CN115242216A - 一种fbar滤波器及多阶梯型滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器，所述FEAR滤波器包括串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地。所述一种多阶梯型滤波器包括多个如上所述的一种FBAR滤波器，且多个所述FBAR滤波器串联。本发明适用于现有的谐振器，实现超宽带薄膜体声波滤波器的设计，满足目前超宽才滤波器的市场需求。

Description

一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器。
背景技术
基于薄膜体声波器件的射频前端滤波器、双工器、多工器因其体积小、插损低、快速滚降、功耗低，被广泛使用于智能手机、通信终端、以及通信基站中。由香农信道定理，信道信息传输速率的上限和信道信噪比及带宽有关。带宽的增加，传输速率上升，功率减小，增强保密性。故超宽带滤波器的研制是极具应用价值。
典型的薄膜体声波滤波器由薄膜体声波谐振器以串联和并联的形式构成，通带内，串联薄膜体声波谐振器呈现低阻特性，并联薄膜体声波谐振器呈现高阻特性，因此通带损耗小。通带外，串联薄膜体声波谐振器呈现高阻特性，并联薄膜体声波谐振器呈现低阻特性，实现带外抑制。传统的薄膜体声波谐振器采用的AlN和ZnO压电材料，其材料机电耦合系数在8％以下，实现的谐振器的器件机电耦合系数在9％以下，实现的滤波器3dB相对带宽也将只能到9％，无法实现超宽带滤波。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器，适用于现有的谐振器，实现超宽带薄膜体声波滤波器的设计，满足目前超宽才滤波器的市场需求。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种FBAR滤波器，包括串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地。
进一步地，所述串联谐振器与并联谐振器从下至上依次分布衬底、底电极层、压电层、顶电极层；且所述衬底的上表面设置有凹槽。
进一步地，通过调整串联谐振器的底电极层顶电极层或压电层厚度，使串联谐振器的并联谐振频率位于3.92GHz处。
进一步地，所述串联谐振器的并联谐振频率高于串、并联谐振器级联组成的滤波器的通带频率。
进一步地，并联谐振器的并联谐振频率位于串、并联谐振器级联组成的滤波器的中心频率位置。
进一步地，电感所在支路的谐振频率与相应的并联谐振器的串联谐振频率的差值小于1％。
进一步地，所述第一电感与第二电感为键合线电感、平面螺旋电感、贴片电感或TSV电感。
进一步地，所述第一电感的电感值为0.1～0.2nH。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种多阶梯型滤波器，包括多个如上任一所述的一种FBAR滤波器，且多个所述FBAR滤波器串联。
进一步地，所述FBAR滤波器包括串联谐振器与并联谐振器，每个FBAR滤波器的并联谐振器连接另一FBAR滤波器的串联谐振器。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器，设置有串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地，可适用于现有的滤波器中，可以实现8％～40％相对带宽的超宽带薄膜体声波滤波器设计，以满足目前超宽带滤波器的市场需求。
附图说明
图1是本发明的所提供的FBAR滤波器的电路结构图；
图2是本发明的所提供的传统串联、并联薄膜体声波谐振器的阻抗曲线；
图3是本发明的所提供的串联薄膜体声波谐振器并联一个电感和电容串联结构的阻抗曲线图；
图4是本发明的所提供的并联薄膜体声波谐振器并联一个电感和电容串联结构的阻抗曲线图；
图5是本发明的所提供的多阶阶梯型FABR滤波器的电路图；
图6是本发明的所提供的多阶阶梯型FABR滤波器通带频率响应曲线图；
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1～6所示，本申请提供了一种FBAR滤波器，适用于现有的谐振器，实现超宽带薄膜体声波滤波器的设计，满足目前超宽才滤波器的市场需求。
具体的，所述FBAR滤波器包括串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地。所述的串联谐振器和并联谐振器均包括上表面带有凹槽的衬底、位于衬底上的底电极层、位于底电极层上的压电层和位于压电层上的顶电极层。本申请将串联薄膜体声波谐振器和并联薄膜体声波谐振器联接在一起，构成一个一阶阶梯形滤波器。
本滤波器是应用于5G通信的薄膜体声波滤波器N77频段，所述滤波器通带-频率为3.3GHz～3.8GHz，中心频率为3.55GHz，相对带宽14％。通带左侧3.2GHz频点抑制度超过-40dB，通带右侧3.92GHz频点抑制度超过-40dB。
具体的，通过改变串联谐振器的底电极厚度、压电层厚度或顶电极厚度，使其并联谐振频率略高于本滤波器的通带频率，位置位于滤波器的1.05倍处。通过改变并联谐振器的底电极厚度、压电层厚度或顶电极厚度，使其并联谐振频率位于滤波器的中心频率位置。也就是，通过调整串联谐振器的底电极层或顶电极层，或者压电层厚度，使串联谐振器的并联谐振频率位于3.92GHz处，即通带右侧抑制度超过40dB处。
通过调整并联谐振器的底电极层或顶电极层或者压电层厚度，使并联谐振器的串联谐振频率位于3.2GHz处，即通带左侧抑制度超过40dB处。如图2所示，所述串联谐振器阻抗曲线a，所述并联谐振器阻抗曲线b的对比图。本实施例中的串联谐振器为串联薄膜体声波谐振器；并联谐振器为并联薄膜体声波谐振器。所述串联谐振器与并联谐振器从下至上依次分布衬底、底电极层、压电层、顶电极层；且所述衬底的上表面设置有凹槽。
如图3所示，为电感与串联薄膜体声波谐振器并联后的阻抗曲线m1，与单独串联薄膜体声波谐振器的阻抗曲线m2的对比图。由于电感支路的引入，使得串联谐振器、并联谐振频率向高频偏移，相当于提升薄膜体声波谐振器的等效器件机电耦合系数。通过调整薄膜体声波谐振器的厚度，可以改变并联谐振点的频率位置。改变串联谐振器的厚度，使本滤波器并联谐振频率略高于上带外，保证滤波器的零点位置在带外，从而确定与串联谐振器并联的第一电感的电感值为0.4nH。
如图4所示，电感与并联薄膜体声波谐振器串联后的阻抗曲线m1，与单独并联薄膜体声波谐振器的阻抗曲线m2的对比图。由于电感支路的引入，使得并联薄膜体声波谐振器串联谐振频率向低频偏移，也就是提升薄膜体声波谐振器的等效器件机电耦合系数。通过调整薄膜体声波谐振器的厚度，可以改变并联谐振点的频率位置。改变并联薄膜体声波谐振器的厚度，使宽带基本单元的串联谐振频率略低于左带外，保证滤波器的零点位置在带外，从而确定与并联谐振器串联第二的电感值处于0.1～0.2nH范围内，本申请中取0.15nH。
基于相同的发明思想，本申请还提供另一种滤波器，包括如上所述的一种FBAR滤波器，且多个所述FBAR滤波器串联。所述FBAR滤波器为一阶梯形滤波器，将多个一阶梯形滤波器串联，构成高阶梯形滤波器。所述FBAR滤波器包括串联谐振器与并联谐振器，每个FBAR滤波器的并联谐振器连接另一FBAR滤波器的串联谐振器。
如图5所示，为三阶梯型滤波器的示意图，其中包括了三个一阶梯型滤波器。每个一阶梯型滤波器均是串联谐振器和并联谐振器级联，串联谐振器并联第一电感、并联谐振器串联第二电感。三个一阶阶梯型滤波器级联构成三阶阶梯型滤波器。高阶梯形滤波器中一阶梯形滤波器的数量在此不做限制。
图6为本申请中多阶梯型滤波器应用的N77滤波器的通带响应曲线，实线为插损，点画线为驻波，滤波器的插损、驻波、抑制度均满足5G通信N77频段的需求。
本发明提供了一种FBAR滤波器及多阶梯型滤波器，设置有串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地，可适用于现有的滤波器中，可以实现8％～40％相对带宽的超宽带薄膜体声波滤波器设计，以满足目前超宽带滤波器的市场需求。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种FBAR滤波器，其特征在于，包括串联谐振器与并联谐振器、第一电感、第二电感，所述串联谐振器与并联谐振器级联；所述串联谐振器两端并联第一电感，所述并联谐振器一端连接第二电感，所述并联谐振器的另一端接地。
2.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，所述串联谐振器与并联谐振器从下至上依次分布衬底、底电极层、压电层、顶电极层；且所述衬底的上表面设置有凹槽。
3.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，通过调整串联谐振器的底电极层顶电极层或压电层厚度，使串联谐振器的并联谐振频率位于3.92GHz处。
4.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，所述串联谐振器的并联谐振频率高于串、并联谐振器级联组成的滤波器的通带频率。
5.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，并联谐振器的并联谐振频率位于串、并联谐振器级联组成的滤波器的中心频率位置。
6.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，电感所在支路的谐振频率与相应的并联谐振器的串联谐振频率的差值小于1％。
7.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，所述第一电感与第二电感为键合线电感、平面螺旋电感、贴片电感或TSV电感。
8.如权利要求1所述的一种FBAR滤波器，其特征在于，所述第一电感的电感值为0.1～0.2nH。
9.一种多阶梯型滤波器，其特征在于，包括多个如权利要求1～8任一所述的一种FBAR滤波器，且多个所述FBAR滤波器串联。
10.如权利要求9所述的一种多阶梯型滤波器，其特征在于，所述FBAR滤波器包括串联谐振器与并联谐振器，每个FBAR滤波器的并联谐振器连接另一FBAR滤波器的串联谐振器。
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