CN115395922B - 一种体声波双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体声波双工器，包括天线端子、发送端子和接收端子，所述天线端子和发送端子之间连接有发送滤波器，所述天线端子和接收端子之间连接有接收滤波器；所述发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4，四个所述串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4与地电位之间连接有并联臂TP1、TP2、TP3、TP4；所述接收滤波器包括四个串联谐振臂RS1、RS2、RS3、RS4,四个所述串联谐振臂RS1、RS2、RS3、RS4与地电位之间连接有并联臂RP1、RP2、RP3、RP4。其在不恶化带内插损和增加尺寸的情况下，改善双工器接收通道与发射通道之间的隔离度和相互抑制。

Description

一种体声波双工器

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种体声波双工器。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，手机终端上会需要大量的射频滤波器和双工器，主要用来滤除不需要的射频信号，改善通信质量，提高用户体验。通信系统随着业务的拓展除了对滤波器和双工器性能上有较高的要求外，还对体积尺寸提出较高的要求，而体声波滤波器和双工器刚好可以满足要求。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。由于体声波滤波器和双工器具有的尺寸小、高滚降、低插损等特性，以此为核心的滤波器和双工器在通讯系统中得到了广泛的应用。

为了提高双工器的隔离度特性，通常采用增加双工器中发送及接收滤波器的级数改变串联谐振器和并联谐振器的阻抗比，或并联谐振器与地之间设置大的串联电感(通常在基板中绕线实现)，通过改变谐振器的谐振频率来调整传输零点的位置，以获得更好的带外抑制性能，同时实现收发端之间隔离度的提高。

但是在基板中通过串联大的绕线电感或增加双工器中发送及接收滤波器中串并联谐振器阻抗比的方式，会由于绕线的存在以及谐振器面积增大而导致双工器带内插损增大，同时也会增加双工器芯片的尺寸。因此在不恶化双工器带内插损且不增加其尺寸的情况下，提高其隔离度仍是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供了一种体声波双工器，包括天线端子、发送端子和接收端子，所述天线端子和发送端子之间连接有发送滤波器，所述天线端子和接收端子之间连接有接收滤波器；所述发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4，四个所述串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4与地电位之间连接有并联臂TP1、TP2 、TP3、TP4；所述接收滤波器包括四个串联谐振臂RS1、RS2、RS3、RS4,四个所述串联谐振臂RS1、RS2 、RS3、RS4与地电位之间连接有并联臂RP1、RP2、RP3、RP4。

进一步的，所述串联谐振臂TS1包括两个串联的体声波BAW谐振器TS1A和TS1B，所述串联谐振臂TS4包括两个串联的体声波BAW谐振器TS4A和TS4B。

进一步的，所述并联臂TP1位于串联谐振臂TS1与TS2之间，所述并联臂TP2位于串联谐振臂TS2与TS3之间，所述并联臂TP3位于串联谐振臂TS3与TS4之间，所述并联臂TP4位于串联谐振臂TS4与发送端子之间，所述并联臂TP1包括两个并联的BAW谐振器TP1A和TP1B，所述并联臂TP2包括两个串联的BAW谐振器TP2A和TP2B。

进一步的，所述并联臂TP1和并联臂TP2的输出端通过电感LT1连接地电位，所述并联臂TP3和并联臂TP4的输出端通过电感LT2连接地电位。

进一步的，所述串联谐振臂RS1包括两个串联的BAW谐振器RS1A和RS1B，所述串联谐振臂RS4包括两个串联的BAW谐振器RS4A和RS4B。

进一步的，所述并联臂RP1位于串联谐振臂RS1与RS2之间，所述并联臂RP2位于串联谐振臂RS2与RS3之间，所述并联臂RP3位于串联谐振臂RS3与RS4之间，所述并联臂RP4位于串联谐振臂RS4与接收端子之间，所述并联臂RP2包括两个串联的BAW谐振器RP2A和RP2B。

进一步的，所述并联臂RP1的输出端通过电感LR1连接地电位，所述并联臂RP2的输出端通过电感LR2连接地电位，所述并联臂RP3和并联臂RP4的输出端通过电感LR3连接于地电位。

进一步的，所述并联谐振器TP3和TP4的输出端与接收滤波器端口具有一个耦合电容Cc，所述耦合电容Cc的范围：0.0005~0.005 pF。

进一步的，所述电感LR2和LR3之间的互耦电感值M范围为：1~200 nH，所述电感LR2和LR3间距d的范围为：20-120um。

本发明的有益效果体现在，通过串联谐振臂TS1和TS4均串联两个体声波BAW谐振器的设计，增加了发射滤波器的发射功率；通过串联谐振臂RS1和RS4均串联的两个BAW谐振器，增加了接收滤波器的非线性；并联臂接地电感LT1、LT2、LR1、LR2和LR3改变了谐振器谐振频率，增加了临带抑制和双工器隔离度；同时通过改进接收滤波器的排版连接方式，减弱并联之路电感LR2和LR3的互感效应，有效地提升Tx频段抑制度和隔离度，同时改进接收滤波器的排版连接方式后可在发送滤波器的并联臂TP3和TP4输出端与接收滤波器接收端子形成一个小的耦合电容Cc，对发送滤波器通带右侧近阻带(RX通带)的部分传输零点进行移动，进一步提高RX频段的隔离度，这两种方式在保证体声波双工器插损不会恶化的情况下，不仅能改善双工器接收通道与发射通道之间的隔离度和相互抑制，还可以保持芯片整体尺寸不变，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明的体声波双工器原理图；

图2为本发明对比例1体声波双工器芯片及其基板金属顶层版图；

图3为本发明实施例1体声波双工器芯片及其基板金属顶层版图；

图4为本发明对比例1和实施例1的体声波双工器的传输曲线(S21)对比图，实施例1为实线，对比例1为虚线；

图5为本发明对比例1和实施例1的体声波双工器的插损(IL)对比图，实施例1为实线，对比例1为虚线；

图6为本发明对比例1和实施例1的体声波双工器的隔离度(ISO)曲线对比图，实施例1为实线，对比例1为虚线；

附图标记：ANT、天线端子；TX、发送端子；RX、接收端子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种体声波双工器，包括天线端子ANT、发送端子TX和接收端子RX，所述天线端子ANT和发送端子TX之间连接有发送滤波器(TX Filter)，所述天线端子ANT和接收端子RX之间连接有接收滤波器(RX Filter)；所述发送滤波器由梯形滤波器组成，即发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1～TS4，四个所述串联谐振臂TS1-TS4与地电位之间连接有并联臂TP1～TP4；所述串联谐振臂TS1包括两个串联的体声波BAW谐振器TS1A和TS1B，所述串联谐振臂TS4包括两个串联的体声波BAW谐振器TS4A和TS4B，增加了发射滤波器的发射功率。

所述并联臂TP1位于串联谐振臂TS1与TS2之间，所述并联臂TP2位于串联谐振臂TS2与TS3之间，所述并联臂TP3位于串联谐振臂TS3与TS4之间，所述并联臂TP4位于串联谐振臂TS4与发送端子TX之间，所述并联臂TP1包括两个并联的BAW谐振器TP1A和TP1B，所述并联臂TP2包括两个串联的BAW谐振器TP2A和TP2B。

所述并联臂TP1和并联臂TP2的输出端通过电感LT1连接地电位，所述并联臂TP3和并联臂TP4的输出端通过电感LT2连接地电位。

所述接收滤波器由梯形滤波器组成，即接收滤波器包括四个串联谐振臂RS1～RS4,四个所述串联谐振臂RS1～RS4与地电位之间连接有并联臂RP1～RP4。

所述串联谐振臂RS1包括两个串联的BAW谐振器RS1A和RS1B，所述串联谐振臂RS4包括两个串联的BAW谐振器RS4A和RS4B，增加了接收滤波器的非线性。

所述并联臂RP1位于串联谐振臂RS1与RS2之间，所述并联臂RP2位于串联谐振臂RS2与RS3之间，所述并联臂RP3位于串联谐振臂RS3与RS4之间，所述并联臂RP4位于串联谐振臂RS4与接收端子RX之间，所述并联臂RP2包括两个串联的BAW谐振器RP2A和RP2B。

所述并联臂RP1的输出端通过电感LR1连接地电位，所述并联臂RP2的输出端通过电感LR2连接地电位，所述并联臂RP3和并联臂RP4的输出端通过电感LR3连接于地电位。

所述并联谐振器TP3和TP4的输出端与接收滤波器端口具有一个耦合电容Cc，耦合电容Cc的范围为：0.0005~0.005 pF,实施例中的耦合电容Cc为0.0015 pF。电感LR2和LR3之间的间距d的范围为：20-120um，实施例优选为70um，且电感LR2和LR3之间正对长度L为100um，互耦电感值M为25 nH。

本发明中并联臂接地电感LT1、LT2、LR1、LR2和LR3主要用于改变谐振器谐振频率来增加临带抑制和双工器隔离度。现有的通常是通过在基板上绕线来实现，但是对于较大的电感值则必然会增加基板的层数和尺寸，从而不可避免的导致滤波器或双工器整体尺寸的增加，而且其引入的损耗都会叠加到滤波器和双工器上，导致滤波器和双工器的插损恶化。同时通过改进接收滤波器的排版连接方式，减弱并联之路电感LR2和LR3的互感效应，有效地提升Tx频段抑制度和隔离度，同时改进接收滤波器的排版连接方式后可在发送滤波器的并联臂TP3和TP4输出端与接收滤波器接收端子RX形成一个小的耦合电容Cc，对发送滤波器通带右侧近阻带(RX通带)的部分传输零点进行移动，进一步提高RX频段的隔离度，这两种方式在保证体声波双工器插损不会恶化的情况下，不仅能改善双工器接收通道与发射通道之间的隔离度和相互抑制，还可以保持芯片整体尺寸不变，降低制造成本。

具体的，如图2-3所示，图2为对比例1的体声波双工器芯片及其基板金属顶层版图，图3为实施例1的体声波双工器芯片及其基板金属顶层版图。对比例1通过改进接收滤波器的排版连接方式，设置基板金属顶层M1中电感图形的走线方式和布线参数，即增大两个电感LR2和LR3之间的间距d，并减小两个电感LR2和LR3之间正对长度L，由此减弱并联之路电感LR2和LR3的互感效应，有效地提升Tx频段抑制度和隔离度。电感LR2和LR3之间的互耦电感值M范围：1~200 nH。通常增大两个电感LR2和LR3之间的间距d，或减小两个电感LR2和LR3之间正对长度L，减弱并联之路电感LR2和LR3的互感效应，有效地提升Tx频段抑制度和隔离度。由于双工器尺寸及芯片布局限制，采用改变两个电感的间距d和正对长度L来有效的改变互耦电感值M。电感LR2和LR3间距d的范围：20-120um，实施例1为70um，且电感LR2和LR3之间正对长度L为100 um，互耦电感值M为25 nH。对比例间距d为40um，电感LR2和LR3之间正对长度L为400 um，互耦电感值M为95nH。

同时接收滤波器排版连接方式改进后，接收滤波器的接收端子RX更靠近发送滤波器。发送滤波器工作时辐射的电磁波通过空间耦合进入接收滤波器，在发送滤波器的并联谐振器TP3和TP4输出端与接收滤波器的接收端子RX之间形成一个小的耦合电容Cc，该耦合电容Cc可将发送滤波器通带右侧近阻带(RX通带)的部分传输零点进行移动，进而提高RX频段的隔离度。该电容主要由并联谐振器TP3和TP4的输出端与接收滤波器端的间距决定，故耦合电容Cc的范围为：0.0005~0.005 pF，实施例1中的耦合电容Cc为0.0015 pF。

如图4所示，本发明实施例1为Band25体声波双工器，其发送滤波器TX的发送通带为1850~1915 MHz，接收滤波器RX的接收通带为1930~1995 MHz。图4为体声波双工器的传输曲线(S21)，从图中可以看出实施例1在TX频段(1850~1915 MHz)的抑制整体提升了3 dB,在RX频段(1930~1995 MHz)的抑制基本保持不变。图5为双工器的插损(IL)，从图中可以看出实施例1在TX频段(1850~1915 MHz)的损耗完全一致, 在RX频段(1930~1995 MHz)通带右侧的损耗比对比例1大了0.1dB，基本可以忽略。

图6为体声波双工器隔离度(ISO)曲线。从图中可以看出实施例1减弱并联支路电感LR2和LR3的互感效应后，将 Tx频段的隔离度整体提高了3dB。在发送滤波器的并联谐振器TP3和TP4输出端与接收滤波器接收端子RX形成的耦合电容Cc，移动了Tx滤波器通带右侧近阻带(RX频段)的部分传输零点，将RX频段中1965~1985 MHz的隔离度提高了3dB。

本发明通过改进接收滤波器的排版连接方式，减弱并联支路电感LR2和LR3的互感效应，有效地提升Tx频段抑制度和隔离度。同时改进接收滤波器的排版连接方式后在发送滤波器的并联谐振器TP3和TP4输出端与接收滤波器接收端子RX形成一个小的耦合电容Cc，对Tx滤波器通带右侧近阻带（RX通带）的部分传输零点进行移动，进一步提高RX频段的隔离度。这两种方式在保证体声波双工器插损不会恶化的情况下，不仅能改善双工器接收通道与发射通道之间的隔离度和相互抑制，还可以保持芯片整体尺寸不变，降低制造成本。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之间的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种体声波双工器，其特征在于：包括天线端子（ANT）、发送端子（TX）和接收端子（RX），所述天线端子（ANT）和发送端子（TX）之间连接有发送滤波器，所述天线端子（ANT）和接收端子（RX）之间连接有接收滤波器；

所述发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4，四个所述串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4与地电位之间连接有并联臂TP1、TP2 、TP3、TP4；

所述接收滤波器包括四个串联谐振臂RS1、RS2、RS3、RS4,四个所述串联谐振臂RS1、RS2、RS3、RS4与地电位之间连接有并联臂RP1、RP2、RP3、RP4；

所述并联臂TP1和并联臂TP2的输出端通过电感LT1连接地电位，所述并联臂TP3和并联臂TP4的输出端通过电感LT2连接地电位；所述串联谐振臂RS1包括两个串联的BAW谐振器RS1A和RS1B，所述串联谐振臂RS4包括两个串联的BAW谐振器RS4A和RS4B；

所述并联臂RP1的输出端通过电感LR1连接地电位，所述并联臂RP2的输出端通过电感LR2连接地电位，所述并联臂RP3和并联臂RP4的输出端通过电感LR3连接于地电位；所述并联臂 TP3和TP4的输出端与接收滤波器端口具有一个耦合电容Cc，耦合电容Cc的范围：0.0005~0.005 pF。

2.根据权利要求1所述的体声波双工器，其特征在于：所述串联谐振臂TS1包括两个串联的体声波BAW谐振器TS1A和TS1B，所述串联谐振臂TS4包括两个串联的体声波BAW谐振器TS4A和TS4B。

3.根据权利要求1所述的体声波双工器，其特征在于：所述并联臂TP1位于串联谐振臂TS1与串联谐振臂TS2之间，所述并联臂TP2位于串联谐振臂TS2与串联谐振臂TS3之间，所述并联臂TP3位于串联谐振臂TS3与串联谐振臂TS4之间，所述并联臂TP4位于串联谐振臂TS4与发送端子（TX）之间，所述并联臂TP1包括两个并联的BAW谐振器TP1A和TP1B，所述并联臂TP2包括两个串联的BAW谐振器TP2A和TP2B。

4.根据权利要求1所述的体声波双工器，其特征在于：所述并联臂RP1位于串联谐振臂RS1与串联谐振臂RS2之间，所述并联臂RP2位于串联谐振臂RS2与串联谐振臂RS3之间，所述并联臂RP3位于串联谐振臂RS3与串联谐振臂RS4之间，所述并联臂RP4位于串联谐振臂RS4与接收端子（RX）之间，所述并联臂RP2包括两个串联的BAW谐振器RP2A和RP2B。

5.根据权利要求1所述的体声波双工器，其特征在于：所述电感LR2和电感LR3之间的互耦电感值M范围为：1~200 nH，所述电感LR2和电感LR3间距d的范围为：20-120um。

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