CN112688660A - Fbar滤波器电路设计 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于滤波器技术领域，提供了一种FBAR滤波器电路设计，包括：在所述滤波模块的输入端连接所述第一谐振模块的一端，在所述滤波模块的输出端连接所述第二谐振模块的一端，所述第一谐振模块的另一端接地，所述第二谐振模块的另一端接地；所述滤波模块的输入端为FBAR滤波器电路的输入端，所述滤波模块的输出端为所述FBAR滤波器电路的输出端；所述第一谐振模块和所述第二谐振模块用于在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点，从而可以提高带外抑制，且谐振模块中的元器件不会造成滤波模块的芯片体积大幅增加，不会引入更多的损耗以及恶化带内插损。

Description

FBAR滤波器电路设计
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种薄膜腔声谐振(Film Bulk AcousticResonator，FBAR)滤波器电路设计。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，许多射频器件在通信领域得到广泛应用，例如，在个人移动终端如手机上会有大量的滤波器使用。滤波器主要用来滤除不需要的射频信号，改善发射通路或接收通路的性能。目前通信系统向着多频段、多体制、多模式方向发展，使用的频段越来越密集，为了提高通信质量，减少各频段之间的干扰，势必对滤波器的带外抑制提出了更高的要求，现有技术中通常采用增加滤波器的级数来提高带外抑制，且引入更多的损耗以及恶化带内插损。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种FBAR滤波器电路设计，旨在解决现有技术中实现高抑制时带来更多的损耗以及恶化带内插损的问题。
为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种FBAR滤波器电路设计，包括：第一谐振模块、第二谐振模块以及滤波模块；
在所述滤波模块的输入端连接所述第一谐振模块的一端，在所述滤波模块的输出端连接所述第二谐振模块的一端，所述第一谐振模块的另一端接地，所述第二谐振模块的另一端接地；所述滤波模块的输入端为FBAR滤波器电路的输入端，所述滤波模块的输出端为所述FBAR滤波器电路的输出端；
所述第一谐振模块和所述第二谐振模块用于在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点。
作为本申请另一实施例，所述滤波模块包括：一条串联电路、至少一条第一并联电路和至少一条第二并联电路；
所述串联电路由多个谐振器串联构成，所述串联电路的一端为所述滤波模块的输入端，所述串联电路的另一端为所述滤波模块的输出端；
第一并联电路由谐振器和接地电感串联组成，第一并联电路中谐振器的一端连接在所述串联电路中距离所述滤波模块的输入端，或输出端最近的两个相邻谐振器之间，或所述串联电路中任一端与相邻的谐振器之间，第一并联电路中接地电感的一端接地；
第二并联电路由两个谐振器并联后再串联一个接地电感构成，所述第二并联电路中所述两个谐振器的一端分别连接在所述串联电路中三个依次串联的谐振器之间，接地电感的另一端接地。
作为本申请另一实施例，所述谐振器为薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器采用空气腔结构或固态装配型结构。
作为本申请另一实施例，所述串联电路中串联连接的薄膜体声波谐振器的数量为1至5中的任一数值；
所述第一并联电路的数量为1至5中的任一数值；
所述第二并联电路的数量为1至5中的任一数值。
作为本申请另一实施例，所述串联电路还包括输入引线电感和输出引线电感；
所述输入引线电感的一端为所述滤波模块的输入端，所述输入引线电感的另一端连接串联的薄膜体声波谐振器后与所述输出引线电感的一端连接，所述输出引线电感的另一端为所述滤波模块的输出端。
作为本申请另一实施例，所述输入引线电感和所述输出引线电感为键合线、采用GaAs基片实现的电感、采用陶瓷片实现的电感以及表贴电感中的任一种。
作为本申请另一实施例，所述第一谐振模块包括：串联连接的电容C1和电感L1；所述第二谐振模块包括：串联连接的电容C2和电感L2；
所述电容C1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的第一薄膜体声波谐振器之间，所述电感L1的另一端接地；或者，所述电感L1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C1的另一端接地；
所述电容C2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的第五薄膜体声波谐振器之间，所述电感L2的另一端接地；或者，所述电感L2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C2的另一端接地。
作为本申请另一实施例，所述电容C1和所述电容C2的容值范围均为0.1pF～3pF。
作为本申请另一实施例，所述电感L1和所述电感L2的电感值范围均为0.5nH～5nH。
作为本申请另一实施例，所述电容C1和所述电容C2的电容值相同，所述电感L1和所述电感L2的电感值相同；或者，所述电容C1和所述电容C2的电容值不同，所述电感L1和所述电感L2的电感值不同。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明中的两个谐振模块可以在FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点，从而可以提高带外抑制。且谐振模块中的元器件不会造成滤波模块的芯片体积大幅增加，使得FBAR滤波器电路的体积较小，不会引入更多的损耗以及恶化带内插损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的另一FBAR滤波器电路设计的示意图；
图2是本发明实施例提供的滤波模块的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的滤波模块对应的幅频特性曲线的示意图；
图4是本发明实施例提供的另一FBAR滤波器电路设计的电路示意图；
图5是本发明实施例提供的FBAR滤波器电路设计对应的幅频特性曲线的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的FBAR滤波器电路设计的示意图，包括：第一谐振模块10、第二谐振模块20以及滤波模块30；
在所述滤波模块30的输入端连接所述第一谐振模块10的一端，在所述滤波模块30的输出端连接所述第二谐振模块20的一端，所述第一谐振模块10的另一端接地，所述第二谐振模块20的另一端接地；所述滤波模块30的输入端为FBAR滤波器电路的输入端，所述滤波模块30的输出端为所述FBAR滤波器电路的输出端；
所述第一谐振模块10和所述第二谐振模块20用于在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点。
图1中，在所述滤波模块30的输入端连接第一谐振模块10，在滤波模块30的输出端连接第二谐振模块20，第一谐振模块10的另一端和第二谐振模块20的另一端接地。
上述FBAR滤波器电路设计，通过调节第一谐振模块和第二谐振模块中元器件的值，使得在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点，可以来提高带外抑制。
可选的，如图2所示，所述滤波模块30包括：一条串联电路301、至少一条第一并联电路302和至少一条第二并联电路303；
所述串联电路301由多个谐振器串联构成，所述串联电路301的一端为所述滤波模块30的输入端，所述串联电路301的另一端为所述滤波模块30的输出端；
第一并联电路302由谐振器和接地电感串联组成，第一并联电路302中谐振器的一端连接在所述串联电路中距离所述滤波模块30的输入端，或输出端最近的两个相邻谐振器之间，或所述串联电路中任一端与相邻的谐振器之间，第一并联电路302中接地电感的一端接地；
第二并联电路303由两个谐振器并联后再串联一个接地电感构成，所述第二并联电路303中所述两个谐振器的一端分别连接在所述串联电路中三个依次串联的谐振器之间，接地电感的另一端接地。
可选的，本实施例中谐振器为薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器采用空气腔(Air gap)结构或固态装配型(Solid Mounted Resonators，SMR)结构。
所述串联电路中串联连接的薄膜体声波谐振器的数量为1至5中的任一数值，即串联电路由1个薄膜体声波谐振器构成，或者串联电路由2个薄膜体声波谐振器串联构成，或者串联电路由3个薄膜体声波谐振器串联构成，或者串联电路由4个薄膜体声波谐振器串联构成，或者串联电路由5个薄膜体声波谐振器串联构成。
下面以4个薄膜体声波谐振器串联构成串联电路为例进行描述，如图2所示，串联电路301由依次串联的薄膜体声波谐振器X1、薄膜体声波谐振器X2、薄膜体声波谐振器X3、薄膜体声波谐振器X4和薄膜体声波谐振器X5构成。
可选的，所述串联电路301还包括输入引线电感L3和输出引线电感L4；
所述输入引线电感L3的一端为所述滤波模块的输入端，所述输入引线电感L3的另一端连接串联的薄膜体声波谐振器后与所述输出引线电感L4的一端连接，所述输出引线电感L4的另一端为所述滤波模块的输出端。如图2所示，薄膜体声波谐振器X1与滤波模块30的输入端之间连接输入引线电感L3，薄膜体声波谐振器X5与滤波模块30的输出端之间连接输入引线电感L4。
可选的，所述第一并联电路的数量为1至5中的任一数值；所述第二并联电路的数量为1至5中的任一数值。下面以第一并联电路为两条，第二并联电路为一条进行描述。如图2所示，薄膜体声波谐振器X6的一端连接在薄膜体声波谐振器X1和薄膜体声波谐振器X2之间，薄膜体声波谐振器X6的另一端串联接地电感L5后接地；
薄膜体声波谐振器X7的一端连接在薄膜体声波谐振器X4和薄膜体声波谐振器X5之间，薄膜体声波谐振器X7的另一端串联接地电感L7后接地。
可选的，如图2所示，第二并联电路由薄膜体声波谐振器X8和薄膜体声波谐振器X9并联后与接地电感L6串联构成，薄膜体声波谐振器X8的一端连接在薄膜体声波谐振器X2和薄膜体声波谐振器X3之间，薄膜体声波谐振器X9的一端连接在薄膜体声波谐振器X3和薄膜体声波谐振器X4之间，接地电感L6的另一端接地。
可选的，所述输入引线电感L3和所述输出引线电感L4可以为键合线、采用GaAs基片实现的电感、采用陶瓷片实现的电感以及表贴电感中的任一种。
对应图2所示的滤波模块的幅频特性曲线，如图3所示，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标为衰减值，单位为dB。
可选的，所述第一谐振模块10包括：串联连接的电容C1和电感L1；所述第二谐振模块20包括：串联连接的电容C2和电感L2；
所述电容C1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电感L1的另一端接地；或者，所述电感L1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C1的另一端接地；
所述电容C2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电感L2的另一端接地；或者，所述电感L2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C2的另一端接地。
如图4所示，电容C1的一端连接在输入引线电感L3和薄膜体声波谐振器X1之间，电容C1的另一端连接电感L1后接地，电容C2的一端连接在输出引线电感L4和薄膜体声波谐振器X5之间，电容C2的另一端连接电感L2后接地。
或者，电感L1的一端连接在输入引线电感L3和薄膜体声波谐振器X1之间，电感L1的另一端连接电容C1后接地，电感L2的一端连接在输出引线电感L4和薄膜体声波谐振器X5之间，电感L2的另一端连接电容C2后接地。
可选的，图4中的电容C1和所述电容C2的容值范围均为0.1pF～3pF，此电容值大小适中，不会引起芯片体积的大幅度增加。所述电感L1和所述电感L2的电感值范围均为0.5nH～5nH，此电感值大小适中，不会引起芯片体积的大幅度增加。
可选的，当FBAR滤波器电路中包括第一谐振模块和第二谐振模块时，两个谐振结构可以工作在同一频率，即所述电容C1和所述电容C2的电容值相同，所述电感L1和所述电感L2的电感值相同；两个谐振结构可以工作在不同频率，所述电容C1和所述电容C2的电容值不同，所述电感L1和所述电感L2的电感值不同。
通过调整两个谐振模块中的电容值和电感值，可以改变传输零点的位置。通过调整可知，传输零点离通带越近，电容值和电感值越小，对滤波器的通带产生影响越大。参见图5FBAR滤波器电路对应的幅频特性曲线。例如，图5中S(8，7)为电容C1的值为2.6pF，电感L1的值为4.4nH时的幅频特性曲线，S(4，3)为电容C2的值为1.9pF，电感L2的值为3.5nH时的幅频特性曲线，由C1和L1在1.488GHz处产生一个传输零点，由C2和L2在1.94GHz处产生一个传输零点，S(6，5)为滤波模块和第一谐振模块以及第二谐振模块级联后的幅频特性曲线。将图3和图5进行对比，图3中在1.488GHz处带外衰减为44dB，图5中，在1.488GHz处带外衰减为80.9dB，因此由于加入第一谐振结构，带外抑制改善了约36.9dB。图3中，在1.94GHz处带外衰减为43.5dB，图5中，在1.94GHz处带外衰减为77.8dB，因此加入的第二谐振模块，使带外抑制又改善了约34.3dB。
上述FBAR滤波器电路设计，在所述滤波模块的输入端连接所述第一谐振模块的一端，在所述滤波模块的输出端连接所述第二谐振模块的一端，所述第一谐振模块的另一端接地，所述第二谐振模块的另一端接地；所述滤波模块的输入端为FBAR滤波器电路的输入端，所述滤波模块的输出端为所述FBAR滤波器电路的输出端；所述第一谐振模块和所述第二谐振模块用于在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点，从而可以提高带外抑制。且谐振模块中的元器件不会造成滤波模块的芯片体积大幅增加，不会引入更多的损耗以及恶化带内插损。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种FBAR滤波器电路设计，其特征在于，包括：第一谐振模块、第二谐振模块以及滤波模块；
在所述滤波模块的输入端连接所述第一谐振模块的一端，在所述滤波模块的输出端连接所述第二谐振模块的一端，所述第一谐振模块的另一端接地，所述第二谐振模块的另一端接地；所述滤波模块的输入端为FBAR滤波器电路的输入端，所述滤波模块的输出端为所述FBAR滤波器电路的输出端；
所述第一谐振模块和所述第二谐振模块用于在所述FBAR滤波器电路的阻带形成一个或两个传输零点。
2.如权利要求1所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述滤波模块包括：一条串联电路、至少一条第一并联电路和至少一条第二并联电路；
所述串联电路由多个谐振器串联构成，所述串联电路的一端为所述滤波模块的输入端，所述串联电路的另一端为所述滤波模块的输出端；
第一并联电路由谐振器和接地电感串联组成，第一并联电路中谐振器的一端连接在所述串联电路中距离所述滤波模块的输入端，或输出端最近的两个相邻谐振器之间，或所述串联电路中任一端与相邻的谐振器之间，第一并联电路中接地电感的一端接地；
第二并联电路由两个谐振器并联后再串联一个接地电感构成，所述第二并联电路中所述两个谐振器的一端分别连接在所述串联电路中三个依次串联的谐振器之间，接地电感的另一端接地。
3.如权利要求2所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述谐振器为薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器采用空气腔结构或固态装配型结构。
4.如权利要求2或3所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述串联电路中串联连接的薄膜体声波谐振器的数量为1至5中的任一数值；
所述第一并联电路的数量为1至5中的任一数值；
所述第二并联电路的数量为1至5中的任一数值。
5.如权利要求4所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述串联电路还包括输入引线电感和输出引线电感；
所述输入引线电感的一端为所述滤波模块的输入端，所述输入引线电感的另一端连接串联的薄膜体声波谐振器后与所述输出引线电感的一端连接，所述输出引线电感的另一端为所述滤波模块的输出端。
6.如权利要求5所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，
所述输入引线电感和所述输出引线电感为键合线、采用GaAs基片实现的电感、采用陶瓷片实现的电感以及表贴电感中的任一种。
7.如权利要求5所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述第一谐振模块包括：串联连接的电容C1和电感L1；所述第二谐振模块包括：串联连接的电容C2和电感L2；
所述电容C1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电感L1的另一端接地；或者，所述电感L1的一端连接所述输入引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C1的另一端接地；
所述电容C2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电感L2的另一端接地；或者，所述电感L2的一端连接所述输出引线电感和紧邻的薄膜体声波谐振器之间，所述电容C2的另一端接地。
8.如权利要求7所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述电容C1和所述电容C2的容值范围均为0.1pF～3pF。
9.如权利要求7所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述电感L1和所述电感L2的电感值范围均为0.5nH～5nH。
10.如权利要求7-9中任一项所述的FBAR滤波器电路设计，其特征在于，所述电容C1和所述电容C2的电容值相同，所述电感L1和所述电感L2的电感值相同；或者，所述电容C1和所述电容C2的电容值不同，所述电感L1和所述电感L2的电感值不同。
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