CN111224640B - 多通道滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多通道滤波器，包含第一部分谐振器和第二部分谐振器，两部分谐振器各包含M个谐振器组，第一部分谐振器构成滤波器的串联部分，该串联部分包含2N+1个串联在滤波器的输入端和输出端之间的并联体，每个并联体中的各谐振器来自于不同的谐振器组；第二部分谐振器构成滤波器的并联部分，该并联部分包含N个混联体；混联体中的串联支路和任1条并联支路中的M个谐振器来自于不同的谐振器组；第一部分中的各组谐振器的串联谐振频率，分别与第二部分中各组谐振器的并联谐振频率一一对应相等。采用本发明的技术方案，实现了用一颗晶圆实现双通道甚至多通道的技术方案，有助于优化设计过程，降低工艺成本，减小滤波器尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别地涉及一种多通道滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，人们对于数据传输速率的要求越来越高，与数据传输速率相对应的是频谱资源的高利用率和频谱的复杂化。通信协议的复杂化对于射频系统各模块的性能提出了严格的要求，在射频前端模块，射频滤波器起着至关重要的作用，它可以将带外干扰和噪声滤除掉以满足射频系统和通信协议对于信噪比的要求，从而改善通信质量，提高用户体验。同时系统除了对滤波器性能上有较高的要求外，还对体积尺寸提出较高的要求，而体声波滤波器刚好可以满足其要求。体声波谐振器利用压电晶体的压电效应产生谐振。由于谐振由机械波产生，而非电磁波作为谐振来源，机械波的波长比电磁波波长短很多。因此，体声波谐振器及其组成的滤波器体积相对传统的电磁滤波器尺寸大幅度减小。另一方面，由于压电晶体的晶向生长目前能够良好控制，谐振器的损耗极小，品质因数高，能够应对陡峭过渡带和低插入损耗等复杂设计要求。由于体声波滤波器具有的尺寸小、高滚降、低插损等特性，以此为核心的体声波滤波器在通讯系统中得到了广泛的应用。
通信系统日益复杂化，有时通信系统要求滤波器能够覆盖2个频段，目前常用的实现双通道覆盖的滤波器技术为把两个滤波器并联，其中第一个滤波器覆盖一个频段，第二个滤波器覆盖另外一个频段。如图1所示，图1是根据现有技术的双通道滤波器的基本结构的示意图。就体声波滤波器而言，一般需要把第一个滤波器在晶圆1来实现，把第二个滤波器在晶圆2来实现，然后再通过基板把两个晶圆并联在一起，实现双通道的覆盖，如图2所示，图2是根据现有技术的双通道体声波滤波器的基本结构的示意图。这样的实现方法，工艺较为复杂，成本高，尺寸也大，不利于小型化。
因此，如何用体声波谐振器技术，在保持滤波器尺寸较小的情况下，在一片晶圆上实现双通道覆盖，仍是待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多通道滤波器，能够在一片晶圆上实现多通道覆盖。
为实现上述目的，根据本发明的一个方法，提供了一种多通道滤波器。
本发明的这种滤波器包含第一部分谐振器和第二部分谐振器，两部分谐振器各包含M个谐振器组，其中M为大于等于2的自然数；各个谐振器组内有多个谐振器并且具有相同质量负载以及相同频率；属于同一部分但不同组的谐振器的质量负载不同并且频率不同；第一部分谐振器构成所述滤波器的串联部分，该串联部分包含2N+1个串联在所述滤波器的输入端和输出端之间的并联体，其中N为自然数，每个并联体中的各谐振器来自于不同的谐振器组；第二部分谐振器构成所述滤波器的并联部分，该并联部分包含N个混联体，各混联体包含2条并联支路和1条串联支路，该2条并联支路的第一端分别连接在一个所述串联部分中的并联体的两端，第二端连接于所述串联支路的第一端，所述串联支路的第二端接地；不同混联体中的并联支路的第一端之间有所述并联体；混联体中的串联支路和任1条并联支路中的M个谐振器来自于不同的谐振器组；所述第一部分中的各组谐振器的串联谐振频率，分别与第二部分中各组谐振器的并联谐振频率一一对应相等。
可选地，所述M＝2并且N＝2。
可选地，所述M＝3并且N＝2。
可选地，所述混联体中，每条并联支路包含2个串联的谐振器。
可选地，所述混联体中，每条并联支路包含1个串联的谐振器。
可选地，所述谐振器为体声波谐振器。
根据本发明的另一方面，提供了另一种多通道滤波器。
本发明的这种滤波器包含第一部分谐振器和第二部分谐振器，两部分谐振器各包含M个谐振器组，其中M为自然数；各个谐振器组内的谐振器具有相同质量负载；不同组的谐振器的质量负载不同；第一部分谐振器构成所述滤波器的串联部分，该串联部分包含2N+1个串联在所述滤波器的输入端和输出端之间的并联体，其中N为自然数，每个并联体中的各谐振器来自于不同的谐振器组；第二部分谐振器构成所述滤波器的并联部分，该并联部分包含2N条支路，各支路包含M个来自于不同谐振器组的谐振器；各支路的第一端分别连接于所述串联支路中的多个并联体之间，第二端接地。
可选地，所述M＝2并且N＝2。
可选地，所述M＝3并且N＝2。
可选地，所述谐振器为体声波谐振器。
根据本发明的技术方案，滤波器的串联支路的各串联节点为多个谐振器的并联体，各并联支路为多个谐振器的混联体或串联体，并且调整质量负载使上述多个谐振器分为多个组，位于串联支路的谐振器组与位于并联支路的谐振器组之间在谐振频率上有一一对应的相等关系以形成多通道滤波器，由此实现了用一颗晶圆实现双通道甚至多通道的技术方案，有助于优化设计过程，降低工艺成本，减小滤波器尺寸。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是根据现有技术的双通道滤波器的基本结构的示意图；
图2是根据现有技术的双通道体声波滤波器的基本结构的示意图；
图3为根据本发明实施例1的双通道滤波器的电路原理的示意图，根据附图标记：
S开头的为第一部分谐振器，包含2个谐振器组，分别是S1组(组内有谐振器S11、S12、S13、S14、S15)和S2组(组内有谐振器S21、S22、S23、S24、S25)；
P开头的为第二部分谐振器，包含2个谐振器组，分别是P1组(组内有谐振器P11、P12、P13、P14)和P2组(组内有谐振器P21和P22)；
S1组的串联谐振频率和P1组的并联谐振频率相等，S2组的串联谐振频率和P2组的并联谐振频率相等；
图4为根据本发明实施例1的双通道滤波器的频率-阻抗关系的示意图；
图5为根据本发明实施例1的双通道滤波器的频率-临带抑制关系的示意图；
图6为图5的局部放大图；
图7为根据本发明实施例1的三通道滤波器的两个端口的回波损耗的示意图；
图8为根据本发明实施例2的三通道滤波器的电路原理的示意图；
图9为根据本发明实施例3的三通道滤波器的电路原理的示意图；
对于图8和图9，附图标记含义与图3类似，并且S1组的串联谐振频率和P1组的并联谐振频率相等，S2组的串联谐振频率和P2组的并联谐振频率相等，S3组的串联谐振频率和P3组的并联谐振频率相等；
对于图3、图8和图9，同组内的各谐振器的质量负载相同并且频率相同，不同组的谐振器质量负载不同；
图10为根据本发明实施例4的三通道滤波器的电路原理的示意图。
具体实施方式
图3为根据本发明实施例1的双通道滤波器的电路原理的示意图。如图3所示，滤波器对应于M＝2、N＝2的情形，具体而言，该滤波器为梯型5-4结构，包含一条串联支路，四条并联支路，其中串联支路由5级体声波谐振器依次串联组成，然后接于端口1和端口2之间，串联支路第1级体声波谐振器由两个谐振器S11和S21并联组成，串联支路第2级体声波谐振器由两个谐振器S12和S22并联组成，串联支路第3级体声波谐振器由两个谐振器S13和S23并联组成，同样，串联支路第4、5级体声波谐振器分别由谐振器S14、S15和S24、S25并联组成。
四条并联支路分别由体声波谐振器P11、P12、P13和P14组成，其中谐振器P11一端接于谐振器S11和谐振器S12之间，谐振器P12一端接于谐振器S12和谐振器S13之间，另一端彼此互连，并通过谐振器P21接地。同样，谐振器P13一端接于谐振器S13和谐振器S14之间，谐振器P14一端接于谐振器S14和谐振器S15之间，另一端彼此互连，并通过谐振器P22接地。需要说明的是串联支路上的谐振器S11、S12、S13、S14和S15可不加质量负载，其串联谐振器频率在fr4，并联谐振器频率在fp4。
图4为根据本发明实施例1的双通道滤波器的频率-阻抗关系的示意图。各组谐振器需有不同的质量负载，以具有不同的谐振频率。在实现中其中任一组可不添加质量负载，而其他各组均需添加质量负载。例如，如图4所示，串联支路上的谐振器S21、S22、S23、S24和S25添加质量负载，其串联谐振器频率在fr3，并联谐振器频率在fp3。并联支路的谐振器P11、P12、P13和P14添加质量负载，其串联谐振器频率在fr2，并联谐振器频率在fp2，并联谐振器P21、P22添加质量负载，其串联谐振器频率在fr1，并联谐振器频率在fp1，为了形成双通道滤波器，串联支路的串联谐振频率fr3、fr4分别与并联支路的并联谐振频率fp1、fp2相等，即fr3＝fp1，fr4＝fp2，如图4所示。这样，串联谐振器S11、S12、S13、S14、S15和并联谐振器P11、P12、P13、P14形成了双通道滤波器的第二通道，而串联谐振器S21、S22、S23、S24、S25和并联谐振器P21、P22形成了双通道滤波器的第一通道。
图5为根据本发明实施例1的双通道滤波器的频率-临带抑制关系的示意图。作为举例，该双通道滤波器覆盖的频段选为2.58-2.62GHz和2.85-2.89GHz，从图中可以看出形成了2个传输通道，带内插损小于2.5dB，临带抑制大于27dB。因此，采用本实施例的方案能够实现指标合格的双通道滤波器。
对于上述的M和N，其中M必须大于2，以形成多通道滤波器，N可以是1，较佳的方式是大于等于2，在N大于2时，滤波器的第二部分(即并联部分)中的混联结构可以有不同的具体形式，以下举例加以说明。
图8为根据本发明实施例2的三通道滤波器的电路原理的示意图。图8中的拓扑结构为梯型5-4结构，可以实现三通道滤波器。包含一条串联支路，四条并联支路，其中串联支路由5级体声波谐振器依次串联组成，然后接于端口1和2之间，串联支路第1级体声波谐振器由两个谐振器S11、S21和S31并联组成，串联支路第2级体声波谐振器由两个谐振器S12、S22和S32并联组成，串联支路第3级体声波谐振器由两个谐振器S13、S23和S33并联组成，同样地，串联支路第4级体声波谐振器由谐振器S14、S24和S34并联组成，串联支路第5级体声波谐振器由谐振器S15、S25和S35并联组成。四条并联支路分别由体声波谐振器P11、P12、P13、P14和P31、P32、P33、P34串联组成，其中谐振器P11和P31串联后一端接于谐振器S11和谐振器S12之间，谐振器P12和P32串联后一端接于谐振器S12和谐振器S13之间，另一端彼此互连，并通过谐振器P21接地。同样，谐振器P13和P33串联后一端接于谐振器S13和谐振器S14之间，谐振器P14和P34串联后一端接于谐振器S14和谐振器S15之间，另一端彼此互连，并通过谐振器P22接地。需要说明的是串联谐振器S11、S12、S13、S14、S15和并联谐振器P11、P12、P13、P14形成了三通道滤波器的第三通道，而串联谐振器S21、S22、S23、S24、S25和并联谐振器P21、P22形成了三通道滤波器的第二通道，串联谐振器S31、S32、S33、S34、S35和并联谐振器P31、P32、P33、P34形成了三通道滤波器的第一通道。
类似地，为了形成三通道滤波器，各组的谐振频率需有一定的相等关系，具体而言，S1-S3组(S1组包含S11-S15，其他组类似)的串联谐振器频率fr分别一一对应地等于P1-P3组的并联谐振频率fp。这里的一一对应，不限于S1对应P1、S2对应P2、S3对应P3，例如也可以是S1对应P2、S2对应P3、S3对应P1等。对应的S组和P组构成滤波器的一个通道，例如若S1对应P1，则S1组的谐振器和P1组的谐振器构成滤波器的一个通道。
图9为根据本发明实施例3的三通道滤波器的电路原理的示意图。该电路与实施例2的电路区别在于并联支路，具体而言，如图9所示，四条并联支路分别由体声波谐振器P11、P12、P13、P14组成，其中谐振器P11和P12一端分别接于两相邻串联谐振器之间，另一端彼此互连，然后再依次串联两个谐振器P31和P21后接地。同样，谐振器P13和P14一端分别接于两相邻串联谐振器之间，另一端彼此互连，然后再依次串联两个谐振器P32和P22后接地。
类似图8，通过合适的设置质量负载，使各谐振器的谐振频率形成一定的相等关系，从而构成滤波器的各通道，例如，串联谐振器S11、S12、S13、S14、S15和并联谐振器P11、P12、P13、P14形成了三通道滤波器的第三通道，而串联谐振器S21、S22、S23、S24、S25和并联谐振器P21、P22形成了三通道滤波器的第二通道，串联谐振器S31、S32、S33、S34、S35和并联谐振器P31、P32形成了三通道滤波器的第一通道。并且上述相等关系仍然也可以是S组和P组的其他对应相等关系。
对于上述滤波器的并联部分，各条并联支路也可以是单一的串联体，而非上述的混联体，如图10所示，图10为根据本发明实施例4的三通道滤波器的电路原理的示意图。图中下方有4个单一的串联体(例如P11、P21、P31构成一个单一的串联体)，一端位于滤波器的串联支路上，另一端接地。从图中可以看出，这样需要更多的谐振器。因此较优的方式仍是采用上述混联的方式，有助于减小器件的体积及成本。
根据本发明实施例的技术方案，滤波器的串联支路的各串联节点为多个谐振器的并联体，各并联支路为多个谐振器的混联体或串联体，并且调整质量负载使上述多个谐振器分为多个组，位于串联支路的谐振器组与位于并联支路的谐振器组之间在谐振频率上有一一对应的相等关系以形成多通道滤波器，由此实现了用一颗晶圆实现双通道甚至多通道的技术方案，有助于优化设计过程，降低工艺成本，减小滤波器尺寸。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多通道滤波器，其特征在于，
所述滤波器包含第一部分谐振器和第二部分谐振器，两部分谐振器各包含M个谐振器组，其中M为大于等于2的自然数；各个谐振器组内有多个谐振器并且具有相同质量负载以及相同频率；属于同一部分但不同组的谐振器的质量负载不同并且频率不同；
第一部分谐振器构成所述滤波器的串联部分，该串联部分包含2N+1个串联在所述滤波器的输入端和输出端之间的并联体，其中N为自然数，每个并联体中的各谐振器来自于不同的谐振器组；
第二部分谐振器构成所述滤波器的并联部分，该并联部分包含N个混联体，各混联体包含2条并联支路和1条串联支路，该2条并联支路的第一端分别连接在一个所述串联部分中的并联体的两端，第二端连接于所述串联支路的第一端，所述串联支路的第二端接地；不同混联体中的并联支路的第一端之间有所述并联体；混联体中的串联支路和任1条并联支路中的M个谐振器来自于不同的谐振器组；
所述第一部分中的各组谐振器的串联谐振频率，分别与第二部分中各组谐振器的并联谐振频率一一对应相等。
2.根据权利要求1所述的多通道滤波器，其特征在于，所述M＝2并且N＝2。
3.根据权利要求1所述的多通道滤波器，其特征在于，所述M＝3并且N＝2。
4.根据权利要求3所述的多通道滤波器，其特征在于，所述混联体中，每条并联支路包含2个串联的谐振器。
5.根据权利要求3所述的多通道滤波器，其特征在于，所述混联体中，每条并联支路包含1个串联的谐振器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多通道滤波器，其特征在于，所述谐振器为体声波谐振器。
7.一种多通道滤波器，其特征在于，
所述滤波器包含第一部分谐振器和第二部分谐振器，两部分谐振器各包含M个谐振器组，其中M为自然数；各个谐振器组内的谐振器具有相同质量负载；不同组的谐振器的质量负载不同；
第一部分谐振器构成所述滤波器的串联部分，该串联部分包含2N+1个串联在所述滤波器的输入端和输出端之间的并联体，其中N为自然数，每个并联体中的各谐振器来自于不同的谐振器组；
第二部分谐振器构成所述滤波器的并联部分，该并联部分包含2N条支路，各支路包含M个来自于不同谐振器组的谐振器；各支路的第一端分别连接于所述串联支路中的多个并联体之间，第二端接地。
8.根据权利要求7所述的多通道滤波器，其特征在于，所述M＝2并且N＝2。
9.根据权利要求7所述的多通道滤波器，其特征在于，所述M＝3并且N＝2。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的多通道滤波器，其特征在于，所述谐振器为体声波谐振器。
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Legal Events
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Denomination of invention: Multichannel filter Effective date of registration: 20210908 Granted publication date: 20201127 Pledgee: Tianjin TEDA Haihe intelligent manufacturing industry development fund partnership (L.P.) Pledgor: ROFS MICROSYSTEM(TIANJIN) Co.,Ltd. Registration number: Y2021980009022 |
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20240130 Granted publication date: 20201127 |