CN111342806A - 具有兰姆波谐振器的压电滤波器、双工器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电滤波器，包括：串联支路谐振器单元，具有多个串联谐振器；并联支路谐振器单元，具有多个并联谐振器，每一个并联谐振器的一端连接到对应串联谐振器的端口，另一端适于通过对应的接地电感连接到接地端；和兰姆波谐振器，其中：所述兰姆波谐振器与串联谐振器以及并联谐振器共用压电层，或者所述兰姆波谐振器的压电层与串联谐振器以及并联谐振器的压电层处于同一层。本发明还涉及一种双工器以及一种具有上述结构的电子设备。

Description

具有兰姆波谐振器的压电滤波器、双工器和电子设备

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种压电滤波器，一种提高滤波器抑制水平的方法，一种具有该压电滤波器的双工器，以及一种具有该压电滤波器的电子设备。

背景技术

随着当今无线通讯技术的飞速发展，小型化便携式终端设备的应用也日益广泛，因而对于高性能、小尺寸的射频前端模块和器件的需求也日益迫切。近年来，以薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)为基础的滤波器、双工器等滤波器件越来越为市场所青睐。一方面是因为其插入损耗低、过渡特性陡峭、选择性高、功率容量高、抗静电放电(ESD)能力强等优异的电学性能，另一方面也是因为其体积小、易于集成的特点所致。

当前，面对越来越严苛的频率资源，要求射频前端的滤波器、双工器等频率选择性器件对于相邻频带的抑制水平也越来越高，薄膜体声波谐振器器件也需要在这方面进行改进和提高，既要提高阻带抑制水平，又不能对通带插损产生较大影响，同时还要尽可能不增加芯片或器件的整体尺寸。

常见的方法是在串并联支路上增加大感值的电感改变谐振器谐振频率来提高阻带抑制，或增加抑制点(notch)从而改善阻带抑制。但这些方法都需要增加额外的电抗性元件，而且这些元件的取值通常都是比较大的，要在芯片上实现很困难。如果通过在基板上绕线或是在芯片外增加分立元件的方式来实现，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，实际中增加的绕线或分立元件都不是理想的，其引入的损耗都会叠加到滤波器上，导致滤波器通带插损的恶化。

上述方法在改善阻带抑制的同时，会导致芯片损耗的增加和芯片整体尺寸的大幅扩大。

此外，在滤波器芯片上制作无源集成器件(IPD)，对于薄膜体声波谐振器器件来说，需要添加专门的工艺步骤，不利于提高生产效率以及降低成本。如何以代价较小的方式实现抑制度和隔离度的提升，成为器件厂商亟待解决的问题。

发明内容

为缓解或解决使用现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种压电滤波器，包括：串联支路谐振器单元，具有多个串联谐振器；并联支路谐振器单元，具有多个并联谐振器，每一个并联谐振器的一端连接到对应串联谐振器的端口，另一端适于通过对应的接地电感连接到接地端；和兰姆波谐振器，其中：所述串联谐振器和并联谐振器为薄膜体声波谐振器；且所述兰姆波谐振器与串联谐振器以及并联谐振器共用压电层，或者所述兰姆波谐振器的压电层与串联谐振器以及并联谐振器的压电层处于同一层。

在可选的实施例中，所述兰姆波谐振器的第一端连接到一个串联谐振器的端口，兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，且所述兰姆波谐振器的谐振频率不同于所述串联谐振器和并联谐振器的谐振频率。

可选的，兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与兰姆波谐振器的第一端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

在另外可选的实施例中，所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个串联谐振器的端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。可选的，第二兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与第一兰姆波谐振器的第二端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

在另外可选的实施例中，所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。进一步可选的，所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不相邻；并且所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不共用同一接地端。更进一步的，所述一个并联谐振器所连接的接地电感与所述另一个并联谐振器所连接的接地电感不相邻。

可选的，所述压电滤波器具有位于压电滤波器的芯片图形区域外围的保护环，所述保护环构成所述等势体；或者所述压电滤波器具有设置在压电滤波器的芯片图形区域内的第一导电体，所述第一导电体构成所述等势体；或者所述压电滤波器具有芯片封装部，所述芯片封装部设置有第二导电体；所述压电滤波器设置有两个电连接通孔结构，所述两个电连接通孔结构分别与所述第二导电体电连接；所述两个电连接通孔结构以及所述第二导电体构成所述等势体。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种提高上述滤波器抑制水平的方法，所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个串联谐振器的端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，其中，所述方法包括步骤：通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带右侧边缘的滚降沿频率处向高频移动。

本发明的实施例还涉及一种提高滤波器抑制水平的方法，所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，其中，所述方法包括步骤：通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带左侧边缘的滚降沿频率处向低频移动。

本发明的实施例还涉及一种双工器，包括：发射滤波器；和接收滤波器，其中：至少一个滤波器为上述的压电滤波器。

本发明的实施例还涉及一种双工器，包括：发射滤波器；接收滤波器；和至少一个兰姆波谐振器，其中：发射滤波器与接收滤波器所具有的串联谐振器与并联谐振器均为薄膜体声波谐振器；所述至少一个兰姆波谐振器与所述串联谐振器共用压电层，或者所述至少一个兰姆波谐振器的压电层和与所述串联谐振器的压电层与处于同一层。

进一步可选的，所述至少一个兰姆波谐振器中的一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器，第二端连接到另一个滤波器。在进一步可选的实施例中，所述一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器的一个串联谐振器的端口，第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；或者所述一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

双工器还可以具有等势体，在此情况下，所述至少一个兰姆波谐振器包括第一兰姆波谐振器和第二兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器和第二兰姆波谐振器的第一端均连接到所述等势体；且所述第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个滤波器的一个串联谐振器的端口，所述第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；或者所述第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，所述第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

本发明的实施例还涉及一种电子设备，具有上述的压电滤波器。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1为现有技术中的以薄膜体声波谐振器为基础的提醒架构滤波器的结构示意图；

图2中(a)为兰姆波谐振器的电学模型图，(b)为以BVD模型表示的兰姆波谐振器的等效电路；

图3中，(a)兰姆波谐振器的示意性俯视图，(b)为兰姆波谐振器的一个示例的示意性截面图，(c)为薄膜体声波谐振器的示意性截面图，(d)-(f)分别为兰姆波谐振器的其他示例的示意性截面图；

图4为根据本发明的一个示例性实施例的滤波器的示意图；

图5为图4中的滤波器的幅频响应仿真曲线；

图6为根据本发明的另一个示例性实施例的滤波器的示意图；

图7a、7b、8a-8f分别为图6中的滤波器的变形实施例的示意图；

图9为根据本发明的另一个示例性实施例的滤波器的示意图；

图10a-10d分别为图9中的滤波器的变形实施例的示意图；

图11示意性示出了滤波器芯片中的谐振器排布，其中示例性示出了第一等效电容与第二等效电容，且保护环作为等势体；

图12示意性示出了滤波器芯片中的谐振器排布，其中示例性示出了第一等效电容与第二等效电容，且第一导电体作为等势体；

图13a为芯片上设置有封装结构的立体示意图，其中示例性示出等势体与第一等效电容与第二等效电容之间的关系；

图13b为移除了封装结构后图13a中芯片的示意性俯视图；

图14a为作为本发明的一个示例性实施例的应用了本发明的滤波器结构的双工器的结构示意图；

图14b为现有技术中的双工器的结构示意图；

图15a示例性示出了图14a和图14b中的双工器的发射滤波器的传输特性曲线，其中粗线对应于图14a中的双工器的发射滤波器，而细线对应于图14b中的双工器的发射滤波器的传输特性曲线；

图15b为图15a中方框部分的放大图；

图16a示例性示出了图14a和图14b中的双工器的接收滤波器的传输特性曲线，其中粗线对应于图14a中的双工器的接收滤波器，而细线对应于图14b中的双工器的接收滤波器的传输特性曲线；

图16b为图16a中的方框部分的放大图；

图17为根据本发明的再一个示例性实施例的双工器的示意图；

图18为根据本发明的一个示例性实施例的双工器的示意图；

图19为图18中的双工器电路图的仿真结果。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

本发明提出了一种同时具有薄膜体声波谐振器(FBAR)和兰姆波谐振器(Lambwave resonator，简写为LWR)的滤波器，其能够提高对于相邻频带信号的抑制水平，而且不会造成通带插损的增加。此外，该滤波器也不存在引入额外的分立电抗性器件而造成芯片整体尺寸的大幅度增加及制造工艺复杂性的增加等问题，从而节省了空间又降低了成本。

兰姆波谐振器工作原理为：压电材料产生的兰姆波在谐振器内部形成驻波,由于压电效应，其电学特性表现为谐振。兰姆波谐振器主要由电极材料和压电材料构成，制作工艺与薄膜体声波谐振器的完全兼容，其正面结构示意图如图3中(a)所示，压电层上方或下方至少一侧有电极，该电极接收电学信号并激发谐振器工作。电极的形状通常为叉指型换能器(Interdigital transducer，简写为IDT)，同一网络的叉指在指根处连接在一起，相邻两个电极间距p为兰姆波波长(λ)的1/2。除了压电层一侧的IDT结构，压电层另外一侧电极可以制作成以下四种结构：无电极，无电势的悬浮电极，接地电极，与对侧IDT镜像对称的IDT电极，前三种电极结构的截面图分别如图3中的(d)、(e)、(f)所示，与对侧IDT镜像对称的IDT电极即如图3中(b)所示。

LWR的制作流程与FBAR完全相同。以上下均为IDT结构的LWR为例，如图3中(b)所示兰姆波谐振器的截面图。首先硅衬底上刻蚀出空气腔，之后在空气腔内填充牺牲层材料；之后沉积下电极，材料可以为钼,钨等金属，并将其刻蚀出IDT图案；之后依次沉积压电材料(如氮化铝)和上电极材料(一般与下电极材料相同)；刻蚀上电极形成IDT图案；刻蚀压电层材料形成空气反射栅，空气反射栅的作用是方便声波的反射，从而可以形成驻波并产生谐振；通过刻蚀掉的反射栅，液体可以刻蚀空腔内的牺牲层材料，释放牺牲层后，谐振器最终形成悬空的结构。图3中(b)中压电层的上下侧制作有叉指结构，分别连接信号输入和信号输出，输入与输出电极交错排布，且在上下层镜像对称。图3中(c)为薄膜体声波谐振器的截面示意图，可以看到，薄膜体声波谐振器在硅衬底上设置有具有顶电极、压电层和底电极的三明治结构，同时也具有位于该三明治结构下方的空气腔。与兰姆波谐振器不同的是，薄膜体声波谐振器通常是由平面形状的顶电极和底电极，无需制作成IDT的形状。从图中可以看出，薄膜体声波谐振器的制备工艺流程与兰姆波谐振器完全相同，二者可以很方便的同时制作在一片晶圆上。

根据兰姆波振动特点，兰姆波分为对称性兰姆波(symmetric Lamb wave)和反对称型兰姆波(antisymmetric Lamb wave)。兰姆波方程的解由于周期性，存在无穷多个解，这一系列对称型和反对称型的解分别被称为S0、S1、S2…Sn,以及A0、A1、A2…An。谐振器的谐振频率f＝v/λ，其中v为兰姆波波速。由于每种兰姆波都可以产生谐振，且每种兰姆波波速不同，因此在同一个兰姆波谐振器内，可以检测到多个谐振，且每种谐振频率均不同，设计者可以根据需求选取任一谐振点加以利用。

兰姆波谐振器的电学模型如图2中(a)所示，其等效电路可以由BVD模型表示，如图2中(b)所示。当信号频率远离谐振频率时，兰姆波谐振器可以等效为一个电容值为C0的、拥有高品质因数的电容。由于兰姆波谐振器与薄膜体声波谐振器工作模式不同，二者在相同的层叠结构下，拥有不同的谐振频率。因此，当频率为薄膜体声波谐振器谐振频率时，兰姆波谐振器对于薄膜体声波谐振器来说，相当于一个电容。

本发明在FBAR滤波器件中引入兰姆波谐振器，用于实现抑制度和隔离度的提升。

现有的以薄膜体声波谐振器为基础的梯形架构滤波器结构如图1所示。端口131为信号输入(或输出)端口，端口132为信号输出(或输入)端口，需要进行滤波的信号从端口131(或132)输入，从端口132(或131)输出。串联电感121连接在端口131和谐振器101之间，串联电感122连接在端口132和谐振器104之间。串联支路谐振器101、102、103、104串联连接在串联电感121和串联电感122之间。并联支路谐振器111的一个端口连接在串联支路谐振器101、102之间的位置，另一个端口连接接地电感123的一个端口。并联支路谐振器112的一个端口连接在串联支路谐振器102、103之间的位置，另一个端口连接接地电感124的一个端口。并联支路谐振器113的一个端口连接在串联支路谐振器103、104之间的位置，另一个端口连接接地电感125的一个端口。并联支路谐振器114的一个端口连接在串联支路谐振器104、串联电感122之间的位置，另一个端口连接接地电感126的一个端口。接地电感123、124、125、126的另外一个端口均接地。其中串联支路谐振器101、102、103、104的谐振频率fs高于并联支路谐振器的谐振频率fs’。

图4是本发明的一个实施例，兰姆波谐振器LWR跨接在第一个串联谐振器101的输入端与最后一个并联谐振器114的接地端，当然也可以是其他的跨接方式。其中LWR的IDT电极宽度为10um，电极的间距为15um，电极长度为100um，在压电层的上下表面各有5对镜像电极，其实现的等效电容值约为0.5pF。

图5是图4中的实施例的幅频响应仿真曲线，这是一个频带(band)7发送滤波器，通带范围为2500MHz-2570MHz(即LTE频带7的发送频段)，要求其在2620MHz-2690MHz(即LTE频带7的接收频段)具有较好的抑制度，最差不能差于-55dB。粗实线为无兰姆波谐振器时的曲线，在2690MHz处的抑制仅为49.5dB，细虚线为带有兰姆波谐振器的设计，虽然2620MHz附近的抑制相比原来略微恶化，但仍有-60dB，远超过指标要求，而在2690MHz处的抑制度达到了-56.8dB，性能得到大幅提升。电路中采用的兰姆波谐振器，其有效谐振面积是1500um2，谐振频点为1500MHz，远低于滤波器的通带频率，因此在滤波器的工作频段，其相当于一个高Q值的容性器件。

可见，在兰姆波谐振器设置在滤波器中的情况下，该滤波器可以提高对于相邻频带信号的抑制水平，而且不会造成通带插损的增加。

此外，该滤波器设置了兰姆波谐振器时，也不存在引入额外的分立电抗性器件而造成芯片整体尺寸的大幅度增加及制造工艺复杂性的增加等问题，从而节省了空间又降低了成本。

图6为根据本发明的另一个示例性实施例的滤波器的示意图，其能够改善高于通带右侧滚降沿频率以上的高频近阻带抑制水平。

在图6中，端口131为信号输入(或输出)端口，端口132为信号输出(或输入)端口，需要进行滤波的信号从端口131(或132)输入，从端口132(或131)输出。串联电感121连接在端口131和谐振器101之间，串联电感122连接在端口132和谐振器104之间。串联支路谐振器101、102、103、104串联连接在串联电感121和串联电感122之间。并联支路谐振器111的一个端口连接在串联支路谐振器101、102之间的位置，另一个端口连接接地电感123的一个端口。并联支路谐振器112的一个端口连接在串联支路谐振器102、103之间的位置，另一个端口连接接地电感124的一个端口。并联支路谐振器113的一个端口连接在串联支路谐振器103、104之间的位置，另一个端口连接接地电感125的一个端口。并联支路谐振器114的一个端口连接在串联支路谐振器104、串联电感122之间的位置，另一个端口连接接地电感126的一个端口。接地电感123、124、125、126的另外一个端口均接地。

在图6中，还在等势体U和节点S1之间，增加了兰姆波谐振器LWR1；在等势体U和节点P4之间增加了兰姆波谐振器LWR2。

图6中串联支路谐振器101-104各自的谐振频率fs可以相同也可以不完全相同，并联支路谐振器111-114各自的谐振频率fs’可以相同也可以不完全相同。各串联支路谐振器的谐振频率fs高于各并联支路的谐振频率fs’。

等势体U与两个兰姆波谐振器组成了一个信号耦合电路结构或者耦合电路单元。图6中，加入该信号耦合电路结构，会使信号的传输零点从滤波器通带右侧边缘的滚降沿频率处向高频移动，通过调节两个兰姆波谐振器的等效电容的数值可以控制移动的多少。这样，只要调节两个兰姆波谐振器的等效电容将传输零点移动到高频近阻带中需要的频率上，即可改善该频率附近的抑制水平。本发明中，两个兰姆波谐振器和等势体U，三者组成一个完整的信号耦和电路。另外，因为两个兰姆波谐振器的等效电容可以分别进行调节，所以在解决可实现性的同时也增加了实现的灵活性。使用这种结构能达到的具体技术效果，会在后边实施例中详细介绍，可参考图15a与图15b。

需要特别说明的是，图6中和等势导体U相连接的两个兰姆波谐振器连接方式并不是唯一的，例如兰姆波谐振器LWR2的一个端口也可以接在P4之外的其他节点。

在进一步的实施例中，兰姆波谐振器LWR1连接在某串联谐振器的一个端口节点和等势体之间，兰姆波谐振器LWR2连接在某个并联谐振器同相应接地电感的连接节点和等势体之间，该并联谐振器不与该串联谐振器相邻；在更进一步的实施例中，该并联谐振器不和与该串联谐振器相邻的并联谐振器通过公共接地电感接地。

图7a、图7b给出了图6中实施例的两种变形。需要专门指出的是，在本发明的附图7a-10d中，使用兰姆波谐振器LWR1的等效电容Ca代替了兰姆波谐振器LWR1，使用兰姆波谐振器LWR2的等效电容Cb代替了兰姆波谐振器LWR2。换言之，在这些附图中，虽然示出为等效电容，但是其为对应的兰姆波谐振器。

图6中给出的示例是4个并联支路谐振器分别通过相应的接地电感接地的情况，根据设计的需要也可以将某些并联支路谐振器进行合路后通过公共接地电感接地。图8a-8f中给出了这种情况下的一些变形实施例，这些实施例可以达到改善抑制水平的效果。

在图1的结构基础上，本发明还提出了图9中的能够提高抑制水平的滤波器结构，其可改善低于通带左侧滚降沿频率以下的低频近阻带抑制水平。

在图9中，端口131为信号输入(或输出)端口，端口132为信号输出(或输入)端口，需要进行滤波的信号从端口131(或132)输入，从端口132(或131)输出。串联电感121连接在端口131和谐振器101之间，串联电感122连接在端口132和谐振器104之间。串联支路谐振器101、102、103、104串联连接在串联电感121和串联电感122之间。并联支路谐振器111的一个端口连接在串联支路谐振器101、102之间的位置，另一个端口连接接地电感123的一个端口。并联支路谐振器112的一个端口连接在串联支路谐振器102、103之间的位置，另一个端口连接接地电感124的一个端口。并联支路谐振器113的一个端口连接在串联支路谐振器103、104之间的位置，另一个端口连接接地电感125的一个端口。并联支路谐振器114的一个端口连接在串联支路谐振器104、串联电感122之间的位置，另一个端口连接接地电感126的一个端口。接地电感123、124、125、126的另外一个端口分别接地。

如图9所示，在等势体U和节点P1之间，还增加了等效电容Ca；在等势体U和节点P4之间增加了等效电容Cb。

图9中串联支路谐振器101-104各自的谐振频率fs可以相同也可以不完全相同，并联支路谐振器111-114各自的谐振频率fs’可以相同也可以不完全相同。各串联支路谐振器的谐振频率fs都高于各并联支路的谐振频率fs’。

等势体U与等效电容Ca和Cb组成了一个信号耦合电路结构或者耦合电路单元，图9中，加入该信号耦合电路结构，会使信号的传输零点从滤波器通带左侧边缘的滚降沿频率处向低频移动，通过调节等效电容Ca和Cb的数值可以控制移动的多少。这样，只要调节等效电容Ca和Cb将传输零点移动到低频近阻带中需要的频率上，即可改善该频率附近的抑制水平。

另外，因为等效电容Ca和Cb可以分别进行调节，所以在解决可实现性的同时也增加了实现的灵活性。使用这种特殊结构能达到的具体技术效果，会在后边实施例中详细介绍，可参考图16a与图16b。

需要特别说明的是，图9中和等势体U相耦合连接的等效电容Ca和Cb，其连接方式并不是唯一的，等效电容Cb的端口也可以接在P4节点之外的其他节点上。具体的，等效电容Ca可连接在等势体U和某个并联谐振器与相应接地电感的节点之间，等效电容Cb连接在等势体U和另外一个并联谐振器与相应接地电感的节点之间。在可选的实施例中，这两个并联谐振器不是相邻的或通过公共接地电感共地的，在更进一步可选的实施例中，这两个并联谐振器对应的接地电感也不是相邻的。

图10a-10d分别给出了图9的几种变形实施例，同样可以达到改善抑制水平的效果。

这里需要特别说明的是：每一个串联谐振器如101同与其相邻的一个并联谐振器如111的组合称为一级，所以图6-图10d等附图给出的都是一个4级的FBAR梯形架构滤波器的示例。本发明只是用它作为一个示例，以方便对发明的细节进行详细的说明，而本发明的应用范围并不只局限于4级梯形架构的情况，而是可以应用于任意更多级数或更少级数的情况，也可以为其他的架构。

下面示例性说明上述的滤波器结构中等势体的实现方式。

在实际当中，可以用FBAR芯片图形区外围的保护环作为等势体U。图6中的第一种特殊结构，在一个FBAR芯片中的谐振器排布如图11所示，就是使用外围的保护环作为等势体U。

在实际当中，也可以在FBAR芯片图形区内增加一块等电势差的导电或者第一导电体(pad)作为等势体U。图6中的第一种特殊结构，在一个FBAR芯片中的谐振器排布也可以如图12所示，就是使用单独增加的第一导电体来作为等势体U。

在实际当中，也可以借用和芯片封装结构cap上同一个导电体pad相连的通孔via作为等势体U。图6中所示的滤波器结构，在一个FBAR芯片中的谐振器排布也可以如图13a所示，使用和封装结构上同一个导电体pad相连的两个通孔via A、via B来作为等势体U，从而引入等效电容Ca和Cb。图13b为省略封装结构cap后，从上向下看的芯片部分的平面顶视图。

图11-13b是以图6中的滤波器结构为例对实际当中等势体U的实现方式进行说明的，所有这些实现方式也同样可以用来实现图9中的第二种特殊结构，此处不再赘述。

图14a是一个双工器100的结构示意图，其中：101是发射滤波器(TX filter)，102是接收滤波器(RX filter)；发射滤波器101的一个端口连接到端口105，该端口可以连接射频信号发生电路等外接设备，用来将外接设备产生的射频信号传输进入发射滤波器101中；发射滤波器101的另一个端口连接到匹配网络(match network)103，用来将滤波之后的信号送入匹配网络；接收滤波器102的一个端口接到端口106，该端口可以连接后级电路如低噪放等；接收滤波器102的另一个端口连接到匹配网络103，用来将天线接收到的信号传输进入接收滤波器102；匹配网络103连接在天线104和发射滤波器101、接收滤波器102之间，用来调节天线端口的阻抗匹配。本实施例中：发射滤波器101使用了本发明提出的例如如图2所示的滤波器结构。接收滤波器102使用了本发明提出的例如如图5所示的滤波器结构。

为了进行对比，还给出了双工器110，其结构示意图如图14b所示，各组成部分及功能同图14a相同，所以不再赘述。不同处在于，发射滤波器(TX filter)111和接收滤波器(RXfilter)112使用的是图1所给出的普通梯形架构而非本发明给出的特定结构，没有使用等电势体U和等效电容Ca和Cb组成的特殊信号耦合电路结构。

图15a和图16a分别给出了双工器100和110的接收滤波器和发射滤波器的传输特性曲线。本例中的双工器，发射滤波器的通带频率范围为1710MHz-1785MHz，中心频率可以认为大约是1749MHz；接收滤波器的通带频率范围为1805MHz-1880MHz，中心频率可以认为大约是1844MHz。为了尽量减小两颗滤波器之间的相互影响，在设计中需要尽可能增大两颗滤波器在对方通带内特别是中心频率附近的抑制度。本实施例中只是用这个频段的双工器进行举例说明，本专利的滤波器结构对其他频段的双工器和滤波器也同样是适用的。

图15a示例性示出了发射滤波器101和111的传输特性曲线，其中粗线是发射滤波器101的性能，细线是发射滤波器111的性能。发射滤波器101的电路结构如图2所示，其中使用了等势体U和等效电容Ca、Cb组成的特殊耦合电路结构，该结构的作用使得信号的传输零点从通带右侧边缘滚降处向高频移动到了大约1844MHz的位置，同接收滤波器102的中心频率基本一致。从图15a中可以看到，移动后的传输零点在1844MHz处形成了一个较深的抑制点，抑制水平达到-78dB左右(图中m1标出)，并且使得该点附近范围内的抑制水平都有明显的改善。而没有使用等势体U和等效电容Ca、Cb结构的发射滤波器111，其传输特性曲线如细线所示，在1844MHz处的抑制水平仅为-56dB左右(图中m2标出)，并且该点附近范围内的抑制水平都明显较差。

另外，图15b是图15a中方框内部分的放大图，可以看到，通带内两条曲线完全重合，说明使用本发明提出的例如图6中示出的结构之后，在改善带外抑制的同时，通带插损没有发生任何恶化。

图16a示例性示出了接收滤波器102和112的传输特性曲线。其中粗线是接收滤波器102的性能，细线是接收滤波器112的性能。接收滤波器102的电路结构如图9所示，其中使用了等势体U和等效电容Ca、Cb组成的特殊耦合电路结构，该结构的作用使得信号的传输零点从通带左侧边缘滚降处向低频移动到了大约1749MHz的位置，同发射滤波器101的中心频率基本一致。从图16a中可以看到，移动后的传输零点在1749MHz处形成了一个较深的抑制点，抑制水平达到-78dB左右(图中m1标出)，并且使得该点附近范围内的抑制水平都有明显的改善。而没有使用等势体U和等效电容Ca、Cb结构的发射滤波器112，其传输特性曲线如细线所示，在1749MHz处的抑制水平仅为-59dB左右(图中m2标出)，并且该点附近范围内的抑制水平都明显较差。

另外，图16b是图16a图中方框内部分的放大图，可以看到，通带内两条曲线完全重合，说明使用本发明提出的例如图9中示出的滤波器结构之后，在改善带外抑制的同时，通带插损没有发生任何恶化。

图17为根据本发明的再一个示例性实施例的双工器的示意图。该双工器是由两个带有兰姆波谐振器的滤波器组成的，是LTE频段7的双工器，其中发送频段是2500MHz-2570MHz，接收频段是2620MHz-2690MHz，其中发送滤波器是图4中示出的实施例，不过，也可以是图6中给出的实施例，两者的技术效果也比较相近。

图18为根据本发明的一个示例性实施例的双工器的示意图。该双工器是由两个FBAR滤波器组成的双工器，不同的是，兰姆波谐振器LWR跨接在两个滤波器之间。

图19是图18所示的双工器电路图的仿真结果，从图19可以看到，在2500MHz处，双工器的隔离度提高了4dB，而其它位置的隔离度没有显著恶化。

需要指出的是，图18仅仅是给出了在两个独立的FBAR滤波器之间设置有一个兰姆波谐振器。在可选的实施例中，还可以设置多个兰姆波谐振器。在图18中，兰姆波谐振器的一端连接到一个滤波器的一个串联谐振器的端口，另一端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，但是，兰姆波谐振器的连接方式不限于此，例如，兰姆波谐振器的一端连接到一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，另一端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

此外，类似于本发明的附图5-10d中设置等势体的实施例，也可以通过两个兰姆波谐振器以及等势体将两个滤波器连接起来。

基于以上，本发明提出了一种压电滤波器，包括：串联支路谐振器单元，具有多个串联谐振器；并联支路谐振器单元，具有多个并联谐振器，每一个并联谐振器的一端连接到对应串联谐振器的端口，另一端适于通过对应的接地电感连接到接地端；和兰姆波谐振器，其中：所述兰姆波谐振器与串联谐振器以并联谐振器共用压电层，或者所述兰姆波谐振器的压电层与串联谐振器以及并联谐振器的压电层处于同一层。

基于本发明的该压电滤波器，其不存在引入额外的分立电抗性器件而造成芯片整体尺寸的大幅度增加及制造工艺复杂性的增加等问题，从而节省了空间又降低了成本。

例如参见图4，所述兰姆波谐振器的第一端连接到一个串联谐振器的端口，兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。进一步的，兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与兰姆波谐振器的第一端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

例如参见图6，所述压电滤波器还可包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个串联谐振器的端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。进一步的，第二兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与第一兰姆波谐振器的第二端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

例如参见图9，所述压电滤波器还可包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：等势体；第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；和第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。更进一步，所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不相邻；并且所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不共用同一接地端。

例如，参见图14a、17，本发明也提出了一种双工器，包括：发射滤波器；和接收滤波器，其中：至少一个滤波器为上述的压电滤波器。

再如，参见图18，本发明还提出一种双工器，包括：发射滤波器；接收滤波器；和至少一个兰姆波谐振器中，其中：发射滤波器与接收滤波器所具有的串联谐振器与并联谐振器均为薄膜体声波谐振器；所述至少一个兰姆波谐振器与所述串联谐振器共用压电层，或者所述至少一个兰姆波谐振器的压电层和与所述串联谐振器的压电层与处于同一层。

相应的，本发明提出了一种提高滤波器抑制水平的方法，所述滤波器为例如图6所示的带通滤波器，所述方法包括步骤：通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带右侧边缘的滚降沿频率处向高频移动。

本发明还提出了一种提高滤波器抑制水平的方法，所述滤波器为例如图9所示的带通滤波器，所述方法包括步骤：通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带左侧边缘的滚降沿频率处向低频移动。

本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的带通滤波器。需要指出的是，这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。

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变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种压电滤波器，包括：

串联支路谐振器单元，具有多个串联谐振器；

并联支路谐振器单元，具有多个并联谐振器，每一个并联谐振器的一端连接到对应串联谐振器的端口，另一端适于通过对应的接地电感连接到接地端；和

兰姆波谐振器，

其中：

所述串联谐振器和并联谐振器为薄膜体声波谐振器；且

所述兰姆波谐振器与串联谐振器以及并联谐振器共用压电层，或者所述兰姆波谐振器的压电层与串联谐振器以及并联谐振器的压电层处于同一层。

2.根据权利要求1所述的压电滤波器，其中：

所述兰姆波谐振器的第一端连接到一个串联谐振器的端口，兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，且所述兰姆波谐振器的谐振频率不同于所述串联谐振器和并联谐振器的谐振频率。

3.根据权利要求2所述的压电滤波器，其中：

兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与兰姆波谐振器的第一端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

4.根据权利要求3所述的压电滤波器结构，其中：

所述压电滤波器具有至少两个接地端，所述兰姆波谐振器的第二端所连接或者对应的接地端不同于与兰姆波谐振器的第一端连接到的串联谐振器相邻的并联谐振器所连接或者对应的接地端。

5.根据权利要求4所述的压电滤波器，其中：

所述多个并联谐振器中的至少两个并联谐振器共用同一接地端。

6.根据权利要求1所述的压电滤波器，其中：

所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：

等势体；

第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个串联谐振器的端口；和

第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

7.根据权利要求6所述的压电滤波器，其中：

第二兰姆波谐振器的第二端所连接到的并联谐振器与第一兰姆波谐振器的第二端所连接到的串联谐振器之间还具有另外的所述串联谐振器。

8.根据权利要求1所述的压电滤波器，其中：

所述压电滤波器还包括耦合电路单元，所述耦合电路单元包括：

等势体；

第一兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；和

第二兰姆波谐振器，第二兰姆波谐振器的第一端连接到所述等势体，第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

9.根据权利要求8所述的压电滤波器，其中：

所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不相邻；并且

所述一个并联谐振器与所述另一个并联谐振器不共用同一接地端。

10.根据权利要求9所述的压电滤波器，其中：

所述一个并联谐振器所连接的接地电感与所述另一个并联谐振器所连接的接地电感不相邻。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的压电滤波器，其中：

所述压电滤波器具有位于压电滤波器的芯片图形区域外围的保护环，所述保护环构成所述等势体；或者

所述压电滤波器具有设置在压电滤波器的芯片图形区域内的第一导电体，所述第一导电体构成所述等势体；或者

所述压电滤波器具有芯片封装部，所述芯片封装部设置有第二导电体；所述压电滤波器设置有两个电连接通孔结构，所述两个电连接通孔结构分别与所述第二导电体电连接；所述两个电连接通孔结构以及所述第二导电体构成所述等势体。

12.一种提高滤波器抑制水平的方法，所述滤波器为根据权利要求6或7所述的压电滤波器，其中，所述方法包括步骤：

通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带右侧边缘的滚降沿频率处向高频移动。

13.一种提高滤波器抑制水平的方法，所述滤波器为根据权利要求8-10中任一项所述的压电滤波器，其中，所述方法包括步骤：

通过调节第一兰姆波谐振器的等效电容与第二兰姆波谐振器的等效电容中的至少一个，以使得信号的传输零点从滤波器通带左侧边缘的滚降沿频率处向低频移动。

14.一种双工器，包括：

发射滤波器；和

接收滤波器，

其中：

至少一个滤波器为根据权利要求1-11中任一项所述的压电滤波器。

15.根据权利要求14所述的双工器，其中：

所述发射滤波器包括根据权利要求6或7所述的压电滤波器；

所述接收滤波器包括根据权利要求8-10中任一项所述的压电滤波器。

16.一种双工器，包括：

发射滤波器；

接收滤波器；和

至少一个兰姆波谐振器，

其中：

发射滤波器与接收滤波器所具有的串联谐振器与并联谐振器均为薄膜体声波谐振器；

所述至少一个兰姆波谐振器与所述串联谐振器共用压电层，或者所述至少一个兰姆波谐振器的压电层和与所述串联谐振器的压电层与处于同一层。

17.根据权利要求16所述的双工器，其中：

所述至少一个兰姆波谐振器中的一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器，第二端连接到另一个滤波器。

18.根据权利要求17所述的双工器，其中：

所述一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器的一个串联谐振器的端口，第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；或者

所述一个兰姆波谐振器的第一端连接到一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

19.根据权利要求16所述的双工器，其中：

所述双工器还包括等势体；

所述至少一个兰姆波谐振器包括第一兰姆波谐振器和第二兰姆波谐振器，第一兰姆波谐振器和第二兰姆波谐振器的第一端均连接到所述等势体；且

所述第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个滤波器的一个串联谐振器的端口，所述第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口；或者所述第一兰姆波谐振器的第二端连接到一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口，所述第二兰姆波谐振器的第二端连接到另一个滤波器的一个并联谐振器的对应接地电感的非接地端口。

20.一种电子设备，具有根据权利要求1-11中任一项所述的压电滤波器。

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