CN110739930A - 具有集成消除电路的薄膜体声波谐振器滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种声波器件，包括配置为对射频信号进行滤波的声波滤波器、以及耦接到声波滤波器的环形电路。所述环形电路配置为对特定频率的目标信号产生反相信号。所述环形电路包括具有压电层和设置在压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器。所述压电层包括自由边缘。所述压电层的边缘配置为对由叉指换能器电极从压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一。

Description

具有集成消除电路的薄膜体声波谐振器滤波器
技术领域
本申请的实施例涉及声波滤波器。
背景技术
声波滤波器可以对射频信号滤波。声波滤波器可包括布置为对射频信号滤波的多个谐振器。谐振器可布置成梯形电路。示例声波滤波器包括表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器和兰姆(Lamb)波谐振器滤波器。薄膜体声波谐振器(film bulk acousticresonator，FBAR)滤波器是BAW滤波器的示例。固态装配型谐振器(solidly mountedresonator，SMR)滤波器是BAW滤波器的另一示例。
声波滤波器可在射频电子系统中实现。例如，移动电话的射频前端中的滤波器可包括声波滤波器。两个声波滤波器可布置为双工器。
发明内容
根据本文公开的一个方面，提供了一种声波器件。该声波器件包括配置为对射频信号进行滤波的声波滤波器以及耦接到所述声波滤波器的环形电路(loop circuit)，该环形电路配置为对特定频率的目标信号生成反相信号，该环形电路包括具有压电层和设置在所述压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由叉指换能器电极从所述压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一。
在一些实施例中，所述压电层是氮化铝层。
在一些实施例中，所述压电层是铌酸锂层。
在一些实施例中，所述压电层是钽酸锂层。
在一些实施例中，在所述兰姆波谐振器中利用的声波模式是最低阶非对称(A0)模式、最低阶对称(S0)模式、最低阶剪切水平(SH0)模式、一阶非对称(A1)模式、一阶对称(S1)模式或一阶剪切水平(SH1)模式之一。
在一些实施例中，所述兰姆波谐振器是固态装配型谐振器。所述兰姆波谐振器可包括布拉格反射器。
在一些实施例中，所述兰姆波谐振器是独立式(free-standing)谐振器。
在一些实施例中，所述声波滤波器包括体声波谐振器。所述兰姆波谐振器的压电层可由与体声波谐振器的压电材料相同的材料形成。所述体声波谐振器可以是薄膜体声波谐振器。所述体声波谐振器可以是固态装配型谐振器。
在一些实施例中，所述声波滤波器包括第二兰姆波谐振器。
在一些实施例中，所述兰姆波谐振器和所述声波滤波器中的至少一个谐振器设置在同一半导体基板上。
在一些实施例中，所述声波滤波器是发射滤波器。
在一些实施例中，所述声波滤波器是接收滤波器。
在一些实施例中，所述声波器件还包括第二声波滤波器，所述声波滤波器和所述第二声波滤波器包括在双工器中。
根据本文公开的一个方面，提供了一种声波器件。所述声波器件包括声波滤波器和环形电路，该声波滤波器配置为对射频信号进行滤波，该声波滤波器包括体声波谐振器，该环形电路耦接到所述声波滤波器，该环形电路配置为对特定频率的目标信号生成反相信号，该环形电路包括具有压电层的兰姆波谐振器，该压电层包括自由边缘，该压电层的边缘配置为对来自压电层的边缘的声波的反射进行抑制或散射之一。
在一些实施例中，所述体声波谐振器是薄膜体声波谐振器。所述薄膜体声波谐振器和所述兰姆波谐振器可包括由相同材料形成的相应压电层。相应压电层可包括氮化铝或由氮化铝组成。所述薄膜体声波谐振器和所述兰姆波谐振器可设置在同一硅基板上。
在一些实施例中，所述体声波谐振器是固态装配型谐振器。固态装配型谐振器和兰姆波谐振器可设置在同一硅基板上。
在一些实施例中，所述声波滤波器是发射滤波器。
在一些实施例中，所述声波滤波器是接收滤波器。
在一些实施例中，所述声波器件包括第二声波滤波器，所述声波滤波器和所述第二声波滤波器包括在双工器中。
根据另一方面，提供了一种射频模块。该射频模块包含双工器和射频开关，其中，该双工器包括声波器件，该声波器件包括配置为对射频信号进行滤波的声波滤波器以及耦接到所述声波滤波器的环形电路，该环形电路配置为对特定频率的目标信号产生反相信号，并且所述环形电路包括具有压电层和设置在所述压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由叉指换能器电极从压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一；该射频开关布置成使与双工器的端口相关联的射频信号通过。
在一些实施例中，所述射频模块还包括功率放大器，所述射频开关耦接在功率放大器和双工器之间的信号路径中。
在一些实施例中，所述射频开关是天线开关。
在一些实施例中，所述射频开关是频带选择开关。
根据另一方面，提供了一种无线通信装置。该无线通信装置包含射频前端和天线，该射频前端包括声波器件，该声波器件包括声波滤波器和环形电路，该声波滤波器配置为对射频信号进行滤波，该环形电路耦接到所述声波滤波器，该环形电路配置为对特定频率的目标信号生成反相信号，并且环形电路包括具有压电层和设置在压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由叉指换能器电极从压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一；所述天线与射频前端通信。
根据另一方面，提供了一种滤波器。该滤波器包括输入端子、输出端子、连接在输入端子和输出端子之间的主体声波滤波器电路，所述主体声波滤波器电路具有第一相位特性、第一通带和第一阻带、及与主体声波滤波器电路并联连接在输入端子和输出端子之间的相移电路，该相移电路包括第一电容器元件、第二电容器元件及串联连接在第一电容器元件和第二电容器元件之间的兰姆模式耦接谐振器，该兰姆模式耦接谐振器包括在单个声波路径中彼此分开设置在压电层上的至少两个叉指换能器电极，声波沿着该单个声波路径传播通过兰姆模式耦接谐振器，所述压电层包括自由边缘，压电层的边缘配置为对由兰姆模耦接谐振器从压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一，所述相移电路具有第二相位特性，所述第二相位特性与对应于所述第一阻带的至少一部分的衰减频带中的第一相位特性相反。
根据另一方面，提供了一种滤波器。该滤波器包含输入端子、输出端子、连接在输入端子和输出端子之间的主薄膜体声波谐振器滤波器电路，主薄膜体声波谐振器滤波器电路具有第一相位特性、第一通带和第一阻带、及与主薄膜体声波谐振器滤波器电路并联连接在输入端子和输出端子之间的相移电路，该相移电路包括第一电容器元件、第二电容器元件及串联连接在第一电容器元件和第二电容器元件之间的兰姆模式耦接谐振器，该兰姆模式耦接谐振器包括在单个声波路径中彼此分开设置在压电层上的至少两个叉指换能器电极，声波沿着该单个声波路径传播通过兰姆模式耦接谐振器，所述压电层包括自由边缘，压电层的边缘配置为对由兰姆模式耦接谐振器从压电层的边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一，所述相移电路具有第二相位特性，所述第二相位特性与对应于所述第一阻带的至少一部分的衰减频带中的第一相位特性相反。
附图说明
现在将参考附图通过非限制性示例描述本申请的实施例。
图1是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的兰姆波声波元件和声波滤波器的薄膜体声波谐振器(FBAR)；
图2是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的兰姆波声波元件和声波滤波器的兰姆波谐振器；
图3是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的固态装配型兰姆波声波元件和声波滤波器的FBAR；
图4是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的固态装配型兰姆波声波元件和声波滤波器的兰姆波谐振器；
图5是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的兰姆波声波元件和声波滤波器的固态装配型兰姆波谐振器；
图6是根据一个实施例的声波器件的横截面图，该声波器件包括环形电路的固态装配型兰姆波声波元件和声波滤波器的固态装配型谐振器(SMR)；
图7A示出了具有接地电极和自由边缘的兰姆波声波元件的横截面；
图7B示出了具有浮置电极和自由边缘的兰姆波声波元件的横截面；
图7C示出了兰姆波声波元件的横截面，该兰姆波声波元件在压电层的与IDT电极相对的一侧上不具有电极，并且包括自由边缘；
图7D示出了包括自由边缘的另一兰姆波声波元件的横截面；
图7E示出了包括自由边缘的另一兰姆波声波元件的横截面；
图7F示出了包括自由边缘的另一兰姆波声波元件的横截面；
图8是具有用于发射滤波器的环形电路的双工器的示意图；
图9是比较图8的双工器与不具有环形电路的相应双工器的隔离的曲线图；
图10是具有用于接收滤波器的环形电路的双工器的示意图；
图11A是比较图10的双工器与不具有环形电路的相应双工器的隔离的曲线图；
图11B是比较图10的双工器与不具有环形电路的相应双工器的接收带阻的曲线图；
图12是具有用于发射滤波器的第一环形电路和用于接收滤波器的第二环形电路的双工器的示意图；
图13是比较图12的双工器与不具有环形电路的相应双工器的隔离的曲线图；
图14是兰姆波声波谐振器的实施例的平面图；
图15是兰姆波声波元件的另一实施例的平面图；
图16是兰姆波声波元件的另一实施例的平面图；
图17是兰姆波声波元件的另一实施例的平面图；
图18A是包括天线开关和具有兰姆波环形电路的双工器的模块的示意性框图；
图18B是包括功率放大器、开关和具有兰姆波环形电路的双工器的模块的示意性框图；
图18C是包括功率放大器、开关、具有兰姆波环形电路的双工器和天线开关的模块的示意性框图；以及
图19是包括具有兰姆波环形电路的双工器的无线通信装置的示意性框图。
具体实施方式
某些实施例的以下描述呈现了特定实施例的各种描述。然而，本文描述的创新可以以多种不同的方式实现，例如，如权利要求所定义和涵盖的那样实现。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记可表示相同或功能相似的元件。应该理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，应当理解，某些实施例可包括比图中所示的元件和/或图中所示的元件的子集更多的元件。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。
声波滤波器可包括用于消除不想要的频率分量的环形电路。环形电路可提高特定频率范围的发射/接收隔离和衰减。环形电路可将具有大致相同幅值和相反相位的信号施加到待消除的信号分量。表面声波(SAW)环形电路已被用于改善SAW滤波器中的隔离和衰减特性。用于薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器和其他体声波(BAW)滤波器的一些环形电路已包括LC电路。这种LC电路可包括具有相对大的物理占用面积的(一个或多个)电容器和/或(一个或多个)电感器、和/或可在包括耦接到环形电路的BAW滤波器的芯片外部实现。
公开了兰姆波环形电路。兰姆波环形电路可与BAW滤波器和/或双工器集成。例如，氮化铝(AlN)兰姆波环形电路可与AlN FBAR滤波器集成。这种兰姆波环形电路可以在任何期望的频率范围内改善发射/接收(Tx/Rx)隔离和衰减特性。兰姆波环形电路可产生反相射频(RF)信号以消除在期望频率下的目标信号。本文讨论的兰姆波环形电路可改善诸如BAW滤波器(例如，FBAR滤波器或SMR滤波器)、SAW滤波器和兰姆波滤波器之类的RF声波滤波器的隔离和衰减。
兰姆波谐振器可组合SAW谐振器和BAW谐振器的特征。兰姆波谐振器通常包括类似于SAW谐振器的叉指换能器(IDT)电极。因此，兰姆波谐振器的频率可光刻定义。兰姆波谐振器可实现如BAW滤波器的相对高的品质因数(Q)和相对高的相速度(例如，由于悬浮结构(suspended structure))。例如，包括AlN压电层的兰姆波谐振器可相对容易地与其他电路集成，这是因为AlN工艺技术可以与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术兼容。AlN兰姆波谐振器可克服与SAW谐振器相关联的相对低的谐振频率限制和集成挑战，并且还克服与BAW谐振器相关联的多频率能力挑战。一些兰姆波谐振器拓扑基于来自周期性反射栅(reflective gratings)的声反射。一些其他兰姆波谐振器拓扑基于来自压电层的悬浮自由边缘的声反射。
在处理期间，AlN兰姆波环形电路可与AlN FBAR和/或其他BAW滤波器直接集成以形成这样的滤波器。对于其他合适的压电薄膜也可实现这种集成。因此，兰姆波环形电路可提供成本上高效且有效率的方式来包括用于BAW滤波器的环形电路。用于BAW滤波器的兰姆波环形电路可以在相对小的物理占用面积内实现。例如，兰姆波环形电路可具有比基于LC电路的环形电路更小的物理占用面积。较小的物理占用面积可降低功耗和/或降低制造成本。
环形电路可包括独立式兰姆波谐振器或固态装配型兰姆波谐振器。将参考图1-图6来描述示例声波器件，该声波器件包括这种兰姆波谐振器和耦接到环形电路的声波滤波器的谐振器。这些示例的特征的任何合适的组合可彼此一起实现。
图1是根据一个实施例的声波器件10的横截面图，该声波器件10包括声波滤波器的薄膜体声波谐振器(FBAR)12和环形电路的兰姆波谐振器14。
FBAR12包括压电层15、压电层15的上表面上的上电极7、以及压电层15的下表面上的下电极17。压电层15可以是薄膜。压电层15可以是氮化铝层。在其他情况下，压电层15可以是任何合适的压电层。压电层15设置在基板19上，并在压电层15的下表面和基板19之间限定腔体18。下电极设置在腔体18中。腔体18可填充空气或其他气体，或在其他实施例中该腔体可抽空以形成真空腔体。
兰姆波谐振器14包括SAW谐振器和FBAR的特征。如图所示，兰姆波谐振器14包括压电层15'、压电层15'上的叉指换能器电极(IDT)16、以及设置在压电层15'的下表面上的下电极17'。压电层15'可以是薄膜。压电层15'可以是氮化铝层。在其他情况下，压电层15'可以是任何合适的压电层。兰姆波谐振器的频率可基于IDT16的几何形状。电极17'可以在某些情况下接地。在一些其他情况下，电极17'可以是浮置的。空气腔体18'设置在电极17'和半导体基板19之间。可实现任何合适的腔来代替空气腔体18'，例如真空腔体或填充有不同气体的腔体。
在声波器件10中，FBAR12的压电层15可以由与兰姆波谐振器14的压电层15'的相同或相似的材料(例如AlN、铌酸锂或钽酸锂)和尺寸来形成，这可简化两个器件的并行制造。FBAR12和兰姆波谐振器14的腔体18、18'可以具有相似或相同的尺寸，并且可填充有相同或相似的气体，或者腔体18、18'中的一个或两个可以是真空腔体。兰姆波谐振器14和FBAR12可设置在同一半导体基板19上。半导体基板19可以是硅基板。应当理解，由于在声波滤波器中使用的FBAR12和在环形电路中使用的兰姆波谐振器14的结构相似，所以仅采用极少额外的处理步骤(如果有的话)就可将环形电路的部件添加到声波滤波器中。
图2是根据一个实施例的声波器件20的横截面图，该声波器件20包括环形电路的兰姆波谐振器14和声波滤波器的兰姆波谐振器24。尽管在一些实施例中，环形电路的兰姆波谐振器14和声波滤波器的兰姆波谐振器24具有不同的工作频率，但兰姆波谐振器24可具有与兰姆波谐振器14相同或相似的结构。兰姆波谐振器14和24可以共用例如硅基板的基板19，并且相应的压电层15'、25可由相同或相似的材料例如AlN、铌酸锂或钽酸锂和/或以相同或相似的尺寸形成，这可简化两个器件的并行制造。相应的腔体18'、28可具有相似或相同的尺寸，并且可填充有相同或相似的气体，或者腔体18'，28中的一个或两个可以是真空腔体。应当理解，由于在声波滤波器中使用的兰姆波谐振器24和在环形电路中使用的兰姆波谐振器14的结构相似，所以仅采用极少额外的处理步骤(如果有的话)就可将环形电路的部件添加到声波滤波器中。
图3是根据一个实施例的声波器件30的横截面图，该声波器件30包括环形电路的固态装配型兰姆波谐振器34和声波滤波器的FBAR12。图3的FBAR12可以与图1的FBAR12类似或相同。
兰姆波谐振器34包括SAW谐振器和SMR的特征。如图所示，兰姆波谐振器34包括压电层15”、压电层15”上的IDT 36和下电极17'。压电层15”可以是氮化铝层。在其他情况下，压电层15”可以是任何其他合适的压电层。兰姆波谐振器的工作频率可基于IDT36的几何形状。电极17'可在某些情况下接地。在一些其他情况下，电极17'可以是浮置的。布拉格反射器35设置在电极17'和半导体基板19之间。可实现任何合适的布拉格反射器。例如，布拉格反射器可以是SiO2/W.
在声波器件30中，兰姆波谐振器34和FBAR12可具有由相同或相似材料例如AlN、铌酸锂或钽酸锂形成的压电层。兰姆波谐振器34的压电层和FBAR12的压电层可设置在同一半导体基板19上。半导体基板19可以是硅基板。
图4是根据一个实施例的声波器件40的横截面图，该声波器件40包括环形电路的固态装配型兰姆波谐振器34和声波滤波器的兰姆波谐振器44。兰姆波谐振器44是独立式兰姆波谐振器。固态装配型兰姆波谐振器34和兰姆波谐振器44可包括相同的压电材料，例如AlN、铌酸锂或钽酸锂。固态装配型兰姆波谐振器34和兰姆波谐振器44可设置在同一半导体基板19上。固态装配型兰姆波谐振器34可与图3的固态装配型兰姆波谐振器34基本上相似。兰姆波谐振器44可基本上类似于图2的兰姆波谐振器24。
图5是根据一个实施例的声波器件50的横截面图，该声波器件50包括环形电路的兰姆波谐振器14和声波滤波器的固态装配型兰姆波谐振器52。固态装配型兰姆波谐振器52包括SAW谐振器和SMR的特征。固态装配型兰姆波谐振器52包括压电层上的IDT、布拉格反射器、以及压电层和布拉格反射器之间的电极。如图所示，固态装配型兰姆波谐振器52包括例如AlN层的压电层以及SiO2/W布拉格反射器。任何其他合适的布拉格反射器可替代地或额外地包括在固态装配型兰姆波谐振器52中。兰姆波谐振器可基本上类似于图1的兰姆波谐振器14。固态装配型兰姆波谐振器52可基本上类似于图3的固态装配型兰姆波谐振器34。
图6是根据一个实施例的声波器件60的横截面图，该声波器件60包括环形电路的固态装配型兰姆波谐振器64和声波滤波器的SMR 62。固态装配型兰姆波谐振器64在结构上类似于SMR 62，除了固态装配型兰姆波谐振器64包括设置在压电层15”'上的IDT16，而SMR62包括在压电层15””上具有不同形状的电极。用于固态装配型兰姆波谐振器64和SMR62的布拉格反射器65可由半导体基板19的半导体材料分隔。应当理解，由于声波滤波器中使用的SMR62与在环形电路中使用固态装配型兰姆波谐振器64结构相似，因此可仅采用极少步骤额外的处理步骤(如果有的话)就将环形电路的元件添加到声波滤波器中。
兰姆波谐振器可包括设置在具有自由边缘的压电层上的IDT。压电层的悬浮自由边缘可提供声波反射以在这种谐振器中形成谐振腔。图7A至图7F是具有自由边缘的兰姆波谐振器的横截面图。环形电路中的兰姆波谐振器可采用图7A至图7F中的任何兰姆波谐振器的任何合适的原理和优点来实现。尽管图7A至图7F的兰姆波谐振器是独立式谐振器，但是这些兰姆波谐振器的任何合适的原理和优点可应用于其他兰姆波谐振器。
图7A示出兰姆波谐振器70，其包括IDT 112、压电层115和电极116。IDT 112位于压电层115上。如由不同的剖面线所示，在所示的横截面中，交替的地和信号电极指包括在IDT中。压电层115在IDT 112的相对的侧面上具有自由边缘。电极116和IDT 112位于压电层115的相反侧面上。压电层115可以是例如AlN。电极116可接地。
图7B示出兰姆波谐振器70'。除了兰姆波谐振器70'包括浮置电极116'之外，兰姆波谐振器70'类似于图7A的兰姆波谐振器70。
图7C示出在压电层115的与IDT 112相反的一侧上不具有电极的兰姆波谐振器70”。
图7D示出了兰姆波谐振器70”'，其包括在压电层115的第二侧上的IDT 117，该第二侧与在其上设置有IDT 112的第一侧相反。如由不同的剖面线所示，对于IDT 112和117，IDT电极的信号和地电极指相对于彼此偏移。
图7E示出兰姆波谐振器70””，其包括在压电层115的第二侧上的IDT 117'，该第二侧与在其上设置有IDT 112的第一侧相反。如由不同的剖面线所示，对于IDT 112和117'，IDT电极的信号和地电极指彼此对齐。
图7F示出了兰姆波谐振器70””，其包括在压电层115的第二侧上的IDT 117”，该第二侧与在其上设置有IDT 112'的第一侧相反。在所示的横截面中，IDT 112'仅包括信号电极，而IDT 117”仅包括地电极。
本文讨论的兰姆波谐振器环形电路可耦接到声波滤波器。例如，兰姆波谐振器可耦接到双工器或其他多路复用器(例如，四工器、六工器、八工器等)的声波滤波器。图8、图10和图12是示出包括耦接到声波滤波器的兰姆波环形电路的示例双工器的示意图。下面参考图1至图7F和图14至图17讨论的和/或由上述图示出的任何合适的原理和优点可应用于图8、图10和图12的任何示例双工器。
图8是具有用于发射滤波器82的环形电路83的双工器80的示意图。双工器80包括发射滤波器82、接收滤波器84和环形电路83。发射滤波器82和接收滤波器84在节点处耦接在一起，该节点是图8中的天线节点。天线85耦接到双工器80的天线节点。分流电感器L1可耦接在天线8和地之间。
发射滤波器82可对在发射端口TX处接收的RF信号进行滤波，以便经由天线85进行发射。串联电感器L2可耦接在发射端口TX和发射滤波器82的声波谐振器之间。发射滤波器82是声波滤波器，其包括设置为梯形滤波器的声波谐振器。发射滤波器82包括串联谐振器T01、T03、T05、T07、T09和并联谐振器T02、T04、T06、T08。发射滤波器82可包括任何合适数量的串联谐振器和任何合适数量的并联谐振器。发射滤波器82的声波谐振器可包括BAW谐振器，诸如FBAR和/或SMR。在一些情况下，发射滤波器82的声波谐振器可包括SAW谐振器或兰姆波谐振器。在某些应用中，发射滤波器82的谐振器可包括两种或更多种类型的谐振器(例如，一种或多种SAW谐振器和一种或多种BAW谐振器)。
环形电路83耦接到发射滤波器82。环形电路83可耦接到发射滤波器的输入谐振器T01和输出谐振器T09。在一些其他情况下，环形电路83可耦接到梯形电路的不同于图示节点的节点。环形电路83可将具有大致相同幅值和相反相位的信号施加到待消除的信号分量。环形电路83包括分别通过电容器CAP02和CAP01耦接到发射滤波器82的兰姆波谐振器86和87。可在环形电路83中实现本文讨论的环形电路的兰姆波谐振器的任何合适的原理和优点。环形电路83可根据美国专利9,246,533和/或美国专利9,520,857中描述的任何合适的原理和优点来实现。这些专利的公开内容在此通过引用整体并入本文。
接收滤波器84可对由天线85接收的接收RF信号进行滤波，并将经滤波的RF信号提供给接收端口RX。接收滤波器84是声波滤波器，其包括布置为梯形滤波器的声波谐振器。接收滤波器84包括串联谐振器R01、R03、R05、R07、R09和并联谐振器R02、R04、R06、R08。接收滤波器84可包括任何合适数量的串联谐振器和任何合适数量的并联谐振器。接收滤波器84的声波谐振器可包括BAW谐振器，例如FBAR和/或SMR。在某些情况下，接收滤波器84的声波谐振器可包括SAW谐振器或兰姆波谐振器。在某些应用中，接收滤波器84的谐振器可包括两种或更多种类型的谐振器(例如，一种或多种SAW谐振器和一种或多种BAW谐振器)。串联电感器L3可耦接在接收滤波器84的声波谐振器和接收端口RX之间。
图9是比较图8的双工器80的隔离特性与不具有环形电路的相应双工器的隔离特性的曲线图。使用用于AlN兰姆波谐振器的最低阶对称(S0)兰姆波模式的声波性质来研究BAW滤波器的环形电路。假设AlN兰姆波S0模式具有～9000m/s的速度和～2％的K2。频段7BAW双工器用于产生预示性实例。图9中的曲线图表示环形电路83改善了接收隔离。在某些情况下，如图9所示，改善可以是约5分贝(dB)。
图10是具有用于接收滤波器84的环形电路的双工器100的示意图。除了双工器100包括用于接收滤波器84的环形电路103之外，双工器100类似于图8的双工器80。环形电路103耦接到接收滤波器84。环形电路103可耦接到接收滤波器84的输入谐振器R09和输出谐振器R01。在一些其他情况下，环形电路103可耦接到接收滤波器84的梯形电路的不同于图示节点的节点。环形电路103包括分别通过电容器CAP04和CAP03耦接到接收滤波器84的兰姆波谐振器106和107。可在环形电路103中实现本文讨论的环形电路的兰姆波谐振器的任何合适的原理和优点。
图11A是比较图10的双工器100的隔离特性与不具有环形电路的相应双工器的隔离特性的曲线图。如用于生成图9的曲线图那样，使用相同的假设来生成图11A和图11B的曲线图。图11A的曲线图表明环形电路103改善了发射隔离。
图11B是比较图10的双工器100的接收带阻与不具有环形电路的相应双工器的接收带阻的曲线图。该曲线图示出了对于接收频带，环形电路103可抑制较低频率范围的带阻。
图12是双工器120的示意图，该双工器120具有用于发射滤波器82的第一环形电路83和用于接收滤波器84的第二环形电路103。图12示出可以为发射滤波器和接收滤波器实现单独的环形电路。可为声波滤波器实现环形电路，以使声波滤波器的参数在规范内。例如，如果声波滤波器不这样就不能满足隔离规范，则可实现环形电路以使声波滤波器的隔离小于-60dB，以满足隔离规范。
图13是比较图12的双工器120的隔离特性与不具有环形电路的相应双工器的隔离特性的曲线图。该曲线图表示双工器120的环形电路83和103改善了发射和接收隔离两者。
图14中示出可在本文公开的任何实施例中利用的兰姆波谐振器14的实施例的平面图。在图14的兰姆波谐振器14中，压电层15'的边缘15E彼此平行并且与IDT16的电极指平行。将压电层15'的边缘15E与IDT16两侧的最外面的电极指之间的距离(“外伸量(overhang)”)精确控制为例如λ/4，其中λ是由IDT16激发的声波的波长。如果外伸量未被精确控制为例如为λ/4的期望值，则从边缘15E反射的声波的相位可表现出与理想值的粗偏差，从而降低了谐振器14的品质因数Q。另外，如果未将外伸量精确控制为期望值，则谐振器的激发频率f可从基于IDT16的指间距p所预期的频率(f＝υp/2p，υp＝谐振器中的兰姆波相速度)偏移。如果压电层15'的边缘15E彼此不精确地平行并且与IDT16的电极指精确地平行，则从边缘15E反射的声波可能不会在边缘15E处反射之前与由IDT16产生的声波，或者与从压电层15'的边缘15E多次反射的声波适当地相长干涉。压电层15'的边缘15E与IDT16的指的对齐的小偏差因此可减小兰姆波谐振器14的Q并且可产生不期望的杂散振动模式。
在各种实施例中，在双工器的环形电路中产生的衰减信号不需要非常强以充分地消除双工器中的不期望的信号分量。在一些实施例中，例如，在双工器的环形电路中产生的衰减信号的功率可比通过双工器的滤波器的主通带信号低40dB或更低。因此，双工器的环形电路中的兰姆波谐振器不需要表现出低损耗或高Q。不采用精确地控制来自压电层15'的边缘15E的声波反射的相位和方向(经由控制外伸量的宽度和对齐)，而是可更简单得多地对反射进行抑制或散射。可通过使边缘15E成角度、粗糙化或以其他方式改变，使得波被衰减、散射或反射从而非相干地返回到IDT16，来完成对来自压电层15'的边缘15E的声波的反射的抑制或散射。抑制或散射来自压电层15'的边缘15E的声波的反射的兰姆波谐振器可表现出比其中由于制造可变性可能导致偏离理想的外伸量宽度和取向而试图严格控制外伸量的宽度和取向的兰姆波谐振器中更小的Q和/或频率响应变化。
在图15中以平面图示出兰姆模式谐振器14的一个实施例，该兰姆模式谐振器14设计成抑制或散射来自压电层15'的边缘15E的声波的反射。如可见的，压电层15'的边缘15E相对于IDT16的电极指的延伸方向倾斜或成角度。两个边缘15E的倾斜程度示出为相同，但是在一些实施例中，一个边缘15E的倾斜程度可以与另一个边缘15E的倾斜程度不同。外伸量的宽度(图15中的距离D)不是非常重要，并且如果需要，该宽度对于压电层15'的不同侧可相同或不同。
图16中以平面图示出兰姆模式谐振器14的另一个实施例，该兰姆模式谐振器被设计成抑制或散射来自压电层15'的边缘15E的声波的反射。在该实施例中，压电层15'的边缘15E整体上不是直的，而是包括多个直线部分，这些直线部分相对于IDT16的电极指的延伸方向以不同的角度倾斜。边缘15E的多个直线部分中的相邻的直线部分以锐角相交。具有不同倾斜程度或角度的边缘15E可提供来自压电层15'的边缘15E的声波的非相干反射。类似于图15的实施例，外伸量的宽度(距离D)不是非常重要，并且如果需要，该宽度对于压电层15'的不同侧可以相同或不同。
在图17中以平面图示出兰姆模式谐振器14的另一实施例，该兰姆模式谐振器14设计为用于抑制或散射来自压电层15'的边缘15E的声波的反射。该实施例类似于图16的实施例，但是，边缘15E包括多个弯曲部分而不是以锐角相交的直线部分。不同的边缘15E可以具有不同的部分，这些部分具有不同的长度或曲率。弯曲边缘15E可提供来自压电层15'的边缘15E的声波的非相干反射。类似于图15的实施例，外伸量的宽度(距离D)不是非常重要，并且如果需要，该宽度对于压电层15'的不同侧可以相同或不同。
在不同的实施例中，可对图15至图17中所示的任何兰姆模式谐振器14进行改动，使得一个边缘15E是直的并且可选地与IDT16的电极指对齐，而其他边缘15E如图所示配置为抑制或散射来自压电层15'的边缘15E的声波的反射。在其他实施例中，兰姆模式谐振器可包括如图14至图17中任何一个所示的一个边缘以及如图14至图17所示的任何其他所示的相对边缘。
应该理解的是，尽管如图15至图17中所示的兰姆波器件被称为兰姆波谐振器，但在一些实施例中，抑制或散射来自这些器件中的压电层15'的边缘15E的声波的反射可显著到足以基本上或完全阻止器件在它们的工作频率下谐振，并且因此这些器件可替代地称为兰姆波声波元件或兰姆波声波器件。
本文讨论的声波器件和/或环形电路可在各种封装模块中实现。现在将讨论一些示例封装模块，其中可实现本文讨论的兰姆波环形电路的任何合适的原理和优点。图18A、图18B和图18C是根据某些实施例的说明性封装模块的示意性框图。
图18A是模块180的示意性框图，模块180包括具有兰姆波环形电路的双工器182和天线开关183。模块180可包括包封所示元件的封装。具有兰姆波环形电路的双工器182和天线开关183可设置在同一封装衬底上。例如，封装衬底可以是层叠衬底。双工器182可包括根据本文讨论的任何合适的原理和优点的兰姆波环形电路。天线开关183可以是多掷射频开关。天线开关183可以选择性地将双工器182的节点电耦接到模块180的天线端口。
图18B是模块184的示意性框图，模块184包括功率放大器185、开关186和具有兰姆波环形电路的双工器182。功率放大器185可放大射频信号。开关186可选择性地将功率放大器185的输出电耦接到双工器182的发射端口。双工器182可包括根据本文讨论的任何合适的原理和优点的兰姆波环形电路。
图18C是模块187的示意性框图，该模块187包括功率放大器185、开关186、具有兰姆波环形电路的双工器182、以及天线开关183。除了模块187额外包括天线开关183之外，模块187类似于图18B的模块184。
图19是根据一个或多个实施例的无线通信装置200的示意性框图，该无线通信装置200包括具有兰姆波环形电路的双工器203。无线通信装置200可以是任何合适的无线通信装置。例如，无线通信装置200可以是诸如智能电话的移动电话。如图所示，无线通信装置200包括天线201、RF前端202、RF收发器204、处理器205和存储器206。天线201可发射由RF前端202提供的RF信号。天线201可以将接收的RF信号提供给RF前端202以进行处理。
RF前端202可包括一个或多个功率放大器、一个或多个低噪声放大器、RF开关、接收滤波器、发射滤波器、双工滤波器、多路复用器的滤波器、双工器或其他频率多路复用电路的滤波器、或其任何合适的组合。RF前端202可发射和接收与任何合适的通信标准相关联的RF信号。本文讨论的任何声波器件和/或兰姆波环形电路可在RF前端202中实现。
收发器204可以向RF前端202提供RF信号以进行放大和/或其他处理。RF收发器204还可处理由RF前端202的低噪声放大器提供的RF信号。RF收发器204与处理器205通信。处理器205可以是基带处理器。处理器205可为无线通信装置200提供任何合适的基带处理功能。存储器206可由处理器205访问。存储器206可存储用于无线通信装置200的任何合适的数据。
上述任何实施例可与诸如蜂窝手机之类的移动装置相关联地实现。实施例的原理和优点可用于可受益于本文描述的任何实施例的任何系统或设施，例如任何上行链路无线通信装置。本文的教导适用于各种系统。尽管本公开包括一些示例实施例，但是本文描述的教导可应用于各种结构。本文讨论的任何原理和优点可与RF电路相关联地实现，RF电路配置为处理约30kHz到300GHz范围内，例如在约450MHz到6GHz的范围内的信号。
本公开的各方面可以在各种电子装置中实现。电子装置的示例可包括但不限于消费性电子产品、诸如经封装的射频模块的消费性电子产品、上行链路无线通信装置、无线通信基础设施、电子测试设备等的部件。电子装置的示例可包括但不限于诸如智能电话的移动电话、诸如智能手表或耳机的可穿戴计算装置、电话、电视、计算机监视器、计算机、调制解调器、手提电脑、笔记本电脑、平板电脑、微波炉、冰箱、诸如汽车电子系统的车载电子系统、立体声系统、数字音乐播放器、收音机、诸如数码相机的相机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围装置、腕表、时钟等。此外，电子设备可包括未完成的产品。
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包含了”、“包括”、“包括了”等应以包含性的含义来解释，而不是排他性的或穷举的意味。也就是说，意义为“包括但不限于”。本文通常使用的“耦接”一词指的是可直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。如本文通常所使用的，词语“耦接”是指可直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或更多个元件。此外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“上方”，“下方”和类似含义的词语应当指的是本申请的整体而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的上述详细描述中的词语也可分别包括复数或单数。词语“或”是指两个或多个项目的列表，该词语涵盖了该词语的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任意组合。
此外，除非另有具体说明或者在所使用的上下文中以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，例如“能够”、“可以”、“可能”、“可”、“例如”、“举例来说”、“诸如”等等通常旨在表达某些实施例包括，而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或状态，或者一个或多个实施例必须包括用于在具有或不具有作者输入或提示的情况下作出决定的逻辑，该逻辑决定这些特征、元件和/或状态包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行。
虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖设施、方法和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。例如，虽然以给定布置呈现块，但是替代实施例可以执行与不同部件和/或电路拓扑类似的功能，并且可删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些块。这些块中的每一个可以以各种不同的方式实现。可组合上述各种实施例的元件和动作的任何合适组合以提供进一步的实施例。所附权利要求及它们的等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (20)

1.一种声波器件，包括：
声波滤波器，其配置为对射频信号进行滤波；以及
环形电路，其耦接到所述声波滤波器，所述环形电路配置为对特定频率的目标信号产生反相信号，所述环形电路包括具有压电层和设置在所述压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由所述叉指换能器电极从所述压电层的所述边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一。
2.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述压电层是氮化铝层、铌酸锂层或钽酸锂层之一。
3.根据权利要求1所述的声波器件，其中，在所述兰姆波谐振器中利用的声波模式是最低阶非对称(A0)模式、最低阶对称(S0)模式、最低阶剪切水平模式(SH0)模式、一阶非对称(A1)模式、一阶对称(S1)模式或一阶剪切水平(SH1)模式之一。
4.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述兰姆波谐振器是固态装配型谐振器。
5.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述兰姆波谐振器是独立式谐振器。
6.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述声波滤波器包括体声波谐振器。
7.根据权利要求6所述的声波器件，其中，所述兰姆波谐振器的所述压电层由与所述体声波谐振器的压电材料相同的材料形成。
8.根据权利要求7所述的声波器件，其中，所述材料包括氮化铝。
9.根据权利要求6所述的声波器件，其中，所述体声波谐振器是薄膜体声波谐振器。
10.根据权利要求6所述的声波器件，其中，所述体声波谐振器是固态装配型谐振器。
11.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述声波滤波器包括第二兰姆波谐振器。
12.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述兰姆波谐振器和所述声波滤波器中的至少一个谐振器设置在同一半导体基板上。
13.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述声波滤波器是发射滤波器。
14.根据权利要求1所述的声波器件，其中，所述声波滤波器是接收滤波器。
15.根据权利要求1所述的声波器件，还包括第二声波滤波器，所述声波滤波器和所述第二声波滤波器包括在双工器中。
16.一种射频模块，包括：
双工器，其包括声波器件，所述声波器件包括配置为对射频信号进行滤波的声波滤波器和耦接到所述声波滤波器的环形电路，所述环形电路配置为对特定频率的目标信号产生反相信号，并且所述环形电路包括具有压电层和设置在所述压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由所述叉指换能器电极从所述压电层的所述边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一；以及
射频开关，其布置成使与所述双工器的端口相关联的射频信号通过。
17.根据权利要求16所述的射频模块，还包括功率放大器，所述射频开关耦接在所述功率放大器和所述双工器之间的信号路径中。
18.根据权利要求16所述的射频模块，其中，所述射频开关是天线开关或频带选择开关之一。
19.一种无线通信装置，包括：
射频前端，其包括声波器件，所述声波器件包括配置为对射频信号进行滤波的声波滤波器和耦接到所述声波滤波器的环形电路，所述环形电路配置为对特定频率的目标信号产生反相信号，并且所述环形电路包括具有压电层和设置在所述压电层上的叉指换能器电极的兰姆波谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由所述叉指换能器电极从所述压电层的所述边缘产生的声波的反射进行抑制或者散射之一；以及
天线，其与所述射频前端通信。
20.一种滤波器，包括：
输入端子；
输出端子；
主体声波滤波器电路，其连接在所述输入端子和所述输出端子之间，所述主体声波滤波器电路具有第一相位特性、第一通带和第一阻带；以及
相移电路，其与所述主体声波滤波器电路并联连接在所述输入端子和所述输出端子之间，所述相移电路包括第一电容器元件、第二电容器元件、及串联连接在所述第一电容器元件和所述第二电容器元件之间的兰姆模式耦接谐振器，所述兰姆模式耦接谐振器包括在单个声波路径中在压电层上彼此分开设置的至少两个叉指换能器电极，声波沿着所述单个声波路径传播通过所述兰姆模式耦接谐振器，所述压电层包括自由边缘，所述压电层的边缘配置为对由所述兰姆模耦接谐振器从所述压电层的所述边缘产生的声波的反射进行抑制或散射之一，所述相移电路具有第二相位特性，所述第二相位特性与对应于所述第一阻带的至少一部分的衰减频带中的第一相位特性相反。
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