CN113348626A - 具有改进反射性的声滤波器 - Google Patents

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CN113348626A CN201980083836.3A CN201980083836A CN113348626A CN 113348626 A CN113348626 A CN 113348626A CN 201980083836 A CN201980083836 A CN 201980083836A CN 113348626 A CN113348626 A CN 113348626A
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F·库巴特
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Abstract

一种滤波器电路包括布置在串联信号线中的主操作单元(MU)，主操作单元提供滤波器电路的大部分滤波功能。作为串联信号线中的主操作单元的最后元件的最后微声学串联谐振器(RLS)容易激发杂散模式，该杂散模式由电路连接在最后元件与天线端子(AT)之间的最终串联电容(CES)抑制。

Description

具有改进反射性的声滤波器
描述
本发明提供了一种针对具有改进反射性的声滤波器的方法，这种方法允许会受到杂散模式(spurious modes)的影响这些声滤波器的有效复用。
在所谓的TC-SAW滤波器(温度补偿SAW滤波器)中，谐振器通常被介电层覆盖以降低滤波器对温度变化的灵敏度。除了在这种滤波器中传播的主模式之外，具有这种结构的堆叠还使得另一杂散模式传播。这种二次模式(也称为板模式)的激发取决于介电层的特性。在一些情况下，为了满足滤波器的温度系数的规格，需要沉积厚的介电层，这引起板模式(plate mode)的强激发。
这些干扰模式的位置可能与其他LTE频段冲突。随着越来越多的应用使用新的波段组合，单个滤波器所要求的选择性和反射性越来越具有挑战性。因此，杂散模式的出现成为日益严重的问题。
处理杂散模式的一种已知方法是将它们移出它们干扰的频带。这可以通过修改引起不需要模式的谐振器来进行。
然而，干扰模式的位移损害引发它们的谐振器的性能。干扰模式的激发与谐振器的品质因数有关。减少这些模式的激发导致品质因数降低，从而降低性能。
此外，可以通过插入或修改分路来提供附加极点，以在杂散模式的频率处产生谐振。由于实际无源元件的Q因数有限，这种分路谐振在处理杂散模式时没有特别的选择性。换言之，转移函数中的极点通常也会对其他频带产生负面影响。
因此，本发明的目的在于提供一种滤波器电路，其抑制杂散模式，特别是抑制多层堆叠声波滤波器和谐振器(SAW/BAW)中的杂散模式(即，板模式、体波等)。
通过根据权利要求1的滤波器电路解决了这一问题和其他问题。
进一步的实施例和有利特征可以取自进一步的权利要求。
提供通带的滤波器电路包括连接第一端子和天线端子的串联信号线。
主操作单元布置在串联信号线中，提供滤波器电路的滤波功能中的大部分滤波功能，从而创建通带。微声学串联谐振器是布置在串联信号线中的最后元件，并且是主操作单元的一部分。最后，最终串联电容作为附加元件在最后元件与天线端子之间被电路连接。
可选地，一个或多个并联分支可以将串联信号线中的相应节点连接到接地端子。并联谐振器可以布置在其中一个并联分支中。
所提出的滤波器电路成功地抑制了由于最后谐振器的堆叠设计而可能激发的杂散模式(例如，板模式和体模式)。
发明人已经发现杂散模式的主要干扰效应是由滤波器电路的最后一级(其可以是紧挨天线端子的最后元件)产生的。在目前的情况下，最后串联谐振器容易产生这种模式。
在远离谐振器的主模式频率的频率处激发的这些模式对天线端子处的反射性产生负面影响，从而对滤波器电路的选择性产生负面影响。良好多路复用的关键在于：天线处的反射性不会出现任何来自任何不想要的杂散模式的尖峰。这一目的通过所提出的滤波器电路来实现，该滤波器电路以紧挨天线端子的最终串联电容结束。
滤波器电路可以被形成在仅作为载体的衬底上，或者提供类似压电层的功能材料。根据一个实施例，最终串联电容可以是外部分立元件。或者，最终串联电容可以是衬底上的集成电容。这可以是一个谐振器，其仅利用其静态电容来起作用并且具有通带以外的谐振频率。
信号线中紧挨最终电容的最后元件是最后串联谐振器。根据又一实施例，又一节点在串联信号线中被布置在最后元件和最终串联电容之间。又一并联分支作为又一附加元件被电路连接在又一节点与接地端子之间，并且包括从又一并联谐振器、并联线圈和并联电容中选择的阻抗元件。
并联电容可以被布置在又一并联分支中，并且串联线圈可以与最终串联电容并联。
根据另一实施例，相移电路被电路连接在主操作单元与天线端子之间。该电路包括最后串联谐振器、布置在最后并联分支中的并联线圈以及串联信号线中的最终串联电容。
根据又一实施例，主操作单元以最后节点结束，并且最后并联分支被连接到最后节点。并联微声学谐振器被布置在并联分支中。所述最后节点被直接连接到最终串联电容，并且最终串联电容被直接连接到天线端子。
提供大部分滤波功能的主操作单元可以包括串联和并联谐振器的梯形布置。梯形布置的谐振器可以包括SAW或BAW谐振器。
或者，主操作单元可以用任意其他技术来呈现。在一个示例中，主操作单元包括串联连接到微声学串联谐振器的DMS滤波器。
在所有实施例中，最后串联谐振器可以是温度补偿薄膜SAW谐振器或BAW谐振器。
在有利的复杂应用中，包括所提出的滤波器电路的第一操作单元以及从通带滤波器电路或陷波滤波器中选择的第二微声学操作单元以永久或可切换的形式被连接到相同的天线端子。第一或第二操作单元包括紧挨天线端子的微声学谐振器。由于紧挨天线端子的该谐振器容易在相应其他单元的操作频带中产生杂散模式，因此包括最终串联电容以抑制该杂散模式。
在下文中，参照具体实施例和相关示意图更详细地解释本发明。
图1示出了以主模式和板模式作为杂散模式的滤波器电路的导纳曲线。
图2在A处示出杂散模式的频率周围的天线反射性，并且在B处示出位于杂散模式的频率范围内的另一操作单元的通带。
图3示出了本发明的第一实施例，其具有谐振器的梯形布置作为主操作单元。
图4示出了第一实施例的一般结构，其中，主操作单元可以是以该电路的天线侧的最后串联谐振器结束的任意滤波器电路。
图5示出了另外的第一实施例的另一一般结构，其中，主操作单元可以是以该电路的天线侧的最后并联分支和并联谐振器结束的任意滤波器电路。
图6示出了另一实施例，其中，与图3的实施例类似地选择的主操作单元可以是以改电路的天线侧的最后并联分支和并联阻抗元件结束的任意滤波器电路。
图7示出了一个实施例，其中，主操作单元是以布置在该布置中的最后并联分支和并联谐振器结束的谐振器的梯形布置。
图8A至图8D示出了主操作单元是以最后串联谐振器结束的谐振器的梯形布置并且添加包括最后串联电容的不同附加元件的实施例。
图9示出了一个实施例，其中，第一操作单元和第二操作单元耦合到同一天线端子，并且第一操作单元和第二操作单元中的一个操作单元以最后串联谐振器结束。
图1：在该示例中，B1/B3四路复用器在同一天线处与B40滤波器连接。源于B3 TX滤波器的杂散模式对B40滤波器的性能产生负面影响。如图2A所示，可以看到天线反射性中的严重尖峰。如图2B所示，这导致B40滤波器的通带中的下降。实线表示受杂散模式影响的B3TX滤波器，而虚线是没有杂散模式影响的相同滤波器。
根据本发明，真正的挑战是找到一种完全抑制杂散模式的方法，而不是试图将它们移出主频带。在图1所示的示例中，被设计为在频带3(上行链路)中具有其板模式的谐振器在频带1(下行链路)中具有其板模式。如果将这样的谐振器用于多路复用应用(频带1+频带3)，则由于两个工作频带之间的一般交叉隔离，总体性能将受到相当大的影响。
可以尝试在频率中移动板模式，但是这将导致违反其他约束(例如，在载波与频带40聚合的情况下)。
从电路级的观点来看，不想要的模式的性质是相当不相关的。这里，关注更集中于来自滤波器“A”的不想要的模式如何对连接到相同天线端子的第二滤波器“B”产生负面影响。这个问题的答案可以在天线的反射性中找到，如图2A所示。特定频率范围内的差反射性(例如，不想要模式的尖峰)意味着另一滤波器中存在能量泄漏。这种效应可以认为是由一个滤波器对另一滤波器引起的非常明显的频率局部化损失。
在以下部分之后将更清楚地看到，本发明的目的不仅覆盖来自SAW滤波器的不想要的模式，而且更一般地，寻求覆盖更广泛的情况(例如，当与微声学谐振器电路连接时，BAW滤波器或诸如DMS滤波器的其它滤波技术中的杂散模式)。
这个想法来自于观察到反射性中的尖峰主要是由靠近天线的谐振器引起的。当沿着梯形拓扑从天线移动到第一端子(即，另一端口)时，其他谐振器的影响很快消失。这可以通过将滤波器的每一级(例如，并联/串联谐振器+串联/并联谐振器)分离成多个2端口网络的级联来从数学上证明。
由于尖峰仅/主要由滤波器的天线侧的最后一级引起，因此想法是使用以下解决方案中的一个来添加附加级或者替换现有最后一级的一个或两个元件：
-添加无源电容器(可以是串联或并联谐振器)，并且保留原始谐振器(如果其不想要的模式不会产生任何麻烦)，
-添加具有两个无源电容器(串联电容器和并联电容器)的级，并且保留原始谐振器(如果其不想要的模式不会产生任何麻烦)，
-添加无源电容器和不会产生任何麻烦的谐振器，
-用无源电容器代替引起不想要的模式的谐振器。这可以是串联或并联谐振器，其必须由相应的串联或并联电容器代替。
图3示出了一个滤波器电路，其中，主操作单元MU是原始滤波单元，其最后串联谐振器RLS位于天线端子AT侧。主操作单元MU包括在天线端子AT与第一端子T1之间布置在串联信号线SL中的串联谐振器RS的梯形布置。具有布置于其中的并联谐振器RP的并联分支将串联信号线SL中的节点N连接到接地端子。最终串联电容CES被添加并插入最后串联谐振器RLS和天线端子AT之间的滤波器电路中。
图4示出了使用相同想法的更一般的实施例。提供大部分通带滤波功能的主操作单元MU可以提供目标通带的任意技术来呈现。优选地，使用声滤波器，如SAW、BAW或DMS。然而，由分立或集成无源元件制成的LC滤波器也是可以的。该主操作单元MU如果与最后串联谐振器RLS串联电路连接的话可能会引起尖峰，这会干扰其他频带。因此，这里也在天线端子AT和最后串联谐振器RLS之间电路连接最终串联电容CES以抑制杂散模式。
图5示出了另一实施例，其中，任意主操作单元MU以最后节点NL结束，并且具有最后并联谐振器RLP的并联分支连接到该最后节点。该最后并联谐振器RLP容易激发杂散模式，杂散模式被最终串联电容CES抑制。
根据图6所示的实施例，使用以最后串联谐振器RLS结束的相同主操作单元MU。在滤波器电路中添加并联阻抗元件IE作为新分路元件，并且在最后串联谐振器与天线端子之间添加最终串联电容CES。所添加的最终串联电容可以是外部电容器或者滤波器电路中的电容器，例如谐振频率远离所用频带的谐振器。
以这种方式，可获得以下效果：
-滤波器的匹配实际上是不变的。可以使用相同的拓扑结构，并且只需要多一级。由于元件数量较多，这可能只会导致小的损耗，但同时在选择性/带内衰减之间的权衡方面有更多的自由度。添加级通常有助于提高选择性，但另一方面会增加损耗(因此增加插入损耗)。如果在引入该附加级之前实现的选择性水平已经足够，则可以重新优化滤波器以恢复小的附加插入损耗。小的附加损耗原则上可通过重新设计滤波器来补偿。
-最后串联谐振器RLS(及其板模式)不再是滤波器电路的最后元件。在天线端子AT处，入射波将首先看到最终串联电容CES，因此它们不会激发任何板模式。
值得一提的是，板模式仍将被激发，但其强度将不太明显，因为在最后串联谐振器RLS与天线之间具有附加级。
此外，所提出的方法对可以与滤波器电路一起使用并且可连接到同一天线端子AT的其他频带产生负面影响。
再一次，为了清楚，串联元件可以是外部的或者可以直接集成在芯片上。在图7中，主操作单元MU在天线侧以并联分支以及布置在其中的并联谐振器结束。最终串联电容被表示为电容器，因为其主要目的是充当电容器。然而，也有可能使用附加串联谐振器来代替电容器。该方法在抑制来自最后串联谐振器的杂散模式方面是有效的，但是也降低了并联的强度。
如图8示意性示出的，在主操作单元在天线处以最后串联谐振器结束的情况下，可以添加不同的阻尼级：
A)可以在主操作单元MU与最终串联电容CES之间(在芯片上)引入附加并联谐振器RPA。以这种方式，引起杂散模式的最后串联谐振器就不再是离天线最近的，其杂散模式被衰减，并且滤波器保持相同的梯形拓扑结构，只多了一级。
B)在情况A)的变型中，用附加并联电容CPA代替附加并联谐振器RPA。当最后的谐振器、最后的串联和最后的并联谐振器均在计数器频带中引起不想要的模式问题时，这是有用的。其他更复杂的网络也是允许的。在这些拓扑中，将两个(或更多)元件串联被添加到滤波器中，以引起天线端子处的滤波器的相移。
C)在这种情况下，在主操作单元MU与最终串联电容CES之间引入附加并联线圈IPA。如果考虑最后串联谐振器RSL的静态电容，则实现高通T移相器(串联电容、分路线圈、串联电容)。
D)在最后一种情况下，包括与附加串联线圈ISA并联的最终串联电容CES的并联谐振电路在不想要的杂散模式的频率范围中造成谐振。靠近滤波器的最终串联电容有助于恢复匹配。
图9示出了一个实施例，其中，第一操作单元OU1和第二操作单元OU2耦合到同一天线端子，并且第一操作单元和第二操作单元中的一个操作单元以最后串联谐振器RLS结束。第一操作单元OU可以是如上面根据图4描述的滤波器电路。第二操作单元OU2可以是任意滤波器或陷波电路，其利用与最后串联谐振器容易激发的杂散模式的频率一致的频带进行操作。通过所提出的最终串联电容CES，该模式被抑制，并且第二操作单元的操作频带中的干扰被最小化。
所有呈现的滤波器电路都显示出通过用不存在任何杂散模式的无源元件替换梯形拓扑滤波器或另一滤波技术/拓扑的最后一级的元件(或者在必要情况下，甚至两个元件)来抑制杂散模式的能力。
在图9中示出所呈现滤波器电路在系统中的最佳应用。
-一个系统由最少两个不同的声学操作单元(例如，BAW-/SAW滤波器、陷波器)组成，它们被临时或永久地连接在系统(例如，模块)中。
-一个操作单元产生杂散模式，这些杂散模式在临界频率范围内影响第二单元(例如，滤波器、四路复用器的双工器)的性能。
-如果杂散模式是在靠近两个操作单元的连接的声学操作单元中激发的(例如，四路复用器内的天线端子)，则该杂散模式是非常关键的。
-杂散模式的渐进处理可能需要对主操作单元的最后子单元(在SAW滤波器的情况下为最后IDT)或/和最后子单元与两个操作单元的连接点之间的电磁环境进行返工。
-返工可以包括用替代电气元件(例如，线圈、电容器、阻尼电路等)部分替换(并联电容器、具有不同间距的谐振器)或完全替换最后子单元，该替代电气元件通常不产生任何杂散模式或者至少不在临界频率范围内。
已经参考有限数量的实施例解释了本发明，但本发明不限于这些具体实施例。本发明的全部范围由权利要求书限定。
所使用术语和参考符号的列表
AT 天线端子
CES 最终串联电容
CPA 附加并联电容
EL 最后元件
IPA 附加并联线圈
ISA 附加串联线圈
MU 主操作单元
N 节点
NL 最后节点
OU1、OU2 操作单元
RLP 最后并联谐振器
RLS 最后串联谐振器
RP 并联谐振器
RPA 附加并联谐振器
RS 串联谐振器
SLS 串联信号线
T、T’ 端子
T1 第一端子

Claims (11)

1.一种滤波器电路，提供通带，所述滤波器电路包括：
-串联信号线(SLS)，连接第一端子(T1)和天线端子(AT)，
-主操作单元(MU)，布置在所述串联信号线中，提供所述滤波器电路的滤波功能中的大部分滤波功能，
-微声学最后串联谐振器(RSL)，是所述串联信号线中的最后元件，并且是所述主操作单元的一部分，
-最终串联电容(CES)，在所述最后元件与所述天线端子之间被电路连接。
2.根据前述权利要求所述的滤波器电路，
其中，所述滤波器电路被形成在衬底上，
其中，所述最终串联电容被呈现为外部分立元件或者呈现为所述衬底上的集成电容，或者是仅以其静态电容起作用并且具有所述通带外的谐振频率的谐振器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
-其中，又一节点(N)在所述串联信号线中被布置在所述最后元件与所述最终串联电容之间，
-其中，又一并联分支被电路连接在所述又一节点与接地端子之间，所述又一并联分支包括从又一并联谐振器、并联线圈和并联电容中选择的阻抗元件(IE)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，附加并联电容(CPA)被布置在所述又一并联分支中，
其中，附加串联线圈(ISA)与所述最终串联电容(CES)被并联电路连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，相移电路被电路连接在所述主操作单元(MU)和所述天线端子之间，所述相移电路包括所述最后串联谐振器、布置在所述最后并联分支中的附加并联线圈(IPA)以及所述串联信号线中的所述最终串联电容。
6.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，所述主操作单元以最后节点结束，并且最后并联分支被连接到所述最后节点，并且并联微声学谐振器被布置在所述并联分支中，
其中，所述最后节点被直接连接到所述最终串联电容，并且所述最终串联电容被直接连接到所述天线端子。
7.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，所述主操作单元包括串联和并联谐振器的梯形布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，所述梯形布置的谐振器包括SAW谐振器或BAW谐振器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，所述主操作单元包括串联连接到微声学串联谐振器的DMS滤波器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，所述最后串联谐振器是温度补偿薄膜SAW谐振器或BAW谐振器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器电路，
其中，包括所述滤波器电路的第一操作单元以及从通带滤波器电路或陷波滤波器中选择的第二微声学操作单元以永久或可切换的形式被连接到相同的天线端子，
其中，所述第一操作单元或所述第二操作单元包括紧挨所述天线端子的微声学谐振器，
其中，紧挨所述天线端子的所述谐振器容易在相应的其他单元的操作频带中产生杂散模式，
其中，所述最终串联电容抑制所述杂散模式。
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