CN106253876A - 梯型滤波器、双工器以及模块 - Google Patents

Abstract

梯型滤波器、双工器以及模块。一种梯型滤波器包括：一个或更多个串联谐振器，其串联连接在输入端子和输出端子之间；两个或更多个并联谐振器，其并联连接在输入端子和输出端子之间；以及将所述两个或更多个并联谐振器的接地端子彼此电连接的路径，该路径仅通过最靠近输入端子或最靠近输出端子而定位的并联谐振器的接地端子与地电连接，并且该路径在所述两个或更多个并联谐振器的接地端子之间的位置、以及最靠近输入端子或最靠近输出端子而定位的并联谐振器的接地端子和地之间的位置中的至少两个位置处包括至少两个串联连接的电感器。

Description

梯型滤波器、双工器以及模块

技术领域

本发明的特定方面涉及梯型滤波器、双工器以及模块。

背景技术

梯型滤波器被用于高频通信系统中。已经知道如日本专利申请公开号2012-231437和2002-300003以及国际公开号2007-015331中所公开的在梯型滤波器的并联谐振器和地之间连接电感器。还知道如日本专利申请公开号2012-506185、2008-271511以及2003-069382中所公开的将并联谐振器的接地端子统一并连接至地。

在并联谐振器和地之间连接电感器改善了衰减特性。随着电感器数量的增加，衰减特性改善得更多。然而，多个大电感器使得难以减小梯型滤波器的尺寸。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种梯型滤波器，该梯型滤波器包括：一个或更多个串联谐振器，其串联连接在输入端子和输出端子之间；两个或更多个并联谐振器，其并联连接在输入端子和输出端子之间；以及路径，其将所述两个或更多个并联谐振器的接地端子彼此电连接，该路径仅通过最靠近输入端子或最靠近输出端子而定位的并联谐振器的接地端子电连接到地，并且该路径在所述两个或更多个并联谐振器的接地端子之间的位置、以及最靠近输入端子或最靠近输出端子而定位的并联谐振器的接地端子和地之间的位置中的至少两个位置处包括串联连接的至少两个电感器。

根据本发明的第二方面，提供一种双工器，该双工器包括：发送滤波器；以及接收滤波器，其中，发送滤波器和接收滤波器中的至少一个是上述梯型滤波器。

根据本发明的第三方面，提供一种模块，该模块包括：上述梯型滤波器和上述双工器中的至少一个。

附图说明

图1A和图1B分别是根据第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的电路图；

图2示出了第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的衰减特性；

图3是根据第一实施方式的梯型滤波器的电路图；

图4示出了第一实施方式以及第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的衰减特性；

图5示出了第一实施方式的电感器的电感之间的连接关系；

图6A至图6D示出了梯型滤波器的并联臂电路(parallel arm circuits)；

图7示出了在第一条件至第三条件下的衰减特性；

图8A至图8C分别是根据第一实施方式的第一变型至第三变型的梯型滤波器的电路图；

图9A和图9B分别是根据第一实施方式的第四变型和第五变型的梯型滤波器的电路图；

图10A至图10C分别是根据第一实施方式的第六变型至第八变型的梯型滤波器的电路图；

图11是根据第二实施方式的双工器的框图；以及

图12是包括根据第二实施方式的第一变型的模块的系统的框图。

具体实施方式

图1A和图1B分别是根据第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的电路图。如图1A所示，梯型滤波器110包括：一个或更多个串联谐振器S1至S4、两个或更多个并联谐振器P1至P4、以及电感器L01。一个或更多个串联谐振器S1至S4被串联电连接在输入端子In和输出端子Out之间。并联谐振器P1至P4被并联电连接在输入端子In和输出端子Out之间。并联谐振器P1至P4的接地端子公共地被连接到节点N01。电感器L01被电连接在节点N01和地之间。

如图1B所示，在梯型滤波器112中，并联谐振器P1和P2的接地端子公共地被电连接到节点N02。并联谐振器P3和P4的接地端子公共地被电连接到节点N03。电感器L02被电连接在节点N02和节点N04之间。电感器L03被电连接在节点N03和节点N04之间。电感器L04被连接在节点N04和地之间。其它配置与第一比较示例的配置相同，并且因此省略它们的描述。

所模拟的是根据第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的衰减特性。假设串联谐振器S1至S4以及并联谐振器P1至P4是使用具有约810MHz至835MHz的通带的带通滤波器的表面声波谐振器。如下配置第一比较示例和第二比较示例中的电感器的电感：

第一比较示例：L01＝50pH

第二比较示例：L02＝0.7nH、L03＝0.7nH、L04＝10pH

图2示出第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的衰减特性。如图2所示，在第一比较示例和第二比较示例的两个梯型滤波器中的大约720MHz处形成衰减极点AP1。在第二比较示例的梯型滤波器中的大约785MHz处形成衰减极点AP2。如上所述，在并联谐振器P1至P4和地之间连接电感器使得能够在期望的频率处形成衰减极点。如第二比较示例中所描述的两个或更多个电感器的提供使得能够形成两个或更多个衰减极点。因此，改善了衰减特性。第二比较示例很大程度上改善了在低于通带的频率处的衰减特性。

然而，具有较大电感的电感器需要大的安装面积。因此，难以减小梯型滤波器的尺寸。

第一实施方式

图3是根据第一实施方式的梯型滤波器的电路图。如图3所示，梯型滤波器100包括：串联连接在输入端子In和输出端子Out之间的串联谐振器S1至S4、以及并联连接在输入端子In和输出端子Out之间的并联谐振器P1至P4。作为并联谐振器P1至P4的接地侧的端子的接地端子被分别电连接到节点N1至N4。在图3中，相邻节点N1至N4按照该顺序互连以形成单一路径。也就是说，接地端子电互连。最靠近输出端子Out而定位的并联谐振器P4的接地端子被连接到地，并且不存在不经过并联谐振器P4的接地端子而被连接到地的其它的路径。如上所述，节点N4被连接到地。电感器L1被电连接在节点N1和节点N2之间。电感器L2被电连接在节点N2和节点N3之间。电感器L3被电连接在节点N3和节点N4之间。电感器L4被电连接在节点N4和地之间。路径10包括所有的电感器L1至L4，并且是从连接到地的电感器L4至连接到最远离电感器L4而定位的并联谐振器P1的接地端子的节点N1。

所模拟的是根据第一实施方式的梯型滤波器的衰减特性。如下配置第一实施方式中的电感器的电感：

L1＝0.4nH、L2＝0.3nH、L3＝0.2nH、L4＝10pH

图4示出第一实施方式以及第一比较示例和第二比较示例的梯型滤波器的衰减特性。如图4所示，第一实施方式的梯型滤波器与第一和第二比较示例的梯型滤波器一样具有在大约720MHz处形成的衰减极点AP1。与第二比较示例中的一样，在第一实施方式中，在大约780MHz处也形成衰减极点AP2。

如上所述，第一实施方式与第二比较示例一样具有两个衰减极点。在第二比较示例中，电感器L02至L04的电感的总和为1.41nH。另一方面，在第一实施方式中，电感器L1至L4的电感的总和为0.91nH。第一实施方式使电感器的电感能够小于第二比较示例的电感器的电感。因此，第一实施方式减小了电感器的安装面积，从而减小了梯型滤波器的尺寸。

图5示出第一实施方式中的电感器的电感之间的连接关系。如图5所示，在第一实施方式中，并联谐振器P1通过电感器L1至L4(如由接地路径21所指示的)电连接到地。并联谐振器P1和P2通过电感器L2至L4(如由接地路径22所指示的)电连接到地。并联谐振器P1至P3通过电感器L3和L4(如由接地路径23所指示的)电连接到地。并联谐振器P1至P4通过电感器L4(如由接地路径24所指示的)电连接到地。该配置使得四条接地路径21至24能够具有不同的电感。因此，并联谐振器P1至P4可以通过两个或更多个不同的电感成分接地，并且因此形成两个或更多个衰减极点。电感器L4由四条接地路径21至24共享，电感器L3由接地路径21至23共享以及电感器L2由接地路径21和22共享。如上所述，由于电感器L2至L4由两条或更多条接地路径21至24共享，因此电感器L1至L4的电感的总和减小。因此，两个或更多个衰减极点的使用改善了衰减特性、减小了电感器的安装面积并且从而减小了梯型滤波器的尺寸。

在第一实施方式中，路径10按照并联谐振器P1至P4的布置的顺序电连接该并联谐振器P1至P4的接地端子。路径10仅通过最靠近输出端子Out而定位的并联谐振器P4的接地端子电连接到地。也就是说，不存在使得节点N1至N3能够在不通过节点N4的情况下电连接到地的路径。电感器L1被串联电连接在并联谐振器P1和P2的接地端子之间，电感器L2被串联电连接在并联谐振器P2和P3的接地端子之间，电感器L3被串联电连接在并联谐振器P3和P4的接地端子之间，以及电感器L4被串联电连接在最靠近输出端子Out而定位的并联谐振器P4的接地端子和地之间。该配置使得能够通过电感器L1至L4形成具有不同频率的两个或更多个衰减极点，改善了衰减特性。电感器L2至L4由接地路径21至24共享。因此，该配置减小了电感器L1至L4的安装面积，从而减小了梯型滤波器的尺寸。

将对电感器之间的电感的优选值进行研究。图6A和图6B示出了梯型滤波器的并联臂电路。图6A示出了具有并联谐振器的并联臂，以及图6B等效地示出了具有电容器的并联臂。如图6A所示，并联谐振器P1和P2被并联连接在输入端子In和输出端子Out之间。并联谐振器P1和P4的接地端子分别被连接到节点N1和N2。节点N1和N2通过电感器L_a公共地被连接到地。如图6B所示，假设并联谐振器P1和P2等效地是电容器C。为了速记起见，并联谐振器P1和P2具有相同的等效电容C。

由方程式(1)表示从输入端子In看向接地侧的阻抗Z_a。

$Z_a=-j\frac{1}{2\mathrm{\ω}C}+{\mathrm{j\ωL}}_a---\left(1\right)$

由方程式(2)表示角频率ω_a，在该角频率ω_a处形成衰减极点。

${\mathrm{\ω}}_a^2=\frac{1}{L_a\·2C}---\left(2\right)$

如图6C所示，假设电感器L_b1被连接在节点N1和N2之间，电感器L_b2被连接在节点N2和地之间。如图6D所示，假设并联臂等效地是电容器C。由方程式(3)表示从输入端子In看向接地侧的阻抗Z_b。

$Z_b=\frac{({\mathrm{j\ωL}}_{b1}-j\frac{1}{\mathrm{\ω}C})\·(-j\frac{1}{\mathrm{\ω}C})}{({\mathrm{j\ωL}}_{b1}-j\frac{1}{\mathrm{\ω}C})-j\frac{1}{\mathrm{\ω}C}}+{\mathrm{j\ωL}}_{b2}=j\frac{{\mathrm{\ω}}^2{L}_{b1}{L}_{b2}-\frac{2}{C}(L_{b2}+\frac{L_{b1}}{2})+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}^2{C}^2}}{{\mathrm{\ωL}}_{b1}-\frac{2}{\mathrm{\ω}C}}---\left(3\right)$

由方程式(4)表示角频率ω_b，在该角频率ω_b处形成衰减极点。

${\mathrm{\ω}}_b^2=\frac{(1+\frac{2L_{b2}}{L_{b1}})+\sqrt{1+{\left(\frac{2L_{b2}}{L_{b1}}\right)}^2}}{L_{b2}\·2C}---\left(4\right)$

此处，在图6C中，当ω_a等于ω_b(ω_a＝ω_b)时，在与图6A相同的位置处形成衰减极点。当L_b1等于L_b2时，由方程式(5)表示L_b1和L_b2。

$L_{b1}=L_{b2}=(3-\sqrt{5})\·L_a{\mathrm{\ω}}_b^2---\left(5\right)$

L_b1和L_b2之间的关系包括三种条件：L_b1>L_b2；L_b1<L_b2；以及L_b1＝L_b2。根据方程式(5)，在上面的三种条件下由方程式(6)表示L_b1和L_b2。

$\begin{array}{c}2L_a>L_{b1}>(3-\sqrt{5})\&CenterDot;L_a>L_{b2}\\ L_a>L_{b2}>(3-\sqrt{5})\&CenterDot;L_a>L_{b1}\\ L_{b1}=L_{b2}=(3-\sqrt{5})\&CenterDot;L_a\end{array}---\left(6\right)$

在以下三种条件下，所模拟的是图6C的衰减特性。

第一条件：L_b1>L_b2

L_b1＝2.5nH、L_b2＝0.5nH

第二条件：L_b1<L_b2

L_b1＝0.4nH、L_b2＝1.0nH

第三条件：L_b1＝L_b2

L_b1＝0.84nH、L_b2＝0.84nH

图7示出了第一条件至第三条件下的衰减特性。如图7所示，在第一条件至第三条件下的衰减极点AP1的衰减特性几乎相同。衰减极点AP2的衰减特性在第一条件下最好、在第三条件下第二好、以及在第二条件下第三好。

如上所述，针对路径10中的电感器L_b1和L_b2，更靠近地而定位的电感器L_b2的电感优选地小于电感器L_b1的电感。例如，在第一实施方式中，电感器L1至L4的电感的大小之间的关系优选是L1≧L2≧L3≧L4。例如，可以是L1＝L2＝L3>L4。另选地，可以是L1＝L2>L3>L4。另选地，可以是L1>L2>L3>L4。也就是说，最靠近地而定位的电感器L4优选地具有小于最远离地而定位的电感器L1的电感。此外，对于电感器L1至L4的所有相邻电感器，这些相邻电感器中更靠近地而定位的电感器优选具有小于或等于另一电感器的电感的电感。如图7所示，该配置改善了衰减特性。已经描述了电感器的数量是四个的情况，但上述情况同样适用于电感器的数量是两个或两个以上的情况。

图8A至图10C是根据第一实施方式的第一变型至第八变型的梯型滤波器的电路图。如图8A所示，电感器L4被连接在节点N1和地之间。其它配置与第一实施方式的配置相同，并且因此省略它们的描述。如上所述，路径10可以仅通过最靠近输入端子In而定位的并联谐振器P1的接地端子被连接到地。

如图8B所示，并联谐振器P2被划分成并联谐振器P21和P22。并联谐振器P21和P22的接地端子分别被连接到节点N21和N22。电感器L21被连接在节点N21和N22之间。电感器L22被连接在节点N22和N3之间。其它配置与第一实施方式的配置相同，并且省略它们的描述。如上所述，当并联谐振器P2被划分时，电感器L21可以被连接在所划分的并联谐振器P21和P22的接地端子之间。可以省去电感器L21。同样的方式适用于除并联谐振器P2之外的其它谐振器被划分的情况。

如图8C所示，诸如凸起(bumps)、电线和/或布线线路(wiring line)的寄生电感Lp被连接在电感器L1至L4与节点N1至N4之间。其它配置与第一实施方式的配置相同，并且省略它们的描述。如图8C所示，寄生电感Lp可以被连接到电感器L1至L4中的至少一个电感器。

如图9A所示，电感器L1未被连接在节点N1和N2之间。如图9B所示，电感器L4未被连接在节点N4和地之间。如图10A所示，电感器L2未被连接在节点N2和N3之间，并且电感器L3未被连接在节点N3和N4之间。如图10B所示，电感器L1未被连接在节点N1和N2之间，并且电感器L3未被连接在节点N3和N4之间。如图10C所示，电感器L1未被连接在节点N1和N2之间，并且电感器L2未被连接在节点N2和N3之间。其它配置与第一实施方式的配置相同，并且因此省略它们的描述。

如图9A至10C所示，路径10需要在并联谐振器P1和P2的接地端子之间的位置、并联谐振器P2和P3的接地端子之间的位置、并联谐振器P3和P4的接地端子之间的位置、以及最靠近输出端子Out的并联谐振器P4的接地端子(或者最靠近输入端子In而定位的并联谐振器的接地端子)和地之间的位置中的至少两个位置包括至少两个串联连接的电感器。此时，对于至少两个电感器的所有相邻电感器，这些相邻电感器中更靠近地而定位的电感器具有小于或等于另一电感器的电感的电感。如图7所示，该配置改善了衰减特性。

如图9A所示，路径10包括：串联连接在两个或更多个并联谐振器的接地端子之间的至少一个电感器L2和L3(第一电感器)；以及串联连接在并联谐振器P4和地之间的电感器(第二电感器)。此时，电感器L4的电感优选小于电感器L2和L3的电感。正如图7一样，该配置改善了衰减特性。

如图9B所示，路径10包括串联连接在并联谐振器P1至P4的接地端子之间的至少两个电感器L1至L3。对于电感器L1至L3的所有相邻电感器，这些相邻电感器中更靠近地而定位的电感器具有小于其它电感器的电感的电感。正如图7一样，该配置改善了衰减特性。

在第一实施方式及其变型中，并联谐振器P1至P4的数量是四个，但并联谐振器的数量可以是两个或更多个。为了改善衰减特性，电感器的数量优选地较大。并联谐振器的数量优选地为三个或更多个，更优选地为四个或更多个。电感器的数量优选地为三个或更多个，更优选地为四个或更多个。串联谐振器S1至S4以及并联谐振器P1至P4可以是声波谐振器(acoustic resonator)(诸如(例如)，声表面波谐振器、声波边界波谐振器、Love波谐振器或压电薄膜谐振器)。

第二实施方式

第二实施方式将第一实施方式及其变型应用到双工器，并且第二实施方式的第一变型将第一实施方式及其变型应用到模块。

图11是根据第二实施方式的双工器的框图。如图11所示，发送滤波器80被连接在天线端子Ant和发送端子Tx之间，并且接收滤波器82被连接在天线端子Ant和接收端子Rx之间。发送滤波器80将从发送端子Tx输入的信号中的在发送带内的信号发送至天线端子Ant。接收滤波器82将输入到天线端子Ant的信号中的在接收带内的信号输出至接收端子Rx。发送滤波器80和接收滤波器82中的至少一个可以是第一实施方式及其变型中任何一个中的梯型滤波器。

图12是包括根据第二实施方式的第一变型的模块的系统的框图。如图12所示，该系统包括模块50、集成电路52以及天线54。模块50包括双讯器(diplexer)70、开关76、双工器60以及功率放大器66。双讯器70包括低通滤波器(LPF)72和高通滤波器(HPF)74。LPF 72被连接在端子71和73之间。HPF 74被连接在端子71和75之间。端子71被连接至天线54。LPF72使发送到天线54/从天线54接收到的信号中的低频信号通过，并且抑制高频信号。HPF 74使发送到天线54/从天线54接收到的信号中的高频信号通过，并且抑制低频信号。

开关76将端子73或75连接至端子61中的一个端子。双工器60包括发送滤波器62和接收滤波器64。发送滤波器62被连接在端子61和63之间。接收滤波器64被连接在端子61和65之间。发送滤波器62使发送带内的信号通过，并且抑制其它信号。接收滤波器64使接收带内的信号通过，并且抑制其它信号。功率放大器66放大发送信号并将其输出至端子63。低噪声放大器68放大输出至端子65的接收信号。

第一实施方式及其变型的任何一个中的滤波器可以被用于双工器60的发送滤波器62和接收滤波器64中的至少一个。第二实施方式的第一变型描述了用于移动通信终端子的前端子模块作为模块的示例，但是该模块可以是其它类型的模块。

在实施方式中，作为谐振器的示例主要描述了表面声波谐振器，但是谐振器可以是边界声波谐振器、Love波谐振器或压电薄膜谐振器。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对其进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种梯型滤波器，所述梯型滤波器包括：

一个或更多个串联谐振器，其串联连接在输入端子和输出端子之间；

两个或更多个并联谐振器，其并联连接在所述输入端子和所述输出端子之间；以及

路径，其将所述两个或更多个并联谐振器的接地端子彼此电连接，所述路径仅通过最靠近所述输入端子或最靠近所述输出端子而定位的并联谐振器的接地端子电连接至地，并且所述路径在所述两个或更多个并联谐振器的接地端子之间的位置、以及最靠近所述输入端子或最靠近所述输出端子而定位的所述并联谐振器的所述接地端子和所述地之间的位置中的至少两个位置处包括串联连接的至少两个电感器。

2.根据权利要求1所述的梯型滤波器，其中

所述至少两个电感器中最靠近所述地而定位的电感器具有小于最远离所述地而定位的电感器的电感的电感。

3.根据权利要求2所述的梯型滤波器，其中

对于所述至少两个电感器的所有相邻电感器，相邻电感器中更靠近所述地而定位的电感器具有小于或等于另一电感器的电感的电感。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的梯型滤波器，其中

所述路径包括：串联连接在所述两个或更多个并联谐振器的所述接地端子之间的电感器；以及串联连接在最靠近所述输入端子或最靠近所述输出端子而定位的所述并联谐振器的所述接地端子和所述地之间的电感器。

5.根据权利要求1所述的梯型滤波器，其中

所述路径包括：至少一个第一电感器，其串联连接在所述两个或更多个并联谐振器的所述接地端子之间；以及第二电感器，其串联连接在最靠近所述输入端子或最靠近所述输出端子而定位的所述并联谐振器的所述接地端子和所述地之间，并且

所述第二电感器具有小于所述第一电感器的电感的电感。

6.根据权利要求1所述的梯型滤波器，其中

所述路径包括串联连接在所述两个或更多个并联谐振器的所述接地端子之间的至少两个电感器，并且

对于串联连接在所述两个或更多个并联谐振器的所述接地端子之间的所述至少两个电感器的所有相邻电感器，相邻电感器中的更靠近所述地而定位的电感器具有小于另一电感器的电感的电感。

7.根据权利要求1至3、5和6中任一项所述的梯型滤波器，其中

所述两个或更多个并联谐振器的数量是四个或四个以上。

8.一种双工器，所述双工器包括：

发送滤波器；以及

接收滤波器，

其中，所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一个是根据权利要求1至3、5和6中任一项所述的梯型滤波器。

9.一种模块，所述模块包括：

根据权利要求1至3、5和6中任一项所述的梯型滤波器以及根据权利要求8所述的双工器中的至少一个。