CN111641488B

CN111641488B - 双工器

Info

Publication number: CN111641488B
Application number: CN202010470400.4A
Authority: CN
Inventors: 蔡洵; 赖志国; 唐兆云; 杨清华
Original assignee: Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: CN111641488A

Abstract

一种双工器，包括：发送滤波器，连接在公共端子和发送端子之间；接收滤波器，连接在公共端子和接收端子之间，其中发送滤波器和接收滤波器均包括多个声学谐振器和多个电感器组成的串并联网络，其中至少一个声学谐振器与至少两个并联支路串联，每个并联支路包含串联至地电势的至少一个声学谐振器和至少一个电感器，相邻并联支路之间串联至少一个声学谐振器；其中发送滤波器的至少两个相邻并联支路之间存在互感。依照本发明的双工器，利用相邻并联支路中串联电感之间的互感效应，有效地提升Rx频段隔离度，可以避免在双工器中使用较大电感器，便于提升双工器性能，实现双工器的小型化及芯片集成。

Description

双工器

技术领域

本发明涉及一种双工器，特别是一种并联支路之间存在互感的小型化双工器。

背景技术

近年来，随着移动通信系统的进步，便携式信息终端等迅速普及。已经进行了开发以减小上述终端的大小并且提高其性能。模拟和数字都用于移动电话系统，其中，主要使用800MHz到1GHz的频率带宽以及1.5GHz到2.0GHz的频率带宽。已经提出了采用压电表面声波滤波器或薄膜体声波(BAW或者FBAR)谐振滤波器的天线双工器，以在移动通信系统的装置中使用。

为了提升由声学谐振器构成的双工器发射(Tx)频段的隔离度，可以通过接收(Rx)滤波器并联支路串联电感器的方式来实现，然而Rx频段的隔离度确不易提升，原因在于并联声学谐振器与电感器串联，只会移动滤波器近阻带左侧的传输零点，而近阻带右侧的传输零点不易移动，若要提升Rx频段的隔离度，需要加大Tx滤波器并联支路的串联电感器，将通带远处额外的传输零点移动至近阻带右侧，较大电感器的使用有三个缺点：1)恶化了Tx滤波器远阻带抑制；2)增加了额外的寄生耦合效应，3)不利于双工器的小型化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种克服以上技术障碍的小型化双工器。

本发明提供了一种双工器，包括：

发送滤波器，连接在公共端子和发送端子之间；

接收滤波器，连接在公共端子和接收端子之间，

其中发送滤波器和接收滤波器均包括多个声学谐振器和多个电感器组成的串并联网络，其中至少一个声学谐振器与至少两个并联支路串联，每个并联支路包含串联至地电势的至少一个声学谐振器和至少一个电感器，相邻并联支路之间串联至少一个声学谐振器；

其中发送滤波器的至少两个相邻并联支路之间存在互感。

其中，在公共端子与发送滤波器、接收滤波器之间还具有匹配网络。

其中，互感的电感值在1-1000pH之间。

其中，接收频段的隔离度提升了5-10dB。

其中，调节在相同的层中的串联电感器之间的水平间距以获得等效的互感，优选地间距为1微米至100微米、优选10微米至75微米、最佳25微米至50微米、例如45微米；任选地，调节在不同层中的串联电感器之间的垂直间距和/或重叠面积比例以获得等效的互感，优选地垂直间距为1微米至100微米、优选30微米至60微米，优选地重叠面积比例为20％至100％、优选40％至80％、更优选60％至75％、例如67％；任选地，不同层中的串联电感器的材料不同，优选地顶层布线包括轻质、易迁移的第一材料例如Al、Mg、Ca、Ga、Be等轻金属及其合金、导电金属氮化物，而底层布线包括重质、难熔的第二材料例如Cu、Ti、Ta、W、Co、Ni等金属及其合金、导电金属氮化物。

依照本发明的双工器，利用相邻并联支路中串联电感之间的互感效应，有效地提升Rx频段隔离度，可以避免在双工器中使用较大电感器，便于提升双工器性能，实现双工器的小型化及芯片集成。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1显示了根据本发明实施例的双工器的电路图；

图2左侧和右侧分别显示了双工器相邻并联支路中不存在互感和存在互感的电路图局部细节；

图3显示了根据本发明实施例的具有互感效应的双工器的电路图；

图4a显示了互感效应对于双工器Rx频段隔离度的提升，图4b显示了TxRx滤波器的传输特性曲线；以及

图5a和图5b示出了根据本发明实施例的互感的两种实现方法的示意图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了小型化双工器。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构的空间、次序或层级关系。

如图1所示，根据本发明实施例，双工器包括连接在公共端子和发送端子之间的发送滤波器Tx，以及连接在公共端子和接收端子之间的接收滤波器Rx，其中发送滤波器和接收滤波器均为梯形滤波器，也即包括多个声学谐振器和多个电感器组成的串并联网络，其中第一声学谐振器与至少两个并联支路串联，每个并联支路包含串联至地电势的至少一个声学谐振器和至少一个电感器，相邻并联支路之间串联至少一个声学谐振器。此外，在公共端子与发送滤波器、接收滤波器之间还优选地具有匹配网络，例如LC阻抗匹配网络。

图2左侧示出了相邻并联支路的细节，在现有技术中，双工器中电感器尺寸较大，出于封装互连的需要，相邻的并联支路上的串联电感之间由于间距较大而并未存在互感。而为了提高双工器性能，如果单纯增大Tx滤波器并联支路上的串联电感器，将恶化了Tx滤波器远阻带抑制，增加了额外的寄生耦合效应，同时也不利于双工器的小型化。

为此，本发明的实施例如图2右侧以及图3所示，至少在发送滤波器Tx的至少两个相邻并联支路的串联电感器之间设置了(π型等效)互感Ltx，其等效电感值例如在1-1000pH之间、优选地50-500pH之间、优选地100-300pH、最佳为200pH。具体地，参照图5a所示，在本发明一个优选实施例中，两个相邻并联支路的串联电感器设置在相同的金属层中(例如驱动IC之上的互联M1、M2金属层)，通过设置电感器图形的走线方式和布线参数，使得两个实体电感器之间的间距较小，例如1微米至100微米、优选10微米至75微米、最佳25微米至50微米、例如45微米，由此通过调节相邻实体电感器的间距而获得等效的互感。参照图5b所示，在本发明另外的优选实施例中，相邻两个并联支路的串联电感器设置在不同的金属层中，通过调节垂直间距和重叠面积而获得等效的互感，例如垂直间距为1微米至100微米、优选30微米至60微米，而重叠面积比例为20％至100％、优选40％至80％、更优选60％至75％、例如67％。在本发明又一优选实施例中，不同层中的串联电感器的布线材料不同，例如顶层的电感器材料为较为轻质、容易迁移的材料，例如Al、Mg、Ca、Ga、Be等轻金属及其合金、导电金属氮化物，而底层的电感器材料为较重、较难熔的材料，例如Cu、Ti、Ta、W、Co、Ni等金属及其合金、导电金属氮化物，从而利用不同层中金属元素的迁移增强互感的精确调节，并利用下层重元素防止上层轻元素扩散。在本发明其他实施例中，相邻两并联支路的串联电感器为分段交错的三维结构(例如类DNA双螺旋结构、或类楼梯的双交叉旋转结构，也即两个电感器的垂直部分在水平部分上的投影不重合且围绕旋转轴线旋转，水平部分在垂直部分上的投影也不重合且相对并优选地围绕旋转轴线旋转)以在有限的空间内高效地提高空间利用率从而获得较大的互感。

如图4a所示，可以发现采用本发明技术的双工器Rx频段的隔离度较常规技术提升了5-10dB。如图4b所示，串联声学谐振器与等效后的电感器并联，可以将Tx滤波器通带右侧近阻带的部分传输零点向远处移动，如图4b中箭头所示，这样提升Tx滤波器在Rx频段的抑制，从而提高双工器在Rx频带的隔离。

尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对器件结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims

1.一种双工器，包括：

发送滤波器，连接在公共端子和发送端子之间；

接收滤波器，连接在公共端子和接收端子之间，

其中发送滤波器和接收滤波器均包括多个声学谐振器和多个电感器组成的串并联网络，其中至少一个声学谐振器与至少两个并联支路串联，每个并联支路包含串联至地电势的至少一个声学谐振器和至少一个串联电感器，相邻并联支路之间串联至少一个声学谐振器；

其中发送滤波器的至少两个相邻并联支路之间存在互感，发送滤波器的两个相邻并联支路中的串联电感器分布在相同的层中或者不同的层中，发送滤波器的至少两个相邻并联支路之间存在的互感由分布在相同的层中的串联电感器或者由分布在不同层中的串联电感器互感而产生。

2.根据权利要求1的双工器，其中，在公共端子与发送滤波器、接收滤波器之间还具有匹配网络。

3.根据权利要求1的双工器，其中，互感的电感值在1-1000pH之间。

4.根据权利要求1的双工器，其中，接收频段的隔离度提升了5-10dB。

5.根据权利要求1的双工器，其中，两个相邻并联支路中的串联电感器为分段交错的三维结构。

6.根据权利要求1的双工器，其中，调节在相同的层中的串联电感器之间的水平间距以获得等效的互感。

7.根据权利要求6的双工器，其中，所述间距为1微米至100微米。

8.根据权利要求1的双工器，其中，调节在不同层中的串联电感器之间的垂直间距和/或重叠面积比例以获得等效的互感。

9.根据权利要求8的双工器，其中，所述垂直间距为1微米至100微米。

10.根据权利要求8的双工器，其中，所述重叠面积比例为20％至100％。

11.根据权利要求1的双工器，其中，不同层中的串联电感器的材料不同。

12.根据权利要求11的双工器，其中顶层布线包括轻质、易迁移的第一材料，而底层布线包括重质、难熔的第二材料。

13.根据权利要求12的双工器，其中，所述第一材料为第一金属、第一金属的合金、第一金属的导电金属氮化物，第一金属包括Al、Mg、Ca、Ga、Be中任一种。

14.根据权利要求12的双工器，其中，所述第二材料为第二金属、第二金属的合金、第二金属的导电金属氮化物，第二金属包括Cu、Ti、Ta、W、Co、Ni中任一种。