JPS61172425A - タイミング抽出用メカニカルフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ２個の横効果利用の圧電セラミックスからなる複合形縦
振動子間を、２個の屈曲振動結合子で結合し、圧電セラ
ミックスの中央部に対して両側に互いに逆方向となるよ
うに残留分極を形成し、その圧電セラミックスの電極面
に、圧電セラミックスの幅とほぼ同一で且つ圧電セラミ
ックスの長さより短い長さの恒弾性金属板を接合し、不
要モードを抑圧したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ディジタル伝送システムに於いて、受信ディ
ジタル信号からタイミング信号を抽出する為の安定動作
で且つ小型化されたタイミング抽出用メカニカルフィル
タに関するものである。

〔従来の技術〕

ディジタル伝送システムに於いては、受信ディジタル信
号の識別再生等を行う為に、ディジタル信号に同期した
タイミング信号を再生する必要がある。その為に、タイ
ミング信号周波数を中心周波数としたフィルタが用いら
れるものであり、従来は、コンデンサＣとインダクタン
スＬとからなるＬＣフィルタが多く用いられている。又
最近は小型化が可能なメカニカルフィルタも提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

低速ディジタル伝送システムに於いては、例えば、２０
０〜３２０ＫＨｚ帯のフィルタが要求されており、ＬＣ
フィルタは、コンデンサやコイルにより構成するもので
あるから、小型化にも限界があると共に、共振周波数の
調整を要する欠点がある。これに対して、メカニカルフ
ィルタは、小型化が可能で調整を必要としない利点はあ
るが、従来のメカニカルフィルタ（入出力端に電気整合
回路を要せず、機械振動系のみから構成されたフィルタ
）は、タイミング抽出用として要求される特性を満足で
きないものであった。即ち、前述の周波数帯に於けるタ
イミング抽出には、（１１広帯域特性（比帯域幅１％以
上）であること、（２）スプリアス特性が良好であるこ
と（１，５ＭＨｚまで３０ｄＢ以上の実効減衰量が得ら
れること）等の厳しい要求があり、これを満足させるこ
とは困難であった。

本発明は、前述のような要求に適合できるメカニカルフ
ィルタを提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のタイミング抽出用メカニカルフィルタは、第１
図及び第２図を参照すると、２個の横効果利用の圧電セ
ラミックス１．１″からなる複合影線振動子間を、２個
の屈曲振動結合子６．７で結合し、圧電セラミックス１
，１“の中央部に対してその両側を互いに逆方向となる
ように残留分極を形成し、圧電セラミックス１，１°の
画電極面に、圧電セラミックスの幅とほぼ同一の幅で且
つ圧電セラミックスの長さの０．８０〜０．８４倍（７
）長さの恒弾性金属板２．３，２°、３°を、それらの
長さ方向の中心が一致するように接合したものである。

〔作用〕

圧電セラミックスの残留分極を両側で逆方向となるよう
に形成して、第２次共振モードを利用するものであり、
圧電セラミックス１，１°の長さと、それらの画電極面
に接合した恒弾性金属板の長さとを前述のように選定す
ることにより、不ｉモードを抑圧することができるもの
である。

〔実施例〕

以下図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は側面図で
あり、圧電セラミックス１．１°は、ＰＺＴ等から構成
され、中央部に対して両側が互いに逆方向に分極されて
いる。矢印４．５はその分極方向を示すものである。又
圧電セラミックス１．１°の画電極面に、恒弾性金属板
２．３．２’、３′が半田等により接合されて、複合形
縦振動子が構成されている。又２個の複合形縦振動子は
、２個の屈曲振動結合子６．７により機械的に結合され
ている。又８は恒弾性金属板２，３．２’、３°の何れ
か一方の側を、第２次共振モードの節点となる位置で基
板等に対して支持する支持線を示すものである。

又圧電セラミックス１，１＠の長さは、２ｉ１＋２ｚ２
、厚さは２ｔ２、幅はｂであり、又恒弾性金属板２．３
．２’、３”の長さは２Ｅ８、厚さはｔ、、幅は圧電セ
ラミックスｌ、１１と同じｂ、結合子６．７で結合した
圧電セラミックス１．１°間の間隔はＪｃであり、特に
圧電セラミックス１．１”の長さ２ｇ、＋２１２に対し
て、その０．８０〜０．８４倍の長さ２Ｎ、となる恒弾
性金属板２．３．２’、３’を設けたものである。

恒弾性金属板２．３間に所定の周波数の電気信号を印加
すると、前述のように、圧電セラミックスの中央部の両
側の分極方向が逆であるから、第２次共振モードで振動
する。第３図は複合形縦振動子の共振点近傍に於ける等
価回路を示し、等個直列インダクタンスし２等価直列キ
ャパシタンスＣ１等価抵抗Ｒ及び等価並列キャパシタン
スｃ。

からなり、振動子の容量比γは、γ＝　Ｇ　ｏ　／　Ｃ
で定義される。この容量比γの大きさが励振されるレス
ポンスの大きさく帯域幅）の目安となる。即ち、容量比
γが小さい程大きく励振され、逆に容量比Ｔが大きい程
レスポンスは抑圧される。

第４図は容量比γと第２次、第４次、第６次共振モード
との計算結果を示すものであり、横軸と縦軸とは、それ
ぞれ恒弾性金属板の長さ２１．及び複合形縦振動子の容
量比γを示すものであるが、それぞれ複合形縦振動子の
全長２１１．＋２１２及び圧電セラミックス単体の容量
比ＴＯで正規化して示すものである。又曲線ａは第２次
共振モード、曲線すは第４次共振モード、曲線Ｃは第６
次共振モードを示す。

同図から判るように、第２次共振モードでは、圧電セラ
ミックスに対する恒弾性金属板の長さの関係を変化させ
ても、容量比は余り変化しないが、第４次共振モード及
び第６次共振モードでは、容量比は大きく変化すること
になる。例えば、恒弾性金属板の長さ２１．を長くする
に従って第４次共振モードの容量比は増大するが、第６
次共振モードの容量比は減少し、Ｊ＋／＜Ｉｔ＋＋ｊ！
ｚ）−０，８２近傍で両者は同一となる。この点を含め
て、圧電セラミックス１．１°の長さに対して、恒弾性
金属板２，３．２”、３’の長さを０．８０〜０．８４
倍とすることにより、第２次共振モードの容量比に対し
て第４次及び第６次共振モードの容量比は１００倍近い
ものとなるから、このような範囲内であれば、第４次共
振モード及び第６次共振モードを充分に抑圧することが
できるものである。又１１／　（Ｊ　１　＋ｊ　２）　
−０，８０〜０．８４以外の範囲では、第４次共振モー
ドの容量比又は第６次共振モードの容量比の何れか一方
が小さくなって、スプリアス抑圧が不充分となる。

第５図は本発明の他の実施例の平面図であり、圧電セラ
ミックスの中央部に長さ２Ｉ１．の未分極部９を形成し
、その両側に圧電セラミックスの残留分極を互いに逆方
向に形成し、未分極部９の長さ２１．を、恒弾性金属板
２，３の長さ２Ｉｔ、と圧電セラミックス１の長さ２（
Ｊ＋＋ｊ！ｚ）との関係で、１ｍ　／　（Ｉｌ＋　＋１
　ｚ）　＝０．１３〜０．１５に設定するものである。

第６図は第５図に示す実施例の複合形縦振動子の容量比
Ｔと第２次、第４次、第６次の共振モードとの計算結果
を示すものであり、曲線ａ、ｂ。

Ｃ１縦軸、横軸については第４図と同様である。

同図からも判るように、Ｊｅ　／　（Ｊ　ｒ　＋Ｉｌ　
２）　＝０．１３に設定すると、第４次共振モードと第
６次共振モードとの容量比が増大し、はぼ一致する寸法
比１　＋／（Ｊ　＋　”１２）の存在が判る。即ち、ｊ
！　１７　（ｒ　１＋Ｊｌｚ）＝０．８０〜０．８４で
第４次共振モード及び第６次共振モードの容量比は第２
次共振モードの容量比の１００００倍近くにも達するか
ら、第４次共振モードと第６次共振モードの両者を更に
充分に抑圧することができることになる。

第７図は減衰量特性の測定曲線図であり、第１図に示す
実施例の複合縦振動子について第１表に示す寸法の場合
のものであって、各部の寸法は第１図及び第２囚に示す
符号に対応し、単位はｍｍである。

第１表 第７図に於いて、横軸は周波数、縦軸はレスポンスの大
きさく減衰量）を示し、曲線中の１Ｏ１１１，１２は、
それぞれ第２次、第４次、第６次共振モードのレスポン
スを示すものであり、第４次共振モード及び第６次共振
モードが充分に抑圧されていることが判る。

又第２表は試作した２個のメカニカルフィルタＡ、Ｂに
ついての第２次共振モードに於ける等価定数を示すもの
である。

第２表 ３２０ＫＨｚ帯の共振周波数に於いて、容量比Ｔは４８
〜５０程度であり、低容量比の振動子を実現することが
できる。

又第２図に示すように、２個の複合形縦振動子を結合す
る結合子６．７は、複合形縦振動子の第４次共振モード
の節点と、第６次共振モードの節点とのほぼ中間の位置
に設けられているものである。結合子６．７は、抑圧し
ようとする所望の共振モードの節点に結合することによ
り、その共振モードを抑圧することができるものである
が、第４次と第６次との両方の共振モードを抑圧する為
に、前述のように、それらの共振モードの節点のほぼ中
間の位置に結合するものである。又結合子６．７間の距
離２Ｘｃは、前述の寸法の実施例に於いては、約３．４
ｍｍ　（Ｘｃ　／　Ｃ１＋　＋１２）　＝０．２４３３
となる。

第８図は第１表の寸法によるメカニカルフィルタの周波
数特性曲線図であり、又Ｘｃ＝１．７ｍｍとし、共振周
波数ｆｏ＝３２２．１ＫＨｚとした場合についてのもの
である。又４ｔｈ、６ｔｈは、第４次共振モード及び第
６次共振モードのレスポンスを示す。この第８図からも
判るように、第４次及び第６次共振モードは充分に抑圧
され、１．５ＭＨｚ近傍までは３０ｄＢ以上の減衰量を
得ることができるものである。

第９図は前述の実施例゛のメカニカルフィルタの通過域
近傍に於ける周波数特性曲線図であり、比帯域幅１％以
上の広帯域特性が得られている。

又第１０図は前述の実施例のメカニカルフィルタの通過
域近傍に於ける位相特性曲線図であり、中心周波数ｆｏ
に於ける位相直線性が良好であることが判る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、２個の複合膨縮振動子
間を２個の屈曲振動結合子６．７で結合し、複合形縦振
動子を構成する横効果利用の圧電セラミックス１．１“
の残留分極を中央部に対して両側で互いに逆方向となる
ように形成し、又は中央部に未分極部９を形成して、そ
の両側で互いに逆方向となるように残留分極を形成し、
この圧電セラミックスの長さの０．８０〜０．８４倍の
長さの恒弾性金属板２．３．２”、３”を、圧電セラミ
ックス１．１ｇの中心と一致させて半田等により接合し
たものであり、前述の実施例のように、３２０ＫＨｚ帯
のメカニカルフィルタを、全長が１４ｍｍ程度の長さで
実現することができ、且つスプリアス特性を向上するこ
とができるものである。従って、ＰＣＭ伝送システム等
に於けるタイミング抽出に適用して、動作の安定化を図
ると共にスペースの縮小化を図ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例の平面図及び側面
図、第３図は共振点近傍に於ける等価回路、第４図は第
２次、第４次、第６次共振モードと寸法と容量比との関
係曲線図、第５図は本発明の他の実施例の平面図、第６
図は第５図の実施例について第２次、第４次、第６次共
振モードと寸法並びに容量比との関係曲線図、第７図は
本発明の実施例のメカニカルフィルタの周波数特性曲線
図、第８図は本発明の実施例のメカニカルフィルタの１
．５ＭＨｚ近傍までの周波数特性曲線図、第９図は本発
明の実施例のメカニカルフィルタの通過域近傍の周波数
特性曲線図、第１０図は本発明の実施例のメカニカルフ
ィルタの位相特性曲線図である。 １．１′は圧電セラミックス、２．３．２’。 ３°は恒弾性金属板、４．５は残留分極の方向を示す矢
印、６．７は屈曲振動結合子、８は支持線、９は未分極
部である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２個の複合形縦振動子間を２個の屈曲振動結合子
   で結合したメカニカルフィルタに於いて、前記複合形縦
   振動子を構成する横効果利用圧電セラミックスの残留分
   極を該圧電セラミックスの中央部に対して両側を互いに
   逆方向に形成し、該圧電セラミックスの画電極面に、該
   圧電セラミックスの幅とほぼ同一の幅で且つ該圧電セラ
   ミックスの長さの０．８０〜０．８４倍の長さを有する
   恒弾性金属板を、長さ方向の中心がそれぞれ一致するよ
   うに接合したことを特徴とするタイミング抽出用メカニ
   カルフィルタ。
2. （２）２個の複合形縦振動子間を２個の屈曲振動結合子
   で結合したメカニカルフィルタに於いて、前記複合形縦
   振動子を構成する横効果利用圧電セラミックスの中央部
   に未分極部を設け、該未分極部に対して両側の残留分極
   を互いに逆方向に形成し、該圧電セラミックスの画電極
   面に、該圧電セラミックスの幅とほぼ同一の幅で且つ該
   圧電セラミックスの長さの０．８０〜０．８４倍の長さ
   を有する恒弾性金属板を、長さ方向の中心がそれぞれ一
   致するように接合したことを特徴とするタイミング抽出
   用メカニカルフィルタ。
3. （３）前記２個の複合形縦振動子間を結合する２個の屈
   曲振動結合子は、前記複合形縦振動子の第４次共振モー
   ドの節点と第６次共振モードの節点とのほぼ中間に接合
   されていることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のタイミング抽出用メカニカルフィルタ
   。