技术摘要:
本申请提供一种滤波器及提高滤波器性能的方法和信号处理设备。其中,滤波器包括:多个谐振器,所述多个谐振器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,所述串联谐振器彼此串联连接,所述并联谐振器一端连接至两个串联谐振器的连接点,另一端连接电感,所述电感接地,所述 全部
背景技术:
随着市场的迅猛发展,无线通讯终端和设备不断朝着小型化,多模-多频段的方向 发展。近年来,一些窄带的通信频段逐渐兴起。这些频段的附近通常存在其它可能存在干扰 的频段,因此对滤波器的滚降特性有较高的要求。例如,北斗导航的下行频段采用S波段,频 率为2483.5MHz~2500MHz,它低频一侧是ISM频段(2400MHz~2483.5MHz) ,高频一侧则是 LTE的频段7的发送频段(2500MHz~2570MHz),它们之间几乎没有空隙。再如,ISM频段 (2400MHz~2483.5MHz),除了高频一侧是LTE的频段7的发送频段(2500MHz~2570MHz)之 外,它的低频一侧是LTE的频段40(2300MHz~2400MHz),之间同样没有空隙。各种通信频段 之间干扰的消除,一部分可以通过通信资源块的分配来实现优化,另一种则主要通过射频 滤波器进行滤波。这种频率资源的拥挤,对滤波器提出了更高的要求。 目前,能够满足通讯终端使用的小尺寸滤波器主要是压电声波滤波器,构成此类 声波滤波器的谐振器主要包括:FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator,薄膜体声波谐振 器),SMR(Solidly Mounted Resonator,固态装配谐振器)和SAW(Surface Acoustic Wave, 表面声波谐振器)。其中基于体声波原理制造的FBAR和SMR双工器,相比基于表面声波原理 制造的SAW双工器,具有更高的Q值。 图11(a)是压电声波谐振器的电学符号,图11(b)是其等效电学模型图,在不考虑 损耗项的情况下,电学模型简化为Lm、Cm和C0组成的谐振电路。根据谐振条件可知,该谐振 电路存在两个谐振频点:一个是谐振电路阻抗值达到最小值时的fs,将fs定义为该谐振器 的串谐振频率;另一个是当谐振电路阻抗值达到最大值时的fp,将fp定义为该谐振器的反 谐振频率。其中, 并且,fs比fp要小。同时,定义了谐振器的机电耦合系数Kt2,它可以用fs和fp来表 示: 图12示出了谐振器阻抗与fs和fp之间的关系。在某一特定的频率下,Kt2越大,则 fs和fp的频率差越大,即两个谐振频率离得越远,Kt2越小,则fs和fp的频率差越小,即两个 谐振频率离得越近。 谐振器在Fs处的阻抗定义为谐振阻抗Rs,谐振器在Fp处的阻抗定义为反谐振阻抗 Rp,通常,Rs越小,或Rp越大,均代表谐振器的Q值越高,所制作的滤波器的损耗也越小。 4 CN 111600571 A 说 明 书 2/9 页 普通梯形结构滤波器的带宽主要取决于其所包含的谐振器的谐振频率与反谐振 频率的差值,或者说,取决于其所包含谐振器的Kt2,为了实现较窄带宽的滤波器,或者实现 较快的边沿滚降,就要想办法减少谐振器的Kt2。但是,Kt2与多种因素相关,并不可以按用户 的需要而无限制的减少。以氮化铝(AlN)为压电材料制作的FBAR谐振器举例,其Kt2一般可 以做到5~6%左右,这个范围内的谐振器损耗性能较好,但是用常规制作出来的滤波器带 宽较宽,滚降较慢,而且滤波器的尺寸也相对较大。而当Kt2降到4.5%以下,因为谐振器面 积,层叠厚度配比等因素,谐振器损耗特性会下降较快,用这样的谐振器做出来的滤波器虽 然带宽比较合适,但是大多插入损耗较差,仍然没有办法满足通信要求。 如何利用谐振器损耗较好的Kt2区间,实现窄带高滚降的滤波器,同时缩小滤波器 的尺寸,逐渐成为一个滤波器设计工程师亟待解决的问题。
技术实现要素:
有鉴于此,本申请提供一种滤波器及提高滤波器性能的方法和信号处理设备,以 改善滤波器的性能。 具体地,本申请是通过如下技术方案实现的: 第一方面,本申请实施例中提供了一种滤波器,包括:多个谐振器,所述多个谐振 器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,所述串联谐振器彼此串联连接,所述并联谐振 器一端连接至两个串联谐振器的连接点,另一端连接电感,所述电感接地,所述多个串联谐 振器包括一个或多个指定串联谐振器,所述指定串联谐振器与至少一个第一谐振器并联; 和/或, 所述多个并联谐振器中包括一个或多个指定并联谐振器,所述指定并联谐振器与 至少一个第二谐振器或者电容串联; 所述多个谐振器按照谐振频率的不同分别设置于不同的晶圆上。 可选地,所述指定串联谐振器的谐振频率大于所述第一谐振器的谐振频率; 所述指定串联谐振器与其他所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述第一谐振器 与所述并联谐振器设置于第二晶圆上。 可选地,所述指定串联谐振器的反谐振频率与所述第一谐振器的谐振频率之差小 于预设值。 可选地,所述指定并联谐振器的谐振频率小于所述第二谐振器的谐振频率; 所述第二谐振器与所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述指定并联谐振器与其 他所述并联谐振器设置于第二晶圆上。 可选地,所述指定并联谐振器的反谐振频率与所述第二谐振器的谐振频率之差小 于预设值。 可选地,所述指定并联谐振器与电容串联时,所述电容的一端与相邻两个串联谐 振器的节点相连,所述电容的另一端与所述指定并联谐振器的一端相连接,所述指定并联 谐振器的另一端与接地电感相连接; 所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述第一谐振器和所述电容、所述指定并联 谐振器和其他所述并联谐振器设置于第二晶圆上。 第二方面,本申请实施例中提供了一种信号处理设备,包括:信号输入电路、信号 5 CN 111600571 A 说 明 书 3/9 页 输出电路和如第一方面所述的滤波器;所述信号输入电路与所述滤波器相连接,所述滤波 器与所述信号输出电路相连接。 第三方面,本申请实施例中提供了一种滤波器制造的方法,所述滤波器包括:多个 谐振器,所述多个谐振器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,所述串联谐振器彼此串 联连接,所述并联谐振器一端连接至两个串联谐振器的连接点,另一端连接电感,所述电感 接地,所述方法包括: 设置所述多个串联谐振器包括一个或多个指定串联谐振器,所述指定串联谐振器 与至少一个第一谐振器并联; 和/或, 所述多个并联谐振器中包括一个或多个指定并联谐振器,所述指定并联谐振器与 至少一个第二谐振器或者电容串联; 将所述多个谐振器按照谐振频率的不同分别设置于不同的晶圆上。 可选地,所述方法还包括: 设置所述指定串联谐振器的谐振频率大于所述第一谐振器的谐振频率; 所述将所述多个谐振器按照谐振频率的不同分别设置于不同的晶圆上,包括: 设置所述指定串联谐振器与其他所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述第一谐 振器与所述并联谐振器设置于第二晶圆上。 可选地,所述方法还包括: 设置所述指定串联谐振器的反谐振频率与所述第一谐振器的谐振频率之差小于 预设值。 可选地,所述方法还包括: 设置所述指定并联谐振器的谐振频率小于所述第二谐振器的谐振频率; 所述将所述多个谐振器按照谐振频率的不同分别设置于不同的晶圆上,包括: 将所述第二谐振器与所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述指定并联谐振器与 其他所述并联谐振器设置于第二晶圆上。 可选地,所述方法还包括: 设置所述指定并联谐振器的反谐振频率与所述第二谐振器的谐振频率之差小于 预设值。 可选地,所述方法还包括: 所述指定并联谐振器与电容串联时,将所述电容的一端与相邻两个串联谐振器的 节点相连,所述电容的另一端与所述指定并联谐振器的一端相连接,所述指定并联谐振器 的另一端与接地电感相连接; 将所述串联谐振器设置于第一晶圆上,所述第一谐振器和所述电容、所述指定并 联谐振器和其他所述并联谐振器设置于第二晶圆上 本申请实施例所提供的一种滤波器及提高滤波器性能的方法和信号处理设备,通 过设置多个串联谐振器包括一个或多个指定串联谐振器,该指定串联谐振器与至少一个第 一谐振器并联;和/或,设置多个并联谐振器中包括一个或多个指定并联谐振器,该指定并 联谐振器与至少一个第二谐振器或者电容串联;并将多个谐振器按照谐振频率的不同分别 设置于不同的晶圆上。使得在保证滤波器的通带插损不变差的同时,使得滚降会变得更好, 6 CN 111600571 A 说 明 书 4/9 页 并且降低了滤波器的尺寸。 附图说明 图1是现有技术中的一种滤波器的结构示意图。 图2是本申请实施例1示出的滤波器的电路结构示意图; 图3是上述实施例1示出的滤波的侧视图; 图4a是上述图2所示的实施例1中上晶圆202的芯片设计示意图; 图4b是上述图2所示的实施例1中下晶圆201的芯片设计示意图; 图5a和图5b是上述图2所示的实施例1的滤波器的插入损耗与频率关系曲线与现 有技术的效果对比示意图; 图6是本申请提供的实施例2的滤波器电路结构示意图; 图7是上述图6所示的实施例2的滤波器的侧视图; 图8a是上述的实施例2中滤波器上晶圆的芯片设计示意; 图8b是上述的实施例2中滤波器下晶圆的芯片设计示意; 图9是本发明实施例3中滤波器的电路结构示意图; 图10是本发明实施例4中滤波器的电路结构示意图; 图11(a)是压电声波谐振器的电学符号; 图11(b)是压电声波谐振器等效电学模型图; 图12示出了谐振器阻抗与fs和fp之间的关系; 图13是一个由两个具有不同谐振频率的谐振器并联连接形成的一个并联组合谐 振器Res的示意图; 图14是图13中并联组合谐振器Res、第一谐振器Res1和第一谐振器Res2的阻抗及 Kt关系示意图; 图15是一个由两个具有不同谐振频率的谐振器串联连接形成的一个串联组合谐 振器Res的结构示意图; 图16是图15中串联组合谐振器Res、第一谐振器Res1和第一谐振器Res2的阻抗及 Kt关系示意图。