專利名稱：雙工器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備涉及一種雙工器，更具體地講，涉及一種能夠防止由于發(fā)送(Tx)濾波器和接收(Rx)濾波器的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)引起的Tx濾波器和Rx濾波器之間干擾的雙工器。
背景技術(shù)：
近來，隨著例如移動(dòng)電話的移動(dòng)通信裝置的廣泛使用，正在致力于改善移動(dòng)通信裝置的性能，并且以具有輕的重量的小尺寸來制造它們。相應(yīng)地，在提高移動(dòng)通信裝置中各組件的性能的同時(shí)，正在進(jìn)行對(duì)減小移動(dòng)通信裝置的尺寸和重量的研究。
為此，正在進(jìn)行對(duì)作為移動(dòng)通信裝置的組件之一的雙工器的性能提高的研究。
雙工器是一種集成濾波器的代表性部件。雙工器用作許可在通信系統(tǒng)中有效地共享相同天線，這通過正確地分離經(jīng)由天線接收和發(fā)送的信號(hào)使用頻分雙工(FDD)來實(shí)現(xiàn)。
雙工器主要包括Tx濾波器和Rx濾波器。Rx濾波器從天線接收信號(hào)，并且僅對(duì)特定頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波。Tx濾波器僅對(duì)在通信裝置中產(chǎn)生的信號(hào)中的特定頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波，并將濾波的信號(hào)提供給天線。相應(yīng)地，雙工器通過調(diào)整由Tx濾波器和Rx濾波器通過的頻率來許可經(jīng)由一個(gè)天線進(jìn)行發(fā)送和接收。
可使用薄膜腔聲諧振器(FBAR)來實(shí)現(xiàn)雙工器的Tx濾波器和Rx濾波器。
以下電極、壓電層和上電極順序分層的方式來制造FBAR。當(dāng)施加外電場時(shí)，F(xiàn)BAR產(chǎn)生諧振。更詳細(xì)地，當(dāng)電能施加到FBAR的上電極和下電極，并且在壓電層感生電場臨時(shí)改變時(shí)，由于壓電層感生將電能改變?yōu)槁曇舨ㄐ蔚臋C(jī)械能的壓電效應(yīng)，因此發(fā)生諧振。在這種情況下，由于FBAR僅通過以產(chǎn)生的諧振頻率為中心的特定頻帶內(nèi)的信號(hào)，因此FBAR用作帶通濾波器。
能夠以小尺寸和輕重量來實(shí)現(xiàn)FBAR，并且FBAR適合大功率應(yīng)用。此外，考慮到致密性、生產(chǎn)成本以及大規(guī)模生產(chǎn)，F(xiàn)BAR是有利的。
當(dāng)使用上述的FBAR來構(gòu)建濾波器時(shí)，可提高作為濾波器的主要特性之一的品質(zhì)因數(shù)(Q)，并且可覆蓋例如從微單元的頻帶到個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)頻帶和數(shù)字無繩系統(tǒng)(DCS)頻帶的寬激勵(lì)頻率?；谶@些特征，F(xiàn)BAR作為用于雙工器的組件引起了更多的注意。
圖11是公開的專利號(hào)為6,262,637的美國專利的使用多個(gè)FBAR的現(xiàn)有技術(shù)的雙工器的框圖。圖12是示出圖11的移相器70的功能的框圖，圖13是示出圖11的移相器70的功能的另一示圖。
首先參照圖11，現(xiàn)有技術(shù)的雙工器10包括天線端口20、Tx端口30和Rx端口40。雙工器10還包括天線端口20和Tx端口30之間的Tx濾波器50、以及天線端口20和Rx端口40之間的Rx濾波器60。
Tx濾波器50包括多個(gè)第一諧振器FBAR11、FBAR12和FBAR13，在天線端口20和Tx端口30之間串聯(lián)；以及多個(gè)第二諧振器FBAR21至FBAR22，形成在Tx濾波器50所連接的天線端口20和Tx端口30之間的分支線上、同時(shí)并聯(lián)耦合到第一諧振器FBAR11至FBAR13上。
相似地，Rx濾波器60包括多個(gè)第一諧振器FBAR14、FBAR15和FBAR16，在移相器70和Rx端口40之間串聯(lián)；以及多個(gè)第二諧振器FBAR23至FBAR26，形成在Rx濾波器40所連接的移相器70和Rx端口40之間的分支線上、同時(shí)并聯(lián)耦合到第一諧振器FBAR14至FBAR16上。
同樣地，第一諧振器FBAR11至FBAR13和第二諧振器FBAR21至FBAR22被串聯(lián)和并聯(lián)集成，以便構(gòu)成形成Tx濾波器50的梯形(ladder)類型濾波器。相似地，第一諧振器FBAR14至FBAR16和第二諧振器FBAR23至FBAR26被串聯(lián)和并聯(lián)集成，以便構(gòu)成形成Rx濾波器40的梯形類型濾波器。相應(yīng)地，現(xiàn)有技術(shù)的雙工器10用作對(duì)用于發(fā)送和接收的特定頻帶中的信號(hào)濾波的帶通濾波器。
由于現(xiàn)有技術(shù)的雙工器10用作正確地分離經(jīng)由一個(gè)天線發(fā)送和接收的信號(hào)，因此必須避免發(fā)送的信號(hào)和接收的信號(hào)之間的干擾，以提高其性能。更詳細(xì)地，由于通過Tx濾波器和Rx濾波器發(fā)送和接收的信號(hào)之間的頻率差非常小，因此雙工器易于受到干擾。因此，需要避免發(fā)送的信號(hào)和接收的信號(hào)之間的干擾。
為了這樣做，需要隔離部分通過將Tx濾波器50和Rx濾波器60隔離來防止干擾。由于存在隔離部分，因?yàn)楸苊饬烁蓴_和噪聲插入，因此能夠提高現(xiàn)有技術(shù)的雙工器10的性能。
典型地，使用電容器和電感器將隔離部分實(shí)現(xiàn)為位于天線端口20和Rx濾波器60之間的移相器70，以使得發(fā)送和接收的信號(hào)的頻率相位差為90度。從而，隔離部分能夠防止干擾。
當(dāng)沒有使用移相器70，并且Rx頻帶范圍是例如圖12所示的1.88～1.95GHz時(shí)，Rx濾波器60對(duì)Tx濾波器50的阻抗接近于零。因此，Tx濾波器50和Rx濾波器60被電連接，并且Tx濾波器50通過接收的信號(hào)被耦合和操作。
相反，當(dāng)移相器70位于天線端口20和Rx濾波器60之間，并且Rx頻帶范圍是例如圖13所示的1.88～1.95GHz時(shí)，Rx濾波器60對(duì)Tx濾波器50的阻抗接近于無窮大。因此，Tx濾波器50和Rx濾波器60處于開路狀態(tài)，彼此電隔離，并且防止Tx濾波器50通過接收的信號(hào)被耦合和操作。
這樣，Tx濾波器50至Rx濾波器60用作雙工器，該雙工器通過移相器70僅濾出濾波后的頻帶的Tx信號(hào)和Rx信號(hào)來共享單一天線。
如上所述，通過在天線端口20和Rx濾波器40之間集成電容器和電感器來構(gòu)建現(xiàn)有技術(shù)的雙工器10的隔離部分。因此，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的雙工器實(shí)現(xiàn)為單一芯片組時(shí)，缺點(diǎn)在于因?yàn)槌酥圃霧BAR之外，在襯底上實(shí)現(xiàn)電容器和電感器的工藝的數(shù)量增加，所以工藝裕量(process margin)惡化。而且另一缺點(diǎn)在于由于增加數(shù)目的工藝以及電路部件的實(shí)現(xiàn)成本，雙工器的組裝成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明示例性實(shí)施例可克服上述缺點(diǎn)以及上述沒有描述的其他缺點(diǎn)。然而，需要本發(fā)明來克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明示例性實(shí)施例可不克服上述的任何缺點(diǎn)。本發(fā)明提供一種能夠防止Tx濾波器和Rx濾波器之間可能的干擾，而無需使用例如移相器的附加組件的雙工器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種雙工器，該雙工器包括第一帶通濾波器(BPF)和第二BPF。第一BPF位于第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口之間。第二BPF位于第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口之間。
第一BPF和第二BPF的每一個(gè)包括第一諧振電路、第二諧振電路和第三諧振電路。第一諧振電路包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的第一諧振器。第二諧振電路面對(duì)第一諧振電路，并且包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的第二諧振器。第三諧振電路包括一個(gè)多個(gè)并聯(lián)并且形成在連接第一諧振電路和第二諧振電路的分支線上的第三諧振器。
第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器可以是薄膜腔聲諧振器(FBAR)。
第一BPF和第二BPF可分別對(duì)第一頻帶和第二頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波，第二BPF可處于在第一頻帶中的開路狀態(tài)，第一BPF可處于在第二頻帶中的開路狀態(tài)。
第一BPF的第一諧振電路可以在第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口之間，第二BPF的第一諧振電路可以在第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口之間。
第一BPF和第二BPF的每一個(gè)的第二諧振電路的兩端可連接到地。
在第一BPF的第二諧振電路中，第二諧振器之間的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可連接到地。在第一BPF的第二諧振電路中，僅第二諧振器之間的所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可連接到地。
第一BPF可還包括第二諧振電路和地之間的電感器。
第一BPF可還包括電感器，分別并聯(lián)到第一諧振電路的所述多個(gè)第一諧振器的前端的第一諧振器和后端的第一諧振器。
第一BPF的第一諧振器和第二諧振器可排列為彼此面對(duì)，并且所述分支線可將面對(duì)的第一諧振器和面對(duì)的第二諧振器互連。
第二BPF的第一諧振器和第二諧振器可排列為彼此面對(duì)，分支線的至少一對(duì)的第一分支線可將第一諧振器的前端節(jié)點(diǎn)與第二諧振器的后端節(jié)點(diǎn)鏈接，第二分支線可將第一諧振器的后端節(jié)點(diǎn)與第二諧振器的前端節(jié)點(diǎn)鏈接。
第二BPF可還包括分別位于在第一信號(hào)端口與第一諧振電路之間和在第二信號(hào)端口與第一諧振電路之間的多個(gè)第四諧振器，以提高阻抗匹配和衰減特性。第二BPF可還包括并聯(lián)到在第一信號(hào)端口和第一諧振電路之間的第四諧振器的電感器。
第二BPF可還包括在第二諧振電路的后端節(jié)點(diǎn)與地之間的電感器。
采用以上構(gòu)建的雙工器，Rx濾波器對(duì)于從Tx濾波器濾波和輸出的頻帶處于開路狀態(tài)。因此，可防止Tx濾波器和Rx濾波器之間的干擾，而無需使用例如移相器的附加組件。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)其示例性實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會(huì)變得更加清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的雙工器的簡單框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的FBAR的截面圖；圖3是圖1的第一和第二BPF的簡單框圖；圖4是圖1的示例性第一BPF的框圖；圖5是顯示圖4的第一BPF的濾波特性的仿真結(jié)果的曲線圖；圖6是圖1的第一BPF的另一示例性實(shí)施例的框圖；圖7是圖1的第二BPF的示例性實(shí)施例的框圖；圖8是顯示圖7的第二BPF的濾波特性的仿真結(jié)果的曲線圖；圖9是顯示圖1的第二BPF對(duì)第一BPF的阻抗特性的示圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的構(gòu)建為單一芯片組的雙工器的框圖；圖11是使用多個(gè)FBAR構(gòu)建的現(xiàn)有技術(shù)的雙工器的框圖；圖12是顯示圖11的移相器的功能的示圖；和圖13是顯示圖11的移相器的功能的另一示圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明示例性實(shí)施例。
在接下來的描述中，即使在相同的附圖中，相同的附圖標(biāo)號(hào)用于相同的部件。在說明書中定義的內(nèi)容，例如詳細(xì)的構(gòu)造和部件只是提供用于幫助全面理解本發(fā)明。因此，很明顯，無需那些定義的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，由于已知功能或構(gòu)造將在不必要的細(xì)節(jié)上模糊本發(fā)明，因此將不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的雙工器的簡單框圖。
參照圖1，雙工器100包括第一BPF 200和第二BPF 300。
第一BPF 200位于第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2之間以對(duì)第一頻帶中的信號(hào)進(jìn)行濾波。
第二BPF 300位于第一信號(hào)端口SIG_P1和第三信號(hào)端口SIG_P3之間以對(duì)第二頻帶中的信號(hào)進(jìn)行濾波。
雙工器100外的第一信號(hào)端口SIG_P1、第二信號(hào)端口SIG_P2和第三信號(hào)端口SIG_P3可以分別是天線端口、Tx端口和Rx端口，天線端口耦合到發(fā)送Tx信號(hào)和接收Rx信號(hào)的天線，從通信裝置輸出的Tx信號(hào)施加到Tx端口，Rx端口將施加到天線端口的Rx信號(hào)轉(zhuǎn)送到通信裝置。
第一BPF 200和第二BPF 300分別對(duì)第一頻帶的Tx信號(hào)和第二頻帶的Rx信號(hào)濾波，在第一BPF 200和第二BPF 300中，串聯(lián)和并聯(lián)至少一個(gè)FBAR。
現(xiàn)在將詳細(xì)描述FBAR。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FBAR的截面圖。
參照圖2，F(xiàn)BAR包括Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600，它們具有相似的結(jié)構(gòu)。
具體地講，Tx濾波器FBAR 500包括下電極510，在例如SI或GaAs的半導(dǎo)體材料的襯底400上的由例如Al、W、Au、Pt或Mo的導(dǎo)體材料制成；壓電層520，由例如AIN或ZnO的材料制成并且形成在下電極510上；和上電極530，由例如Al、W、Au、Pt或者M(jìn)o的導(dǎo)體材料制成。
相似地，Rx濾波器FBAR 600包括下電極610，在例如SI或GaAs的半導(dǎo)體材料的襯底400上的由例如Al、W、Au、Pt或Mo的導(dǎo)體材料制成；壓電層620，由例如AIN或ZnO的材料制成并且形成在下電極610上；和上電極630，由例如Al、W、Au、Pt或者M(jìn)o的導(dǎo)體材料制成。
為了使在壓電層520和620中產(chǎn)生的大的聲音(bulk sound)不受到襯底400的影響，F(xiàn)BAR可還包括使襯底400與Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600隔離的結(jié)構(gòu)，例如反射結(jié)構(gòu)或氣隙結(jié)構(gòu)。
通過將電壓分別施加到下電極510和610和上電極530和630臨時(shí)改變了Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600在壓電層520和620中感生的電場。因此，通過產(chǎn)生輸出聲波的壓電效應(yīng)發(fā)生諧振。通過改變Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600的表面積或者上電極530和630的厚度來不同地控制Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600的諧振頻率。
因此，通過控制它們各自的諧振頻率，Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600用作Tx濾波器和Rx濾波器。通過串聯(lián)和并聯(lián)多個(gè)Tx濾波器FBAR 500和Rx濾波器FBAR 600來分別形成雙工器的Tx濾波器和Rx濾波器，從而提高諧振頻率的調(diào)諧特性和頻率濾波特性。
參照圖1，當(dāng)本發(fā)明示例性實(shí)施例的雙工器100包括作為Tx濾波器的第一BPF 200和作為Rx濾波器的第二BPF 300時(shí)，移相器70(參照圖11的解釋)用于防止第一BPF 200和第二BPF 300之間的干擾。
為了在本發(fā)明示例性實(shí)施例的雙工器100中去除移相器70，第二BPF 300處于對(duì)于第一頻帶的開路狀態(tài)，第一BPF 200處于對(duì)于第二頻帶的開路狀態(tài)。因此，第一BPF 200形成為在第二頻帶中斷開電連接，第二BPF 300形成為在第一頻帶中斷開電連接。
將參照圖3至圖8對(duì)第一BPF 200和第二BPF 300進(jìn)行更加詳細(xì)地解釋。
圖3是圖1的第一BPF 200和第二BPF 300的簡單框圖。
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，第一BPF 200和第二BPF 300分別包括第一諧振電路220和320、第二諧振電路240和340以及第三諧振電路260和360。
第一BPF 200的第一諧振電路220耦合到第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2，第二BPF 300的第二諧振電路320耦合到第一信號(hào)端口SIG_P1和第三信號(hào)端口SIG_P3。
因此，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)端口SIG_P1用作天線端口，第二信號(hào)端口SIG_P2用作Tx端口，第三信號(hào)端口SIG_P3用作Rx端口時(shí)，第一BPF 200用作Tx濾波器，第二BPF 300用作Rx濾波器。
第一BPF 200和第二BPF 300的各自的第二諧振電路240和340面對(duì)第一諧振電路220和320，第二諧振電路240和340的各自的每一端連接到地GND。
第一BPF 200和第二BPF 300的各自的第三諧振電路260和360排列在第一諧振電路220和320與第二諧振電路240和340之間的分離線上，與第一諧振電路220和320與第二諧振電路240和340并聯(lián)耦合，從而電耦合第一諧振電路220和320與第二諧振電路240和340。
諧振電路220、240、260和320、340與360的每一個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)諧振器。諧振器可以是薄膜腔聲諧振器(FBAR)。
在第一BPF 200中，第一諧振電路220中的FBAR和第二諧振電路240中的FBAR形成梯形(ladder)結(jié)構(gòu)。第二諧振電路240中的FBAR和第三諧振電路260中的FBAR形成梯形結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是，第一諧振電路220、第二諧振電路240和第三諧振電路260中的FBAR形成第一BPF 200的橋結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述第一BPF 200。
圖4是圖1的第一BPF 200的示例性實(shí)施例的框圖；圖5是顯示圖4的第一BPF 200的濾波特性的仿真結(jié)果的曲線圖；圖6是圖1的第一BPF 200的另一示例性實(shí)施例的框圖。
首先參照圖4，第一BPF 200包括第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2之間的第一諧振電路220、面對(duì)第一諧振電路220的第二諧振電路240、以及在電耦合第一諧振電路220和第二諧振電路240的分支線DL1、DL2至DLk上的第三諧振電路260。第三諧振電路260并聯(lián)耦合到第一諧振電路220和第二諧振電路240。
第一諧振電路220包括在第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2之間串聯(lián)耦合在一起的多個(gè)諧振器FBAR1至FBAR1n。
第二諧振電路240包括串聯(lián)耦合在一起的多個(gè)諧振器FBAR21至FBAR2m。第二諧振電路240的兩端耦合到地GND。第一電感器IDT1形成在地GND和諧振器FBAR21之間的節(jié)點(diǎn)N21，第二電感器IDT2形成在地GND和諧振器FBAR2m之間的節(jié)點(diǎn)2(m+1)。
由于將Tx頻率和Rx頻率施加到不同頻帶中的雙工器100，因此設(shè)置第一電感器IDT1和第二電感器IDT2來防止改變在設(shè)計(jì)階段期望的諧振頻率特性。
有利的是，僅將在諧振器FBAR 21至FBAR 2m之間形成的節(jié)點(diǎn)N22至N2m之一耦合到地，例如僅將節(jié)點(diǎn)N22耦合到地GND，從而穩(wěn)定接收的頻率或發(fā)送的頻率。
第三諧振電路260包括多個(gè)諧振器FBAR 31至FBAR 3k，諧振器FBAR31至FBAR 3k每一個(gè)包括至少一個(gè)FBAR。諧振器FBAR 31至FBAR 3k與第一諧振電路220和第二諧振電路240并聯(lián)形成在分支線DL1、DL2至DLk上，并且將第一諧振電路220和第二諧振電路240耦合在一起。
例如，諧振器FBAR 31形成在第一分支線DL1上，并且耦合到地GND和諧振器FBAR 21之間的節(jié)點(diǎn)N21，第一分支線DL1在第一信號(hào)端口SIG_P1和諧振器FBAR 11之間的節(jié)點(diǎn)N11分支。
因此，第一、第二和第三諧振電路220、240和260中的諧振器形成橋結(jié)構(gòu)。例如，第一諧振電路220的諧振器FBAR 11、第二諧振電路240的諧振器FBAR 21以及第三諧振電路260的諧振器FBAR 31和FRAR 32形成橋結(jié)構(gòu)。
如上構(gòu)建第一BPF 200，如圖5所示，在將由BPF濾波的頻帶，例如大約2.07～大約2.16GHz的頻帶之外顯示突變衰減，并且在大約2.07～大約2.16GHz的頻帶中傳輸系數(shù)高。因此，如圖5所示，濾波特性有效地通過此頻帶。
相反，在相鄰頻帶，即在大約1.88～大約1.95GHz的頻帶中，傳輸系數(shù)大約低于-40dB。這樣，圖5顯示濾波特性，在與通過的頻帶相鄰的頻帶中傳輸特性下降。因此，BPF的結(jié)構(gòu)適合于Tx頻帶和Rx頻帶之間的差較小的應(yīng)用中，例如在移動(dòng)通信裝置中。
盡管圖4示出第一諧振電路220中的諧振器FBAR1至FBAR1n的數(shù)目等于第二諧振電路240中的諧振器FBAR21至FBAR2m的數(shù)目，也就是說，n等于m，但是諧振器的數(shù)目可以不同。
在圖4中，例如，由于通過形成在耦合節(jié)點(diǎn)N11和節(jié)點(diǎn)N21的分支線DL1上的諧振器FBAR 31來建立橋結(jié)構(gòu)，因此k＝n+1。注意，通過去除在節(jié)點(diǎn)N11和節(jié)點(diǎn)N1(n+1)的分支線DL1和DLk，k可以是n-1。
此外，通過改變分支線DL的數(shù)目，第一諧振電路220、第二諧振電路240和第三諧振電路260中的諧振器可形成橋結(jié)構(gòu)。
在圖4中，第一諧振器FBAR11至FBAR1n可以具有與第二諧振器FBAR21至FBAR2m不同的諧振頻率。第一諧振器FBAR11至FBAR1n和第二諧振器FBAR21至FBAR2m可分別具有彼此不同的諧振頻率。也就是說，在設(shè)計(jì)階段期間，諧振器的諧振頻率可以被任意設(shè)置，從而形成將被濾波的頻帶的諧振頻率。
現(xiàn)在參照圖6，根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的BPF 200包括第一諧振電路220，耦合到第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2；第二諧振電路240，面對(duì)第一諧振電路220；和第三諧振電路260，形成在電耦合第一諧振電路220和第二諧振電路240的分支線DL1至DLk上。
在第一諧振電路220中，包括至少一個(gè)FBAR的多個(gè)諧振器FBAR1至FBAR1n在第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2之間串聯(lián)耦合在一起。電感器IDT1和IDT2與第一諧振電路220的前端和后端的諧振器并聯(lián)耦合，也就是說，分別與諧振器FBAR11和諧振器FBAR1n并聯(lián)耦合。由于不同頻帶的信號(hào)施加到雙工器100，因此設(shè)置第一電感器IDT1和第二電感器IDT2來防止改變期望的諧振頻率特性。
在第二諧振電路240中，包括至少一個(gè)FBAR的多個(gè)諧振器FBAR21至FBAR2m串聯(lián)耦合在一起。第二諧振電路240的兩端耦合到地GND。有利的是將形成在諧振器FBAR22至FBAR2m之間的節(jié)點(diǎn)之一耦合到地GND以穩(wěn)定Tx頻率和Rx頻率。
在第三諧振電路260中，包括至少一個(gè)FBAR的多個(gè)諧振器FBAR31至FBAR3m沿分支線DL1至DLk并聯(lián)排列，并且將第一諧振電路220和第二諧振電路240耦合在一起。例如，諧振器FBAR31排列在第一分支線DL1上，DL1在第一信號(hào)端口SIG_P1和第二信號(hào)端口SIG_P2之間的節(jié)點(diǎn)N11分支，并且耦合到地GND和諧振器FBAR21之間的節(jié)點(diǎn)N21。
因此，第一諧振電路220、第二諧振電路240和第三諧振電路260中的諧振器FBAR形成橋結(jié)構(gòu)。例如，第一諧振電路220的諧振器FBAR11、第二諧振電路240的諧振器FBAR21和第三諧振電路260的諧振器FBAR31和FBAR32形成橋結(jié)構(gòu)。
如上所述配置的第一BPF200因此具有與如圖5所示的BPF具有相似的濾波特性。特別地，在與第一BPF 200的通過頻帶相鄰的頻帶中，例如在大約1.88～大約1.95GHz的頻帶中傳輸系數(shù)基本是常數(shù)。因此，第一BPF 200能夠獲得更穩(wěn)定的濾波特性。
參照圖1和圖3，在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的第二BPF 300中，第一諧振電路320中的FBAR和第二諧振電路340中的FBAR形成梯形結(jié)構(gòu)，第二諧振電路340中的FBAR和第三諧振電路360中的FBAR也形成梯形結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是，第一諧振電路320、第二諧振電路340和第三諧振電路360中的FBAR形成第二BPF 300的橋結(jié)構(gòu)。
參照第二BPF 300的描述，如圖7所示，至少一對(duì)耦合第一諧振電路320和第二諧振電路340的分支線被形成為彼此交叉，第三諧振電路360的FBAR形成在該交叉線上。
現(xiàn)在將提供對(duì)第二BPF 300的進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖7是圖1的第二BPF 300的示例性實(shí)施例的框圖，圖8是顯示圖7的第二BPF 300的濾波特性的仿真結(jié)果的曲線圖。
參照圖7，第二BPF 300包括第一諧振電路320，耦合到第一信號(hào)端口SIG_P1和第三信號(hào)端口SIG_P3；第二諧振電路340，面對(duì)第一諧振電路320；以及第三諧振電路360。沿分支線DL1至DLk形成第三諧振電路360，DL1至DLk電耦合第一諧振電路320和第二諧振電路340，并且并聯(lián)耦合到第一諧振器320和第二諧振器340以電耦合它們。
具體地講，第一諧振電路320包括多個(gè)諧振器FBAR1至FBAR1n，F(xiàn)BAR1至FBAR1n包括至少一個(gè)FBAR，并且在第一信號(hào)端口SIG_P1和第三信號(hào)端口SIG_P3之間串聯(lián)耦合在一起。
第二BPF 300還包括諧振器FBAR10，耦合在節(jié)點(diǎn)N10的第一諧振電路320與第一信號(hào)端口SIG_P1之間；和諧振器FBAR1(n+1)，耦合在節(jié)點(diǎn)N1n的第一諧振器320與第三信號(hào)端口SIG_P3之間。諧振器FBAR10和諧振器FBAR(n+1)串聯(lián)耦合到第一諧振電路，并且增強(qiáng)了與第二BPF 300的通過的頻帶相鄰的頻帶中的衰減特性。諧振器FBAR10和諧振器FBAR1(n+1)因此代表第二BPF 300中的第四諧振器。
用于阻抗匹配的電感器IDT1并聯(lián)耦合到第一諧振電路320和第一信號(hào)端口SIG_P1之間的諧振器FBAR10。
第二諧振電路340包括多個(gè)串聯(lián)的諧振器FBAR21至FBAR2m，F(xiàn)BAR21至FBAR2m包括至少一個(gè)FBAR。第二諧振電路340的兩端耦合到地GND。第二BPF 300還包括諧振器FBAR20，在地GND和第二諧振電路340之間的節(jié)點(diǎn)N20串聯(lián)耦合到第二諧振電路340，并且增強(qiáng)與第二BPF 300的通過頻帶相鄰的頻帶中的衰減特性。第二電感器IDT2設(shè)置在地GND和諧振器FBAR2m之間的節(jié)點(diǎn)N2m。諧振器FBAR20因此表示BPF的第五諧振器。
由于Tx頻率和Rx頻率工作在不同頻帶的雙工器100中，因此設(shè)置第二電感器IDT2來防止改變在設(shè)計(jì)階段預(yù)期的諧振頻率特性。
第三諧振電路360包括多個(gè)諧振器FBAR31至FBAR3k。諧振器FBAR31至FBAR3k沿分支線DL1至DLk并聯(lián)耦合，DL1至DLk將第一諧振電路320和第二諧振電路340耦合在一起。
例如，諧振器FBAR3k排列在第k分支線DLk，DLk從第一諧振電路320的節(jié)點(diǎn)N1分支，并且耦合到第二諧振電路340的節(jié)點(diǎn)N2m。
分支線DL1至DLk的至少一對(duì)，例如第一分支線DL1和第二分支線DL2彼此交叉。更具體地講，第一分支線DL1和第二分支線DL2從彼此面對(duì)的第一諧振器和第二諧振器，例如諧振器FBAR11和FBAR21的兩端分支。第一分支線DL1耦合諧振器FBAR11的前端節(jié)點(diǎn)N10與諧振器FBAR21的后端節(jié)點(diǎn)N21。第二分支線DL2耦合諧振器FBAR11的后端節(jié)點(diǎn)N11與諧振器FBAR21的前端節(jié)點(diǎn)N20。
因此，在第一諧振電路320、第二諧振電路340和第三諧振電路360中的諧振器形成至少一對(duì)分支線彼此交叉的橋結(jié)構(gòu)。
如圖8所示，如上構(gòu)建的第二BPF 200顯示在由第二BPF300濾波的頻帶之外，例如大約2.07GHx～大約2.16GHz頻帶之外的突變衰減特性，以及具有高傳輸系數(shù)的在大約2.07GHz～大約2.16GHz頻帶中的好的濾波特性。
相反，由于在相鄰頻帶中，例如在大約1.88GHz～大約1.95GHz的頻帶中傳輸系數(shù)大約低于-40dB，因此在與通過的頻帶相鄰的頻帶中，濾波特性降低了傳輸系數(shù)。因此，當(dāng)在移動(dòng)通信裝置中Tx頻帶和Rx頻帶的差較小時(shí)，第二BPF 300具有適合應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。
盡管通過將第二BPF 300的通過頻帶設(shè)置為Tx信號(hào)的頻帶來進(jìn)行仿真，但是第二BPF 300通過控制第二BPF 300的第一諧振電路320、第二諧振電路340和第三諧振電路360中的FBAR的諧振頻率來對(duì)大約1.88GHx～大約1.95GHz的頻帶的Rx信號(hào)進(jìn)行濾波。
在本發(fā)明示例性實(shí)施例中，已經(jīng)描述第一BPF 200和BPF 300各自具有不同的結(jié)構(gòu)。然而，第一BPF 200和第二BPF 300也可以具有相同的結(jié)構(gòu)。另一方面，結(jié)合其他例子，第一BPF 200和BPF 300能夠構(gòu)成雙工器100。
圖9是圖1的第二BPF 300的阻抗特性與第一BPF 200的阻抗特性比較的示圖。
參照圖1至9，如上構(gòu)建第一BPF 200和第二BPF 300，如圖9所示，當(dāng)Rx信號(hào)具有特定頻率范圍，例如大約1.88GHz～大約1.95GHz頻帶時(shí)，第二BPF 300對(duì)第一BPF 200的阻抗接近于無窮大。因此，第一PBF 200相對(duì)于BPF 300處于開路狀態(tài)。其結(jié)果是，第一BPF 200與第二BPF 300斷開電連接，以防止第一BPF 200通過Rx信號(hào)被耦合和操作。
這意味著第一BPF 200和第二BPF 300本身能夠避免分別施加到第一BPF 200和第二BPF 300的Tx信號(hào)和Rx信號(hào)的干擾，而無需圖11的移相器700。
已經(jīng)舉例第一BPF 200對(duì)于Rx信號(hào)處于開路狀態(tài)。然而，當(dāng)在相同原理下，Tx信號(hào)具有特定頻率范圍，例如大約2.07GHz～大約2.16GHz頻帶時(shí)，第一BPF 200對(duì)第二BPF 300的阻抗接近于無窮大，第二BPF 300處于開路狀態(tài)。因此，第二BPF 300與第一BPF 200斷開電連接，從而防止第二BPF 300通過Tx信號(hào)被耦合和操作。
圖10是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的設(shè)置為單一芯片的雙工器的框圖。
如圖10所示，雙工器1000包括第一BPF 200、第二BPF 300、第一信號(hào)端口SIG_P1、第二信號(hào)端口SIG_P2、第三信號(hào)端口SIG_P3以及地端口GND_P。
根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，第一BPF 200和第二BPF 300可采用通過串聯(lián)和并聯(lián)集成FBAR實(shí)現(xiàn)的濾波器。
使用導(dǎo)電材料形成能夠與外部部件電耦合的第一信號(hào)端口SIG_P1、第二信號(hào)端口SIG_P2、第三信號(hào)端口SIG_P3。通過包括金屬材料的連接線來將第一信號(hào)端口SIG_P1、第二信號(hào)端口SIG_P2、第三信號(hào)端口SIG_P3耦合到第一BPF 200和第二BPF 300。
地端口GND_P部分電耦合到外部接地端子。通過包括金屬材料的連接線將地端口GND_P耦合到BPF 200。
第一信號(hào)端口SIG_P1將外部天線(未顯示)耦合到第一BPF 200和第二BPF 300。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝籅PF 200是Tx濾波器，且第二BPF 300是Rx濾波器時(shí)，Tx信號(hào)被施加到Tx濾波器，隨后輸出到天線，并且Rx信號(hào)從天線施加到Rx濾波器，同時(shí)通過第一BPF 200和第二BPF 300的優(yōu)點(diǎn)來防止Tx和Rx信號(hào)之間的干擾。
因此，可去除如圖11所示的集成電感器和電容器的移相器70，并且可提高FBAR的工藝裕量。通過擴(kuò)大FBAR的表面積來增強(qiáng)諧振頻率特性。
根據(jù)前述，在組裝作為單一芯片的雙工器中，通過去除作為經(jīng)由一個(gè)天線接收或者輸出Tx和Rx信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)的雙工器的關(guān)鍵組件的移相器來提高工藝裕量。
通過提高的雙工器的工藝裕量，可擴(kuò)大FBAR的表面積以提高雙工器的性能。
此外，通過除去用于制造移相器的處理和電路部件，能夠減小雙工器的組裝成本。
盡管已經(jīng)參照其特定示例性實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種雙工器，包括第一帶通濾波器(BPF)，耦合到第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口；和第二BPF，耦合到第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口，第一BPF和第二BPF的每一個(gè)包括第一諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第一諧振器；第二諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第二諧振器；和第三諧振電路，包括多個(gè)并聯(lián)耦合并且形成在耦合第一諧振電路和第二諧振電路的分支線(divided line)上的第三諧振器。
2.如權(quán)利要求1所述的雙工器，其中，第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器是薄膜腔聲諧振器(FBAR)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙工器，其中，第一BPF和第二BPF分別對(duì)第一頻帶和第二頻帶的信號(hào)進(jìn)行濾波，第二BPF處于在第一頻帶中的開路狀態(tài)，第一BPF處于在第二頻帶中的開路狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的雙工器，其中，第一BPF的第一諧振電路耦合在第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口之間，第二BPF的第一諧振電路耦合在第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口之間。
5.如權(quán)利要求1所述的雙工器，其中，第一BPF和第二BPF的每一個(gè)的第二諧振電路的兩端耦合到地。
6.如權(quán)利要求5所述的雙工器，其中，在第一BPF的第二諧振電路中，第二諧振器之間的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到地。
7.如權(quán)利要求6所述的雙工器，其中，在第一BPF的第二諧振電路中，僅第二諧振器之間的所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到地。
8.如權(quán)利要求5所述的雙工器，其中，第一BPF還包括電感器，耦合到第二諧振電路和地。
9.如權(quán)利要求5所述的雙工器，其中，第一BPF還包括并聯(lián)耦合到第一諧振電路的所述多個(gè)第一諧振器的前端的第一諧振器的一個(gè)電感器；和并聯(lián)耦合到第一諧振電路的所述多個(gè)第一諧振器的后端的第一諧振器的一個(gè)電感器。
10.如權(quán)利要求5所述的雙工器，其中，第一BPF的第一諧振器和第二諧振器排列為彼此面對(duì)，并且所述分支線將面對(duì)的第一諧振器和面對(duì)的第二諧振器耦合在一起。
11.如權(quán)利要求10所述的雙工器，其中，第二BPF的第一諧振器和第二諧振器排列為彼此面對(duì)，第一分支線將第一諧振器的前端節(jié)點(diǎn)與第二諧振器的后端節(jié)點(diǎn)耦合，第二分支線將第一諧振器的后端節(jié)點(diǎn)與第二諧振器的前端節(jié)點(diǎn)耦合。
12.如權(quán)利要求11所述的雙工器，其中，第二BPF還包括多個(gè)第四諧振器，分別在第一信號(hào)端口與第一諧振電路之間和在第二信號(hào)端口與第一諧振電路之間耦合。
13.如權(quán)利要求12所述的雙工器，其中，第二BPF還包括電感器，并聯(lián)耦合到在第一信號(hào)端口和第一諧振電路之間耦合的第四諧振器。
14.如權(quán)利要求11所述的雙工器，其中，第二BPF還包括電感器，耦合在第二諧振電路的后端節(jié)點(diǎn)與地之間。
15.一種雙工器，包括第一帶通濾波器(BPF)，耦合到第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口；和第二BPF，耦合到第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口，其中，由第二BPF抑制由第一BPF通過的信號(hào)的帶寬，而無需使用移相器。
16.如權(quán)利要求15所述的雙工器，其中，由第一BPF抑制由第二BPF通過的第二信號(hào)的頻帶，而無需使用移相器。
17.如權(quán)利要求15所述的雙工器，其中，第二BPF抑制所述信號(hào)大約40dB。
18.如權(quán)利要求16所述的雙工器，其中，第二BPF抑制所述信號(hào)大約40dB，并且第一BPF抑制第二信號(hào)大約40dB。
19.如權(quán)利要求15所述的雙工器，其中，第一BPF和第二BPF的每一個(gè)包括第一諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第一諧振器；第二諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第二諧振器；和第三諧振電路，包括多個(gè)并聯(lián)耦合并且形成在耦合第一諧振電路和第二諧振電路的分支線上的第三諧振器。
20.如權(quán)利要求19所述的雙工器，其中，第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器是薄膜腔聲諧振器(FBAR)。
全文摘要
提供一種雙工器。該雙工器包括第一帶通濾波器(BPF)，耦合到第一信號(hào)端口和第二信號(hào)端口；和第二BPF，耦合到第一信號(hào)端口和第三信號(hào)端口，第一BPF和第二BPF的每一個(gè)包括第一諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第一諧振器；第二諧振電路，包括多個(gè)串聯(lián)耦合的第二諧振器；和第三諧振電路，包括多個(gè)并聯(lián)耦合并且形成在耦合第一諧振電路和第二諧振電路的分支線上的第三諧振器。
文檔編號(hào)H04B1/50GK101018070SQ20071000198
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月6日
發(fā)明者樸允權(quán), 薛相哲, 宋寅相, 金哲秀, 尹錫術(shù), 南光祐 申請人:三星電子株式會(huì)社