタを 1β数の並列化された複合 振動子 2 7 (図 9参照) で作製した場合、 上述の抵抗 R a と容量 C a で構成される直流電圧を安定させる R C回路 (直流電圧安定 化回路) 1 0 は、 図 4 に示すと 同様に (但し、 フ ィ ルタを複合振 動子型フィルタに置き換える)、複合振動子型フィルタへの直流電 源入力パッ ド、 すなわち直流電源 3 に接続された直流電源入力パ ッ ド 2 2 と、 複数の並列化された複合振動子 2 7 、 即ちその並列 化されたビーム 7 1 、 7 2 との間に接続する こ とができ る。
さ らに、 図示せざる も上述の R C回路 (直流電圧安定化回路) 1 0 は、 複合振動子型フィルタへの直流電源入力パッ ド 2 2 と、 複合振動子型フ ィ ルタ の複合振動子 2 4 または 2 7 を駆動するた めの直流電源 3 と の間に形成される線路の一部と して形成するこ とができ る。
そ して、 上述した直流電圧を安定化させる R C回路 (直流電圧 安定化回路) 1 0 は、 複合振動子型フィルタ と同一の基板上に形 成する こ とができ る。
なお、 複合振動子 2 4 または複合振動子 2 7 においては、 図 5 に示すよ う に、 直流電圧安定化回路 1 0 を振動子の入力電極 2 6 Aと直流電源入力パッ ド 2 2 と の間に接続する こ と もでき る。
高周波信号素子と直流バイ アス電圧を供給するための直流電圧 供給手段、 例えば R C回路と は、 同一の基板上 (同一のダイ 内) に形成する こ とができ る。 高周波信号素子と直流バイ ア ス電圧を 供給するための直流電圧供給手段と は、 互いに別の基板上に形成 し、 両者を接続して形成する こ と もでき る。
次に、 図 1 0 (平面図) 及び図 1 1 (模式的な断面図) に、 本 発明に係る高周波素子の第 1 実施の形態を示す。 本例は M E M S 静電駆動型振動子を機械的な結合で構成した複合振動子型フ ィ ル タに適用 した場合である。
本実施の形態に係る複合振動子型フィルタ 1 0 1 は、 共通の基 板 1 0 2上に複数の複合振動子 1 0 3 、 1 0 4 と、振動子 1 0 3 、 1 0 4 のビーム 1 0 6 、 1 0 7 間の高周波 ( R F ) 信号の漏洩を 防ぐための抵抗 R 1 , R 2 と、 抵抗 R a と一対の櫛歯型電極 1 0 8及び 1 0 9 を所要間隔を置いて形成してなる容量 C a からなる、 直流電圧安定化回路 (いわゆる R C回路) 1 0 と、 直流電源供給 用の電極パッ ド、 いわゆる直流電源入力パッ ド 2 2 とが設けられ て成る。
基板 1 0 2 は、例えば半導体基板の表面に絶縁膜を有した基板、 絶縁性基板等の基板、 本例では半導体基板 1 2 1 の表面に絶縁膜 1 2 2 を有した基板が用いられる。 こ の基板 1 0 2 の表面上に下 部電極、 すなわち入力電極 1 1 2 と 出力電極 1 1 3 が形成され、 入力電極 1 1 2 をプリ ッジ状に跨ぐ複数の振動部分すなわち両持 ち梁構造のビーム 1 0 6 が並列的に配置され、 同様に出力電極 1 1 3 をブリ ッジ状に跨ぐ複数 (上記と 同数または異なる数) の振 動部分すなわち両持ち梁構造のビーム 1 0 7 が並列的に配置され る。 入力電極 1 0 6 を跨ぐ複数のビーム 1 1 2 は、 ビーム 1 1 2 の支持部 (アンカー部) 1 1 4 を介して互いに基板 1 0 2上に形 成した配線部 1 1 7 に共通接続される。 また、 出力電極 1 1 3 を 跨ぐ複数のビーム 1 0 7 も、 同様にビーム 1 1 3 の支持部 (アン カー部) 1 1 5 を介して互いに基板 1 0 2上に形成した配線部 1 1 8 に共通接続される。 基板 1 0 2 の表面には、 複合振動子 1 0 3、 1 0 4、 抵抗 1 1, R 2 、 直流電圧安定化回路 1 0 、 直流電 源入力パッ ド 2 2 を囲むよ う にシール ド電極(接地)面と なる導電 層 1 1 9 が形成さ る。 基板 1 0 2 の裏面には絶縁膜 1 2 3 を介し て接地面、 すなわち接地電位が印加される接地電極 1 2 0 が形成 される。
R F信号の漏洩を防ぐための抵抗 R 1 , R 2 は、 それぞれ一端 が 2 つの ビーム群 1 0 6, 1 0 7 の配線部 1 1 7, 1 1 8 に、 配 線部 1 2 8 を介して接続され、 抵抗 R l , R 2 の他端が配線部 1 2 5 に共通に接続される。 一方、 直流電圧安定化回路 1 0 を構成 する抵抗 R a の一端が配線部 1 2 5 に接続され、 抵抗 R a の他端 が配線部 1 2 9 を介して容量 C a を構成する一方の櫛歯型電極 1 0 8 に接続される。 こ の一方の櫛歯型電極 1 0 8 は直流電源入力 パッ ド 2 2 に接続される。 容量 C a を構成する他方の櫛歯型電極 1 0 9 は、 基板 1 0 2表面に形成されたシール ド用の導電層 1 1 9 に接続される と共に、 例えば基板 1 0 2 に設けたスルホール、 あるいは基板側面を通して、 本例ではスルホール 1 2 6 を通して 基板裏面の接地電極 1 2 0 に接続される。
上述した本実施の形態に係る複合振動子型フ ィ ルタ 1 0 1 によ れば 、 抵抗 R a と容量 C a からなる直流電圧安定化回路 1 0 を通 して振動子 1 0 3 、 1 0 4 のビーム 1 0 6 、 1 0 7 に直流バイ ァ ス電圧が印加されるので、 フィルタ リ ングされた高周波信号の時 閬変動を抑制する こ とができ る。 また、 サージ電圧による振動子 への損害を最小限度に抑える こ とができ る。
本発明は、高周波フ ィ ルタ等の M E M S素子を他の半導体回路、 例えばデジタル回路に組み込んで半導体集積回路を構成し、 M E
M S 子とデジタル回路への電圧供給を共通の電源供給手段を用 レヽて行う場合にも適用でき る。
次に 、 図 1 2 〜図 1 5 を用いて本発明の高周波素子の製造方法 の実施の形態を説明する。 なお、 図 1 2〜図 1 5 の製造工程は、
M E S静電駆動型振動子と、 抵抗 R a 及び容量 C a からなる直 圧安定化回路 1 0 と を有する高周波素子の例であるが、 上述 した複合振動子型フ ィ ルタ 1 0 1 の製造にも適用でき る。 本例の 製造工程は通常の MO S作製プロセスで用レ、られる ものと 同等で ある
先ず、 図 1 2 Aに示すよ う に、 基板 1 3 0 を用意する。 こ の例 では高抵抗シ リ コ ン ( S i ) ウェハ 1 3 1 上に絶縁膜、 例えば酸 化シ リ コ ン薄膜 ( H D P膜 : High Density Plasma酸化膜) とェ ツチング防止膜と なる窒化シ リ コ ン薄膜 (上面側) と からなる複 合絶縁膜 1 3 2 を所要の膜厚、 例えば 2 0 0 n m程度の膜厚で成 膜する。 続けて、 こ の複合絶縁膜 1 3 2上に導電性を有する リ ン ド ー プ多結晶 シ リ コ ン薄膜 ( P D A S : Phosphorus doped amorphous silicon) 1 3 3 を所要の膜厚、 3 8 0 n m程度の膜厚 で成膜する。
次に、 多結晶シ リ コ ン薄膜 1 3 3 上に、 複合振動子の下部電極 となる入力電極及び出力電極と、 複合振動子の両持ち梁構造のビ ームの支持部を接続する配線部 (固定台に相当) と、 抵抗に対応 したパターンを有する レジス ト マス ク (図示せず) を形成する。 そ して、 図 1 2 B に示すよ つ に 、 こ の レジス マス ク を介して多 結.晶シリ コ ン薄膜 1 3 3 を選択エッチング、 例えば ドラィエッチ ング法によ り選択ェツチングして、 入力電極 1 3 6及び出力電極
1 3 7 と、 配線部 1 3 8 [ 1 3 8 A , 1 3 8 B 〕 と、 抵抗 R a を 形成する。
次に、図 1 3 Aに示すよ う に、基板 1 3 0上に入出電極 1 3 6 、
1 3 7 、 配線部 1 3 8 [ 1 3 8 A , 1 3 8 B 及び抵抗 R a の相 互間を埋め込むよ Ό に基板全面に犠牲層 と なる例えば酸化シリ コ ン薄膜 (H D P ) 1 3 9 を成膜する。 その後 、 酸化シ y ン薄膜
1 3 9 を平坦化する 。 例えば化学機械研磨法 ( C M P ) によ り 平 坦化し、 入出電極 1 3 6 , 1 3 7 、 配線部 1 3 8 〔 1 3 8 A , 1
3 8 B〕 及び抵抗 R a の表面を露出させる。
次に、 図 1 3 B に示すよ う に 、 平坦化した表面上に入出力電極
1 3 6 、 1 3 7 と、後に形成する ビーム と の間隔に対応した膜厚、 この例では 5 0 n m程度の膜厚の犠牲層となる例えば酸化シリ コ ン薄膜 (低圧 T E O S ) 1 4 0 を形成する。
次に、 図 1 4 Aに示すよ う に 、 犠牲層 となる酸化シジ コ ン薄膜
(低圧 T E O S ) 1 4 0上に必要に応じて例んば 2 0 n m程度の 膜厚の リ ン ド一プ多結晶シリ コン薄膜 ( P D A S膜) 1 4 1 を成 膜した後、多結晶シリ コ ン薄膜 1 4 1 と共に酸化シリ コン薄膜(低 圧 T E O S ) 1 4 0 に、 ビーム と配線部 1 3 8 A, 1 3 8 B と の 間を接続するための貫通孔 1 4 2 [ 1 4 2 A , 1 4 2 B ] を選択 エッチング、 例えば ドライエッチング法によ り 形成する
次に、 図 1 4 B に示すよ う に、 貫通孔 1 4 2 A , 1 4 2 B 内を 含んで表面上に所望の膜厚の リ ン ドープ多結晶シリ ン薄膜 ( P
D A S膜) を形成し、 ビーム形状にパタ一二ングし、 例 ば ドラ ィエッチング法によ り ノ タ 一ニングして 、 多結曰曰シリ ン薄膜に よる ビーム、 すなわちビーム 1 4 5 とその支持部 1 4 6 A , 1
6 Bを形成する。 更に、 例えば ドライエッチング法によ "9パター ニ ングして、 配線部 1 3 8 Aと抵抗 R a との間、 抵抗 R a に接 する配線部及び容量 C a の部分に開 口 1 4 2 C , 1 4 2 Dを形成 する。 この と き、 ビーム 1 4 5 の支持部 1 4 6 A及び 1 4 6 Bは 配線部 1 4 2 A , 1 4 2 B に機械的かつ電気的に接続される。
次に、 図 1 5 に示すよ う に、 接続配線、 容量、 直流電源入力パ ッ ドと なる薄膜、 例えば A 1 — S i 膜を成膜し、 レジス ト マス ク 及びフ ッ化水素溶液 ( D H F :Diluted HF) を用いてパターニ ン グし、 A 1 一 S i 膜による容量 C a 、 接続配線 1 4 8及び直流電 源入力パッ ド 1 5 0 を形成する。 すなわち、 配線部 1 4 2 Aと抵 抗 R a 間の接続配線 1 4 8 a 、 容量 C a を構成する対の櫛歯型電 極、 一方の櫛歯型電極に接続する電極パッ ド 1 5 0及び一方の櫛 歯型電極と抵抗 R a 間の接続配線 1 4 8 b を形成する。
同時に、 このフ ッ化水素溶液 (D H F ) によ り 、 犠牲層と なる 酸化シ リ コ ン薄膜 (H D P ) 1 4 0 を除去して、 ビーム 1 4 5 と 入出力電極 1 3 6 、 1 3 7 間に空間 1 5 1 を形成する。 これによ つて、 同一の基板 1 3 0上に M E M S静電駆動型振動子 1 5 2 と 直流電圧安定化回路 1 0 と直流電源入力パッ ド 1 5 0 を形成して なる 目的の高周波素子 1 5 3 を得る (図 1 5参照)。
次に、 高周波領域の微弱な信号を取 り扱う と きの、 信号経路以 外の回路を迂回する信号の漏洩を抑制 し、 高周波信号の信号 Z雑 音比の向上と、 上述した直流バイアス電圧の安定性の向上と を図 つたゝ 本発明に係る高周波素子の他の 施の形 について説明す 実 態
o
信号の漏洩を抑制する高周波素子と してはヽ 直流ノ ィァス電圧 を高周波信号線路の一部に印加して動作される高周波信号素子を 有し 、 高周波信号線路のイ ンピ一ダンス と 、 直流バイァス電圧を 供給する直流給電配線のィ ンピ一ダンス と の間をイ ンピ一ダンス 不整 α にす
また 、 信号の漏洩を抑制する高周波 子と しては、 直流バイァ ス電圧を高周波信号線路の一部に印加して動作される高周波信号 素子と 、 向周波信号素子を駆動するための直 電圧供給手段と を 有し、高周波信号線路に接続される他の配線のイ ンピーダンスを、 高周波信号線路のィ ンピ一ダンスに対して不整口 す 0
信号の漏洩を抑制する高周波素子の具体例と しては 、 1 つある いは複数の高周波ブロ クク (例えば並列振動子 ) に 、 直流バィ ァ ス電圧を給電する場合に 、 高周波回路ブロ ッ ク を週切に分割しヽ その間を、 高周波回路ブロ ック 内の R F信号線の一部をなす直流 給電部からみた R F信号線路のィ ンピーダンス と は異なるィ ンピ 一ダンスで接続する。 のよ う な接続方法を用いて直流給電配線 を形成する と、 高周波回路ブロ ック 内で直流バィァス電圧と高周 波信号が混在して印加されている信号線路から 、 直流給電回路を 通じてブロ ッ ク外への漏洩を最小限に抑制する こ とができ る ο 最 良の接続方法は、 ロ ー ノヽ0ス フィルタ を通じて直流給電配線を接 するこ とであるが、 抵抗の差異のみであっても十分な効果を得る こ とができ る。 特に M E M S (微小電気機械系 ) 静電駆動型 (ビ
—ム型) 振動子群を用レ、て高周波素子を構成する場 σ は、 M E M
S振動子の直流でのィ ンピ一ダンス は極めて大さ く 直流給電線 路には極めて微小な直 電流しか流れないために、 かな り 大きな 抵抗、 例えば数 M Ωの抵 振動子群と直流給電配線の間に挿入 しても、 抵抗によ る電圧の降下が起こ らず、 従って、 効果的なィ ンピーダンス不整合を実現でき る。
本実施の形態は、 このよ う なイ ンピーダンス不整合によって漏 洩を抑制でき る よ う に した高周波素子に、 さ らに振動子への直流 バイアス電圧の安定した供給を可能に している。
図 1 6 は、 本発明に係る高周波素子を 1 段構成のラダー型フィ ルタに適用 した第 2 実施形態の等価回路である。
本実施の形態のラダー型フィルタ 3 1 は、 高周波信号線路 3 2 をマイ ク ロス ト リ ップ線路で構成し、 その信号線路 3 3 の入力端 子 T i n及び T o u t 間に直列に並列化された複数の振動子 (振 動子群) で構成された振動子 3 5 が接続され、 この直列振動子 3 5 の出力側と グラ ン ド線路 3 4 間に同様に並列化された複数の振 動子(振動子群)で構成されたシャン ト振動子 3 6 が接続される。 この直列振動子 3 5及びシャン ト振動子 3 6 は、 直流バイアス電 圧の供給によって動作するよ う に構成される。 このため、 直流電 圧供給手段、 例えば直流電源回路 3 7 と直流給電線路 3 8 を有し た直流給電回路が設けられ、直流電源回路 3 7 から直流給電回路、 すなわち直流給電配線 3 8 を通じて直列振動子 3 5及びシャン ト 振動子 3 6 の後述する信号線路 3 3 の一部と なる駆動部分に接続 される。 直流電源回路 3 7 と しては、 例えば交流から定電圧 · 直 流に変換して供給する回路構成、 あるいは直流から電圧変換され た定電圧 · 直流電圧に変換して供給する回路構成とする こ とがで さ る。
そ して、 この直列振動子 3 5及びシャ ン ト振動子 3 6 における 信号線路 3 3 の直流給電端子側から見たイ ンピーダンス と直流給 電配線 3 8 のィ ンピーダンス との間にィ ンピーダンスの不整合が 存する よ う構成される。 すなわち、 直列振動子 3 5及びシャン ト 振動子 3 6 における信号線路 3 3 と 、 直流給電配線 3 8 との間に イ ンピーダンス不整合を形成するための素子を接続する。 こ の素 子と しては、 本例では抵抗素子 R 1 , R 2 が用いられている。 本 例では、 直列振動子 3 5 のビームと直流給電配線 3 8 との間に抵 抗素子 R 1 が接続され、 シャ ン ト振動子 3 6 の ビーム と直流給電 配線 3 8 と の間に抵抗素子 R2 が接続される。 さ らに、 こ の直流 給電配線 3 8 と直流電源回路 3 7 に接続された直流電源入力パッ ド 2 2 と の間に抵抗 R a と容量 C a からなる直流電圧安定化回路 1 0 が接続される。 この場合、 抵抗 R a を省略して、 抵抗 R 1 、 R 2 兼用 して抵抗 R.1 , R 2 と容量 C a で直流電圧安定化回路 1 0 を形成する こ と も可能である。
直列振動子 3 5及びシャ ン ト振動子 3 6 と しては、 M E M S静 電駆動型振動子で形成される。こ の M E M S静電駆動型振動子は、 前述の図 1 及び図 2 と 同様の構成、 すなわち回路系を除いた振動 子そのものの構造を採る。
図 1 6 における直列振動子 3 5 は、 こ の個別の M E M S静電駆 動型振動子 2 を複数、 例えば 4 0個並列化して構成される。 シャ ン ト振動子 3 6 は、 複数、 例えば 1 6 0個の M E M S静電駆動型 振動子 2 を並列化して構成される。 直列振動子 3 5 の合成イ ンピ 一ダン、 Z s は、 例えば直列抵抗 R X = 5 k Ω、 接地 C 0 = 1 X 1 0— 1 3 F'からなる。 シャ ン ト振動子 3 6 の合成イ ンピーダンス Z p は、 例えば直列抵抗 R x = l k Q、 接地容量 C O = 8 X 1 0 一 1 3 Fからなる。 信号線路 3 3 の一部をなすビーム と直流給電線 路 3 8 間に接続される上記抵抗素子 R 1 , R 2 は、 例えば多結晶 シリ コン膜による細線を用いて形成され、 その抵抗値は、 例えば R 1 , R 2 = 1 Μ Ω とする こ と ができ る。 図 1 6 に示された信号 線路 3 3 の特性イ ン ピーダンスは、 シャン ト振動子 3 6 の合成ィ ンピーダンス Ζ ρ と 同じに設計される。
第 2実施の形態の 1 段ラダー型高周波フ ィ ルタ 3 1 は、 直列振 動子 3 5及びシャ ン ト振動子 3 6 からなる.高周波回路プロ ック と、 直流電源回路 3 7 と、 直流電圧安定化回路 1 0及び直流給電配線 3 8 を含む直流給電プロ ック を同一の半導体チップ上に形成して 構成される。
図 1 7〜図 2 0は、 図 1 6 の等価回路で表される 1段構成のラ ダー型フィルタ 3 1 のフィルタ特性を示す。 すなわちシ リ コ ン半 導体プロセスによ り 作製され M E M S静電駆動型振動子群を用い て構成されたラダー型フ ィ ルタ 3 1 を、 ァ ドバンテッ ク社製ネ ッ ト ワーク · アナライザ 3 7 6 7 Gを用いて測定した透過特性値 S 2 1 ( Sパラメ ータ) の周波数依存性を示す。 直列振動子 (振動 子群) 3 5及びシャ ン ト振動子 (振動子群) 3 6 には、 共通電源 を用い直流一 1 5 Vを印加した。 直列振動子 (振動子群) 3 5 の 共振周波数は 9 8 MH z 、 シャ ン ト振動子 (振動子群) 3 6 の中 心周波数は、 直列振動子のそれよ り 2 MH z 、 3 MH z 、 6 M H z低い、 9 6 MHz 、 9 5 MHz 、 9 2 MH z にそれぞれ設定して 測定した。
図 1 7はシャン ト周波数依存性を示したフィルタ特性 (図 1 8 〜図 2 0で示す各シャ ン ト周波数が異なる曲線を重ねたも の) で ある。 図 1 8、 図 1 9、 図 2 0 はそれぞれシャ ン ト振動子 3 6の 中心周波数を 9 6 MH z 、 9 5 MH z 、 9 2 MH z にしたと きの図 1 7の要部 Aに対応した拡大周波数特性を示す。 図 1 7から明 ら かなよ う に、 いずれのシャ ン ト周波数の場合も、 ゴース ト (雑音) のない略同じ曲線を呈し、 特に共振、 ***振のピーク部分では同 じ曲線であ り 、 雑音のない予想通り の周波数特性を示 している。 シャ ン ト振動子 3 6 の効果が不明瞭にしか観測でき'ないのは、 ネ ッ ト ワーク . アナライザの入力イ ンピーダンスが 5 0 Ωであるた めである。
第 2実施形態の 1段構成のラダー型フ ィ ルタ 3 1 によれば、 M E M S静電駆動型振動子で形成された直列振動子 3 5及びシャ ン ト振動子 3 6 の、 信号線路 3 3 の一部をなすビーム と直流給電配 線 3 8 と の間にイ ン ピーダンス不整合とする抵抗素子 R 1 , R 2 を接続する こ と によ り 、 直流給電配線 3 8 を通 じての高周波信号 の迂回が抑制され、 フ ィ ルタ リ ングされた高周波信号の信号/雑 音比を向上する こ とができ る。 また、 複数の独立電源を必要と し ないので 、 電源に係わる コス ト を低減する こ とができ る
カロえて 、 直列振動子. 3 5 と シャ ン ト振動子 3 6 に直流電圧安定 ィ匕回路 1 0 を通じて直流バイ アス電圧を印加するので、 フ イ ノレタ リ ングされた高周波信号の時間変動を抑圧する こ とができ る。 ま た、 サージ電圧による直列振動子 3 5 、 シャ ン ト振動子 3 6 への 損害を最小限度に抑えるこ とができ る。
図 2 1 は 、 本発明に係る高周波素子を 2段構成のラダ一型フィ ノレタに適用 した第 3実施の形態の等価回路である
第 3 実施の形態のラダー型フィルタ 6 1 は、 前述と 同様にマイ ク ロス ト ジ ップ線路で構成された高周波信号線路 3 2 に 、 それぞ れ並列化された複数の振動子 (振動子群) で構成された直歹 IJ振動 子 6 5 1 、 6 5 2 と、 それぞれ並列化された複数の振動子 (振動 子群) で構成されたシャ ン ト振動子 6 6 1、 6 6 2 とからなる、 ラダー型フイ ノレタが 2段に接続されてなる。 すなわち、 その信号 線路 3 3 の入力端子 T i n及び出力端子 T o u t 間に直列振動子
6 5 1 が接続され、 直列振動子 6 5 1 の出力側と グラ ン ド線路 3
4 間にシャン ト振動子 6 6 1 が接続された 1段目 のラダ一型フィ ルタが設けられ、 その後段に同 じく 信号線路 3 3 に直列振動子 6
5 2が接続され、 直列振動子 6 5 2 の出力側と グラ ン ド線路 3 4 間にシャ ン ト振動子 6 6 2が接続された 2段目 のラダー型フ ィ ル タが設けられる。
各直列振動子 6 5 1、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 6 6 1 , 6 6 2 は、 直流バイァス電圧の供給によって動作する よ う に構成され る o こ のため、 ¾u述と 同様に直流電圧供給手段、 例えば直流電源 回路 3 7 と直流給電線路 3 8 を有した直流給電回路が設けられ、 直流電源回路 3 7 から直流給電回路、 すなわち直流給電配線 3 8 を通じて直歹 IJ振動子 6 5 1 、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 6 6 1 、
6 6 2 の信号線路 3 3 の一部となる ビームに接続される。
そして 、 こ の直列振動子 6 5 1 、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 6
6 1 、 6 6 2 における信号線路 3 3 のイ ンピーダンス と直流給電 配線 3 8 のイ ンピ一ダンス と の間にィ ンピーダンスの不整合が存 するよ う構成される。 すなわち、 直列振動子 6 5 1 、 6 5 2及び シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 における信号線路 3 3 と、 直流給 電配線 3 8 との間にィ ンピーダンス不整合を形成するための素子 例 ば抵抗素子 R 3 〜 R 6 を接続する。 さ らに、 こ の直流給電配
3 8 と直流電源回路 3 7 に接続された直流電源入力パッ ド 2 2 と の間に抵抗 R a と容量 C a からなる直流電圧安定化回路 1 0 が 接続される。 こ の士 -县 A口 、 抵抗 R a を省略する こ と も可能である。
直列振動子 6 5 1 、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 はヽ 刖 ¾Eと同 ¾ (こ M E M S静電駆動型振動子 2で構成される。 そ して 、 1 段目 の直列振動子 6 5 1 のビームと直流給電配線 3 8 と の間に抵抗素子 R 3 が接続され、 シャ ン ト振動子 6 6 1 の ビーム と直流給電配線 3 8 と の間に抵抗素子 R 4 が接続される。 また、
2段目 の直列振動子 6 5 2 のビーム と直流給電配線 3 8 との間に 抵抗素子 R 5 が接続され、 シャ ン ト振動子 6 6 2 の ビーム と直流 ホロ電配線 3 8 と の間に抵抗素子 R 6 が接続される。
図 2 1 における直列振動子 6 6 1 、 6 6 2 は、 個別の M E M S 静電駆動型振動子 2 を複数、例えば 4 0個並列化して構成される。 シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 は、 複数、 例えば 1 6 0 個の M E M S静電駆動型振動子 2 を並列化して構成される。 直列振動子 6 5 1 、 6 5 2 のイ ンピーダンス Z s は、 例えば直列抵抗 R x = 5 k Ω , 接地容量 C O = 1 X 1 0 — 1 3 F力 らなる。 シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 のイ ンピーダンス Z p は、 例えば直列抵抗 R X = l k Q、接地容量 C O = 8 X 1 0— 1 3 Fからなる。抵抗素子 R 3 , R 4 , R 5 , R 6 は、 例えば多結晶シ リ コ ン膜による細線を用い て形成され、 その抵抗値は、 例えば R 3 , R 4 , R 5 , R 6 = 1 Μ Ω とする こ とができ る。 図 2 1 に示された信号線路 3 3 の特性 イ ンピーダンスは、 シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 のイ ンピーダ ンス Ζ ρ と 同 じに設計される。
第 3実施の形態の高周波フ ィ ルタ 6 1 は、 直列振動子 6 5 1 、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 からなる高周波回路ブ ロ ック と、 直流電源回路 3 7 と、 直流電圧安定化回路 1 0及び直 流給電配線 3 8 を含む直流給電プロ ッ ク を同一の半導体チップ上 に形成して構成される。
図 2 2 は、 図 2 1 の等価回路で表される 2段構成のラダー型フ ィルタ 6 1 のフィルタ特性を示す。 すなわちシリ コン半導体プロ セスによ り 作製された M E M S ビーム型振動子群を用いて構成さ れたラ ダー型フ ィ ルタ 6 1 を、 ア ドバンテ ッ ク社製ネ ッ ト ヮー ク *アナライザ 3 7 6 7 Gを用いて測定した透過特性値 S 2 1 ( S パラメータ) の周波数依存性を示す。 直列振動子 (振動子群) 6 5 1 、 6 5 2及びシャ ン ト振動子 (振動子群) 6 6 1 、 6 6 2 に は、 共通電源を用い直流一 1 5 Vを印加した。 直列振動子 (振動 子群) 6 5 1 、 6 5 2 の共振周波数は 9 8 MH z 、 シャ ン ト振動 子 (振動子群) 6 6 1 、 6 6 2 の中心周波数は、 直列振動子のそ れよ り 4 MH z 低い、 9 4 MH z にそれぞれ設定して測定した。 この図 2 2 の特性曲線から明らかなよ う に、 雑音のない予想通り の周波数特性を示している。 シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 の効 果が不明瞭にしか観測できないのは、 ネッ ト ワーク · アナライザ の入力ィ ンピ一ダンスカ 5 0 Ωであるためである ο
第 3実施形態の 2段構成のラダー型フ ィ ノレタ 6 1 によれば、 M
E M S 電駆動型振動子で形成された直列振動子 6 5 1 、 6 5 2 及ぴシャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 の 、 信 路 3 3 の一部と な る ビームと直流給電配線 3 8 と の間にイ ンピーダンス不整合とす る抵抗素子 R 3 , R 4 , R 5 , R 6 を接続する こ と によ り 、 直流 給電配線 3 8 を通じての高周波信号の迂回が抑制され 、 フ イ ノレタ リ ングされた高周波信号の信号 雑音比を向上する こ とができ る。 また、 複数の独立電源を必要と しないので、 電源に係わる コ ス ト を低減する こ とができ る。
加えて 、 直列振動子 6 5 1 、 6 5 2 と シャ ン ト振動子 6. 6 1 、
6 6 2 に直流電圧安定化回路 1 0 を通じて直流バィ ァス電圧を印 加するので、 フィルタ リ ングされた高周波信号の時間変動を抑圧 する こ とができ る o よ iしヽ サージ電圧による直列振動子 6 5 1 、
6 5 2 、 シャ ン ト振動子 6 6 1 、 6 6 2 への損害を最小限度に抑 える こ とができ る。
図 2 3 は、 本発明に係る r¾周波素子を咼周波共振器に週用 した 第 4実施の形態の等価回路であ ο 第 4実施の形態に係る高周波 共振器 7 1 は、 マィ ク 口ス 卜 リ ップ線路で構成された高周波信号 線路 7 2 の、 信号線路 7 3 の入出力端子 T i n及び T o u t 間に 並列化された複数の振動子 (振動子群 ) で構成された振動子 7 5 が接続され、 この振動子 7 5 を動作させるための直流電源回路 7
7 力 らの直流袷電配 8 と振動子 7 5 の信号線路の一部となる ビ一ム との間に 実効的にィ ンピーダンスを不整合にする素子、 本例では口一パスフィノレタ 7 9 を接続して構成される。 さ らに、 こ の直流給電配線 7 8 と直流電源回路 7 7 に接続された直流電源 入力パク ド、 2 2 と の間に抵抗 R a と容量 C a 力 らなる直流電圧安 定化回路 1 0 が接 される 。 振動子 7 5 と しては、 前述と に 図 1 及び図 2 の M E M S駆動型振動子 2 で構成される。
図 2 3 における振動子 7 5 は、 前述と 同様に複数、 例えば 5 0 個の M E M S ビーム型振動子 2 を並列化して構成される。 振動子 7 5 の合成イ ンピーダンス Z s は、 直列抵抗 R x = 5 k Q、 接地 容量 C O = 1 X I 0— 1 3 Fからなる。 高周波信号線路 7 2 の信号 線路 7 3 の特性イ ンピーダンスは、 振動子 7 5 のイ ン ピーダンス Z s と 同 じに設計される。 C 1 は直流給電配線 7 8 の浮遊容量、 あるいはローパス回路の一部をなす容量を示す。
図 2 4 は、 図 2 3 の等価回路で表された高周波共振器 7 1 の共 振特性を示す。 すなわち、 シ リ コ ン半導体プロ セスによ り 作製さ れた M E M S静電駆動ビーム型振動子群を用いて構成された高周 波共振器 7 1 を、 ア ドバンテック社製ネ ッ ト ワーク · アナライザ 3 7 6 7 Gを用いて測定した透過特性値 S 2 1 ( Sパラ メ ータ) の周波数依存性を示す。 振動子群にはロ ーパス フ ィ ルタ 7 9 が組 み込まれた直流電源回路 7 7 を用い、 直流— 2 0 Vを印加した。 信号線路 7 3 の一部となる振動子 7 5 の ビーム と 、 直流電源回路 7 7側のロ ーパス フ ィ ルタ 7 9 と はワイ ヤー · ボン ド法によ り A u細線で接続した。 図 2 4 から明 らかなよ う に、 雑音のない、 9 8 M H z 付近にピーク を持つ共振曲線が観測でき る。
なお、 図 2 3 の例では、 実効的にイ ン ピーダンスを不整合にす るための素子 と して、ローパス フ ィ ルタ 7 9 を用いたが、その他、 R C回路、 抵抗素子などを用いる こ と もでき る。
第 4実施形態の高周波共振器 7 1 によれば、 M E M S静電駆動 型振動子で形成された振動子 7 5 の、 信号線路 7 3 の一部と なる ビーム と直流給電配線 7 8 と の間に口 一パス フ ィ ルタ 7 9 を接続 する こ と によ り 、 直流給電配線 7 8 を通じての高周波信号の不要 反射が抑制され、 共振周波数の高周波信号の信号 雑音比を向上 する こ とができ る。 加えて、 振動子 7 5 に直 電圧安定化回路 1 0 を通じて直流バ ィァス電圧を印加するので 、 共振された高周波信号の時間変動を 抑圧する こ とができ る た 、 サージ電圧による振動子 7 5への 損害を最小限度に抑える こ とができ る。
上例では、 本発明を複数の M E M S静電駆動型振動子を電気的 な結合で構成したラダ一型フィルタあるいは共振器に適用 したが その他、 複数の M E M S ビ一ム型振動子を機械的な結合で構成し た複合静電駆動振動子型フィルタ (図 8 、 図 9参照) に適用する こ とができ る。 この A
Π、 複合振動子型フィルタを構成する振動 子あるいは振動子群への直流バイ ア ス電圧を高周波信号線路のィ ンピーダンス と は不整合な状態で供給する よ う になす。 これによ つて、 上述と同様に 、 フィ.ルタ リ ングされた高周波信号の信号ノ 雑音比を向上する こ とがでさ 、 また、 複数の独立電源を必要と し ないので、 電源に係わる 3 ス ト を低減する こ とができ る。
本発明の第 5実施の形態は、複合振動子を複数個並列に設置し、 高周波信号を並列的にフィルタ リ ングする よ う に構成する こ とが でき る。 そ して、 かかる複合振動子型フィルタ を構成する振動子 あるいは振動子群への直流バイ ァス電圧を 、 高周波信 線のィ ン ピーダンス と は不整合な状態で供給し、 さ らに振動子に直流電圧 安定化回路 1 0 を介して直流バィァス電圧を供給するなど 、 前述 と 同様に構成する。
この第 5 実施の形 に係る高周波共振 ¾5においても 、 述と 同 様の作用効果を奏する
上述のラダー型フィルタ 、 複合振動子型フィルタ等の複合的な 振動子によるフィルタを構成する場合、 隣り 合う振動子 (並列化 された複数の振動子で構成された振動子 (振動子群)) 間の配線の 長さ、 複数段のフィルタ間の配線の長さ を、 取り扱う 高周波信号 の波長に比較して十分に短く する こ と によ り 、 高周波信号の遅延 に起因する信号歪を抑制する こ とができ る。
上例においては 、 本発明を高周波フ イ ノレタ 、 高周波共振器に適 用 したが 、 その他 、 静電駆動型 M E M S素子を用いた高周波スィ ツチ、 分配器等の受動素子、 M E M S (微小機械システム) 等に 適用する こ とができ る。
上述した本発明の高周波素子は 、 れらを構成する高周波回路 ブ口 ック と、 こ の高周波回路プロ yク を動作されるための電源回 路ブロ ック と を、 同一のウ エノヽチ yプ 、 すなわち 1 つの半導体チ ップ上に形成して構成する こ とがでさ •0。 ま 7こ【ま 、 本発明の高周 波素子は 、例えば高周波回路プロ ッ ク を形成した半導体チップと、 上記電源回路プロ ック を形成した半導体チップと を有して、 両チ ップ間をワイヤーで接続して構成する こ とができ ό 。
また イ ンピーダンスを不整合にするための手段は、 直流電源 回路側に挿入してもよ く 、 あるいは高周波信号素子側に挿入して よい。
上述した各実施の形態の静電駆動型振動子によるフ ィ ルタは、 r¾周波 ( R F ) フィルタ、 中間周波 ( I F ) フ ィルタ等と して用 レヽる こ と ができ る o
本発明は、 上述した実施の形態のフィルタ を備えた通信装置、 すなわち例えば携帯電話機、無線 L A N機器、無線 ト ラ ンシーバ、 テレビチュ ' ~ナ 、 フジォチュ ナ等の 、 電磁波を利用 して通信す る通信装置を提供する こ とができ る o
次に 、 上述した本発明の実施の形 、匕のフィルタを適用 した通信 装置の構成例を 、 図 2 5 を 昭 して aft明する。
まず送信系の構成につレヽて 明する と、 I チャ ンネルの送信デ 一タ と Qチャンネルの送信テ一タを 、 それぞれデジタル Zァナ口 グ変換 ( D A C ) 2 0 1 I 及び 2 0 1 Qに供給してァナ口 グ信 号に変換する。 変換された各チャ ンネルの信号は、 バン ド ' パス · フ ィ ルタ 2 0 2 I 及び 2 0 2 Qに供給して、 达 1B i 号の帯域以外 の信号成分を除去し、 ノくン ド ' ノ ス · フィルタ 2 0 2 I 及び 2 0
2 Qの出力を 、 変調器 2 1 0 に供給する
変調器 2 1 0 では、 各チャ ンネルごと にノ sッファアンプ 2 1 1
I 及び 2 1 1 Qを介して ミ キサ 2 1 2 I 及び 2 1 2 Qに供給して 送信用の P L L ( p nase -locke d loop ) 回路 2 0 3 から供給される 送信周波数に対応した周波数信号を混 a して変調し 、 両混合信号
を加算器 2 1 4 で加算して 1 系統の送信信 とする 。 この場合、 ミ キサ 2 1 2 I に供給する周波数信号はゝ 移相器 2 1 3 で信号位 相を 9 0 ° シフ ト させてあ り 、 I チヤ ンネルの信号と Qチャ ンネ ノレの信号とが直交変調されるよ う に してある
加算器 2 1 4 の出力は、 ノく ッ フ ァ ァンプ 2 1 5 を介して電力増 幅器 2 0 4 に供給し、 所定の送信電力と なる よ う に増幅する。 電 力増幅器 2 0 4 で増幅された信号は、 送受信切換器 2 0 5 と高周 波フィルタ 2 0 6 を介してアンテナ 2 0 7 に供給し 、 アンテナ 2
0 7 から無線送信させる。 高周波フ ィ ルタ 2 0 6 は 、 こ の通信装 置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバン ド · ノ ス · フ ィ ルタである。
受信系の構成と しては、 アンテナ 2 0 7 で受信した信号を、 高 周波フ ィ ノレタ 2 0 6及び送受信切換器 2 0 5 を介して高周波部 2
2 0 に供給する。 高周波部 2 2 0 では 、 受信信号を低ノ イ ズアン プ ( L N A ) 2 2 1 で増幅した後、 バン ド、 • ノヽ °ス · フ ィ ルタ 2 2
2 に供給して 、 受信周波数帯域以外の信号成分を除去し、 除去さ れた信号をバッフ ァアンプ 2 2 3 を介して 、、 キサ 2 2 4 に供給す る。 そ して、 チャ ンネル選択用 P L L回路 2 5 1 から供給される 周波数信号を混合して、 所定の送信チャ ンネルの信号を中間周波 信号と し、 その中間周波信号をバ ッ フ ァ ァ ンプ 2 2 5 を介して中 間周波回路 2 3 0 に供給する。 中間周波回路 2 3 0 では、 供給される中間周波信号をバ ッ フ ァ アンプ 2 3 1 を介してバン ド ·パス 'フイ ノレタ 2 3 2 に供給して、 中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、 除去された信号を 自動ゲイ ン調整回路 (A G C回路) 2 3 3 に供給して、 ほぼ一定 のゲイ ンの信号とする。 自動ゲイ ン調整回路 2 3 3 でゲイ ン調整 された中間周波信号は、 バッファアンプ 2 3 4 を介して復調器 2 4 0 に供給する。
復調器 2 4 0 では、 供給される中間周波信号をバ ッ フ ァ ア ンプ 2 4 1 を介して ミ キサ 2 4 2 I 及び 2 4 2 Qに供給して、 中間周 波用 P L L回路 2 5 2 から供給される周波数信号を混合して、 受 信した I チャ ンネルの信号成分と Qチャ ンネルの信号成分を復調 する。 この場合、 I 信号用の ミ キサ 2 4 2 1 には、 移相器 2 4 3 で信号位相を 9 0 ° シフ ト させた周波数信号を供給するよ う に し てあ り 、 π交変調された I チャ ンネルの信号成分と Qチャ ンネル の信号成分を復調する。
復調された I チャ ンネルと Qチヤ ンネルの信号は、 それぞれバ ッ フ ァ ァ ンプ 2 4 4 I 及び 2 4 4 Qを介して /、ン ド ' ノヽ。ス · フ ィ ルタ 2 5 3 I 及び 2 5 3 Qに供給してヽ I チャ ンネル及び Qチヤ ンネノレの信号以外の信号成分を除去し 、 除去された信号をアナ口 グ /デジタル変換器 (A D C ) 2 5 4 I 及び 2 5 4 Qに供給して サンプリ ングしてデジタルデータ化し 、 I チャ ンネルの受信デー タ及び Qチャ ンネルの受信データを得る
まで説明 した構成において、 各ノくン ド • ノヽ °ス · フィルタ 2
0 2 I , 2 0 2 Q , 2 0 6 , 2 2 2 ラ 2 3 2 2 5 3 1 , 2 5 3
Qの一部又は全て と して、 上述した実施の形 の構成のフィノレタ を週用 して帯域制限するこ とが可能であ -3。
本実施の形態の通信装置によれば 、 フィノレタを構成する静電駆 動型振動子に安定な直流バイァス電圧を供給する こ とができ るの で、 出力される高周波信号又は Z及び中間周波信号の時間変動を 抑制するこ とができ、 また、突発的に印加される高電圧パルス (サ シ 圧) による振動子の破壊を防止する こ とがでさヽ 信頼性の 高レ、通信装置を提供するこ とがでさ る
図 2 5 の例では 、 各フィルタをノ、ン K - ノヽ0ス · フィルタ と して 構成したが 、 所定の周波数よ も下の 波数帯域だけを通過させ る π 一 • パス • フイ ノレタや 、 所定の周波数よ り ち上の周波数 域 だけを通過させるノヽィ · パス • フィルタ と して構成して 、 それら の フィノレタに上述した各実施の形 の構成の フ ィ ルタ を週用 して もよレ、 また 、 図 2 5 の例ではヽ 挺ハ、、線送信及び無線受信を行ラ通 信装置と したが、 有線の伝送路を介して送信及び受信を行ラ通信 装置が備 るフィルタ に週用 してち よ < 、 さ らに送信処理だけを 行 通信装置ゃ受信処理だけを行ラ 通信 置が備える フィルタに 上述した実施の形態の構成のフ ィルタ を週用 してちよレ、

Claims

oH求の範囲
1 . 直流バイアス電圧を印カロして動作される静電駆動型の振動子 を含む高周波信号素子を有し、 刖記直流ノ ィ ァス電圧を供給する パッ ドと J記振動子との間に、 刖記直流ノくィ ァス電圧を安定化さ せる機能を有する回路が付加されてレ、る こ と を特徴とする高周波 子。
2 . 前記高周波信号素子は、 複数の 電駆動型の振動子に高周波 信号を並列に通過させて信号処理を行 振動子群を回路要素と し て有してレヽる こ と を特徴とするロ冃求の範囲第 1 項記載の高周波 子。
3 . 刖記直流バイァス電圧を安定化させる機能を有する回路は 、 直流給電線路に直列に挿入された抵抗と 、 給電線と接地と の間に 揷入された容量と によ り構成される こ と を特徴とする δ冃永の 囲 第 1 項記載の高周波素子。
4 . 記直流バイ ァス電圧を安定化させる機能を有する回路は 、 前目し r¾周波信号素子が形成された同 じ基板上に設けられる こ と を 特徴とする請求の範囲第 1 項記載の高周波 ナ。
5 記高周波信号素子は 、 入力された高周波信号から所望の周 波数帯域の信号を選別する機能を有する こ と を特徴とする 求の 範囲第 1項記載の高周波素子
6 . 肓リ記高周波信号素子は、 高周波信号の基準信号を発生する機 能を有する こ と を特徴とする曰冃求の範囲第 1 項記載の高周波 "^子。
7 . 直流バイアス電圧を印加して動作される静電駆動型の振動子 を含む高周波信号素子の駆動に供される電源供給素子であつて 直流バィ ァス電圧を安定化させる機能を有する回路が付加され ている こ と を特徴とする電源供給素子
8 . 送信信号及び/又は受信信号の帯域制限を行う フ イ ノレタ を備 えた通信装置において 、 刖 5己フィルタ と して、 直流バィ ァ ス電圧 を印加して動作される静電駆動型振動子を有し、 前記直流バイ ァ ス電圧を供給するノヽ0 ソ Kと Wi記饭動子と の間に 、 刖曰己直流バイ ァ ス電圧を安定化させる機能を有する回路が付加されてなるフ ィ ル いられてい - タが用 る と を特徴とする通信装置
9 記フイ ノレタは 、 複数の静電駆動型振動子に高周波信号また は中間周波信号を並列に通過せて信号処理を行う fe動子群を回路 素と して有してレ、る と を特徴とする請求の範囲第 8項記載の 通信装置。
1 0 .前記直流バイ アス電圧を安定化させる機能を有する回路は、 直流給電線路に直列に挿入された抵抗と、 給電線と接地と の間に 挿入された容量と によ り構成される こ と を特徴とする請求の範囲 第 8項記載の通信装置。
1 1 .前記直流バイ ア ス電圧を安定化させる機能を有する回路は、 前記フ ィ ルタ が形成された同 じ基板上に設けられる こ と を特徴と する請求の範囲第 8項記載の通信装置。
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