CN110022135B 可调谐谐振元件、滤波器电路和方法 （英飞凌科技股份有限公司）

US2007176710A1,2007.0US2014085020A1,2014.03.272019.07.16路被耦合至第二谐振器或者第三谐振器或者两2第二谐振器，具有第三端子和第四端子，其中所述第二谐振器所述阻抗网络的可变阻抗与所述第二谐振器的阻抗成2.根据权利要求1所述的谐振器元件，其中所述第一谐振器和所述第二谐振器被实现3.根据权利要求2所述的谐振器元件，其中所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一一个谐振器被形成在所述第一谐振器或所述第二谐振器中的所述一个5.根据权利要求4所述的谐振器元件，其中所述第一压电材料的压电耦合常数低于所6.根据权利要求4所述的谐振器元件，其中所述第一压电材料的压电耦合常数kT2小于7.根据权利要求6所述的谐振器元件，其中所述第二压电材料的压电耦合常数kT2大于8.根据权利要求4所述的谐振器元件，其中所述第一压电材料包括氮化铝或者掺钪氮具有第三端子和第四端子的第二谐振器，其中所述第二谐振器被声学耦合至3所述阻抗网络的可变阻抗与所述第二谐振器的阻抗成17.根据权利要求16所述的滤波器设备，其中所述第一谐振器的所述第一端子被耦合18.根据权利要求16所述的滤波器设备，其中所述第一谐振器的所述第一端子被耦合多个串联谐振器元件，被耦合在所述信号输入与所述信号具有第三端子和第四端子的第二谐振器，其中所述第二谐振器所述阻抗网络的可变阻抗与所述串联谐振器元件的所述第二谐振器的阻抗成比例缩多个并联谐振器元件，被耦合至所述多个串联谐振器具有第三端子和第四端子的第二谐振器，其中所述第二谐振器所述阻抗网络的可变阻抗与所述并联谐振器元件的所述第二谐振器的阻抗成比例缩20.根据权利要求19所述的RF滤波器设备，其中所述多个串联谐振器元件中的所述第中的所述第一谐振器的静态阻抗与所述第二谐振器21.根据权利要求19所述的RF滤波器设备，其中所述多个串联谐振器元件中的至少一多个并联谐振器元件中的至少一个并联谐振器元件中的所述第一谐振器的阻抗与所述第22.根据权利要求19所述的RF滤波器设备，其中所述滤波器设备中的所有谐振器的阻23.根据权利要求19所述的RF滤波器设备，其中所述串联谐振器元件中的至少一个串424.根据权利要求23所述的RF滤波器设备，其中所述至少一个串联谐振器元件中的第25.根据权利要求19所述的RF滤波器设备，其中所述并联谐振器元件中的至少一个并26.根据权利要求25所述的RF滤波器设备，其中所述至少一个并联谐振器元件中的所27.根据权利要求23所述的RF滤波器设备，其中所述多个串联谐振器元件中的多个调所述多个并联谐振器元件中的多个调谐电路包括多个独立可调谐或可编程的调谐电5[0002]滤波器用于各种电子电路中以滤除信号的某些频率分量而使其它频率分量通中实际需要的不同滤波器(双端口滤波器到n端口滤波器)的数目，可调谐滤波器是非常需[0004]作为通信电路和设备中的高选择性带通滤波器，通常使用表面声波(SAW)或者体许多滤波器来服务如LTE之类的当前通信标准(包括WiFi)中使用的单独频带或者若干频带[0005]已经提出了一些方法来制造这种SAW或BAW可调谐滤波器以减少所需滤波器的总6应地位于多个滤谐振器中的每个滤波器谐振器上方的7[0027]图20A和图20B示出包括了处于顶部和底部位置的调谐谐振器的谐振器元件层堆[0028]图21A至图21D是包括了处于顶部位置或底部位置的调谐谐振器的并联和串联谐[0029]图22是11/2级梯型滤波器的示意图，其中每个[0032]除非另有说明，否则来自不同实施例的特征可以进行组合以形成另外的实施[0033]在下文中论述的实施例涉及可以用于构建基于BAW的滤波器的体声波(BAW)谐振示了根据一个实施例的这种谐振器元件。图1所示实施例的谐振器元件包括经由声学耦合8以用于构建使用图1所示的一个或多个谐振器面，在实施例中，可以基于具有较高电耦合的材料来构建第二谐振器14，例如，铌酸锂例如低于20％或者低于10而第二谐振器的压电耦合系数kT2可以高于10例如高于20例如高于30％或者高于40％。压电(机电)耦合常数kT2可以从相应压电材料的张量特于第一谐振器10和第二谐振器14的不同材料的组合一方面根据一些通信应用的要求允许振器也可以称为滤波器谐振器。当第二谐振器14用于通过使用调谐电路15调谐图1的谐振[0045]与图2所示的单个谐振器不同，在某些实施例中提供了包括第一谐振器和第二谐9[0047]如图2所示的包括顶电极20、压电材料21和底电极22的谐振器的谐振频率取决于[0049]图3的谐振器堆叠包括由第一压电材料31形成的第一谐振器，该第一压电材料31[0054]具有电容C12的寄生电容器42与第一谐振器的底电极与第二谐振器的顶电极之间[0055]应当注意，虽然在图3和图4的实施例中第一底电极32与第[0058]谐振器53A至53D、54A至54C中的每个谐振器都可以是谐照图1、图3和图4所述的包括第一谐振器和第二谐振器的谐振器元件替换常规使用的谐振[0059]图6图示了根据一个实施例的谐振器元件，该谐振器元件包括调谐电路并且可用[0060]图6的谐振器元件包括具有第一顶电极t1和第一底电极b1的第一谐振器62、以及例性滤波器结构中，这对应于并联谐振器54A至54C中任何一个并联谐振器与地线52的耦可以实现为高Q(品质因数)电感器或者例如具有高于10、高于50或高于100的Q因数的其它电容值C12的(寄生)电容73电性分开。电容73与声学耦合第一谐振器72和第二谐振器75的变电容器77。电感76和可变电容器77可以分别以针对图6的电感66和可变电容67所描述的[0072]为了进一步说明上述谐振器元件的功能，将参照图8至图12对模拟结果或各种配[0073]对于图8至图12中的模拟，假设第一谐振器(滤波器谐振器)由压电耦合常数kT2为谐谐振器)是压电耦合常数kT2＝25％的基于LiN[0075]图8(c)和图8(d)中的曲线82图示了用于包括阻抗的调谐电路的串联谐振器情况曲线111和113图示了10pF电容的S参数。曲线1110至113中的每个曲线(在图11(b)和图11[0081]图13图示了如图6(并联谐振器配置)所示配置的谐振器堆叠的声学相位，其具有用于如箭头63所示的声学路径的匹配固有声学端口终端。曲线130示出了具有调谐电感66[0082]图14图示了根据一个实施例的方法。虽然图14的方法描[0086]本文已经描述了使用具有频率可调谐体声波(BAW)谐振器的电路拓扑的频率可调过根据相关联的谐振器阻抗缩放的相应调谐网络来实现滤波器配置中的单独谐振器的一[0087]虽然具有基于固定频率(BAW)谐振器的拓扑的任何常规RF滤波器都可以转换成具可以是串联谐振器或者并联谐振器。31/2级梯型滤波器可以用4个并联谐振器和3个串联谐电容(或面积)的这种缩放是针对由单独的频率可调谐(可编程)谐振器实现频率可调谐(可器谐振器1502、调谐谐振器1506以及位于滤波器谐振器1502与调谐谐振器1506之间的(一Piezo2.在图15中还描绘了衬底层1512、以及用于使可调谐BAW谐振器1500从衬底1512声[0090]图16示出了一种21/2级梯型滤波器1600的示例，该21/2级梯型滤波器1600具有三器谐振器被耦合至它自己的调谐网络。串联滤波器谐振器1602A具有包括被耦合至调谐电路1602C的调谐谐振器1602B的对应调谐网络。并联滤波器谐振器1604A具有包括被耦合至调谐电路1604C的调谐谐振器1604B的对应调谐网络。串联滤波器谐振器1606A具有包括被耦合至调谐电路1606C的调谐谐振器1606B的对应调谐网络。并联滤波器谐振器1608A具有包括被耦合至调谐电路1608C的调谐谐振器1608B的对应调谐网络。串联滤波器谐振器1610A具有包括被耦合至调谐电路1610C的调谐谐振器1610B的对应调谐网络。每个调谐网[0091]值得注意的是，对用于可调谐谐振器的符号进行选择以简化图16的滤波器电滤波器谐振器和调谐谐振器在彼此的顶部处组合并声学耦合成一个层堆叠。[0092]根据实施例，使用具有最小寄生效应的频率可调谐体声波(BAW)谐振器的电路拓因此，滤波器谐振器应当靠近衬底(利用针对声学去耦的声学镜或膜/腔室)定位(制作)并可能短且低欧姆的，因为在其相应调谐谐振器的顶部具有滤波器谐振器的可调谐BAW谐振器的情况下不需要深通孔。下面将要论述的实施例特别适合于每个BAW谐振器需要其自己[0093]下面将进一步详细论述的实施例使用以下构造方面中的至少一些构造方面来实现基于可调谐(或可编程)BAW(体声波)谐振器的可调谐(或可编程)RF滤波器：每个可调谐谐BAW滤波器谐振器在其各自的电极层内彼此耦合(在两个电极层之间可能需要一些通孔滤波器芯片的表面，这最小化了将滤波器谐振器组合到滤波器电路所需的深通孔的数目；1700具有位于滤波调谐器1706顶部上的调谐谐振器1702。在图17中还示出了声学耦合层1704和调谐电路1708。图17所示的堆叠层构造在某些方面上优于图15的标准堆叠层构造些实施例中组合这些电极层之间的一些浅通孔)可以使滤波器谐振器容易彼此耦合，从而[0095]图18A图示了具有可调谐谐振器1812、1814和1816的集成电路滤波器1800的横截谐电路1812C。可调谐谐振器1814包括滤波器谐振器1814A、调谐谐振器1814B和调谐电路地(通过底电极1832和深通孔1828A)与RFIN(通过顶电极1834和浅通孔1824)之间的并联图所示。滤波器谐振器1814A是被耦合在(具有被耦合至RFIn端口1808的顶电极1834的并联配置中的)滤波器谐振器1812A与(具有通过深通孔1828B被耦合至地的底电极1824和通过浅通孔1826被耦合至RFOut端口1810的顶电极1822的并联配置中的)滤波器谐振器1816A之间的串联谐振器。并联滤波器谐振器1816A的顶电极1822被耦合至串联谐振器顶部上，这导致了至调谐网络1812C、1814C和1816C的短且低欧姆的互连。滤波器谐振器提供的声学去耦(在一个实施例中，在图18A中示为上述的声学去耦层1836A、1836B和连线1834耦合在一起，并且滤波器谐振器1814A和1816A通过互连线1820、1822和浅通孔谐振器1812A和1816A以及串联谐振器1814A清楚地示为被耦合在梯型滤波器配置中的RF[0101]具有增强调谐范围的频率可调谐体声波(BAW)谐振器的示例如图19所示并且将下[0102]再次参照图19，复合BAW谐振器1900包括在可调谐谐振器1900的层堆叠内部的两[0103]在图19中还示出，顶部调谐谐振器包括压电层Piezo1并且被耦合至调谐电路1912的静态电容不仅取决于面积，而且还取决于独立压电层的对应材料的厚度和介电常例。将电感器添加到调谐电路中提供了对只包括可变电容器的调谐电路的调谐范围改进。根据为电感器提供最佳金属层的任何可用的制造工艺，可以将具有高Q(品质因数)的电感[0108]调谐网络配备有集成在压电管芯(图23)或内插器材料(图24)或RF滤波器控制芯[0109]图20A图示了具有滤波器谐振器2002、调谐谐振器2004和位于滤波器谐振器与调[0110]图20B图示了具有滤波器谐振器2002、调谐谐振器2004和位于滤波器谐振器与调[0111]图21A至图21D示出了声学耦合的谐振器设备可以是并联或串联配置。图21A和图21B示出了并联配置(滤波器谐振器的一个电极是接地的)，而图21C和图21D示出了串联配上，Zt可能包括高Q电感器Lt，并且可变电容器Ct可以由可编程电容器实现，例如，可从[0112]图21A示出了具有在层堆叠中顶部定位的滤波器谐振器2002和在底部定位的调谐谐振器2004的并联谐振器2100A。图21B示出了具有在层堆叠中顶部定位的滤波器谐振器具有在层堆叠中底部定位的滤波器谐振器2002和顶部定位的调谐谐振器2004的串联谐振[0113]图22图示了11/2级梯型滤波器2200的示例，该11/2级梯型滤波器2200具有一个串电感器2210D)。每个可调谐谐振器包括滤波器谐振器和被耦合至调谐电路的调谐谐振器，该调谐电路包括可变电容器和电感器。在图22中还示出了RFIn端口2202和RFOut端口[0115]图23图示了11/2级梯型滤波器2300的示例，该11/2级梯型滤波器2300具有一个串绝缘层的横截面图。金属化通孔2316被配置为用于提供RF输入，并且使滤波电极2310A和2312A的上电极接触。金属化通孔2318配置为用于提供RF输出，并且使滤波电极2312A和2314A的底电极接触。金属化通孔2310E和2310F配置为使调谐谐振器2310B与可变电容器2310C和电感器2310D电接触。金属化通孔2312E和2312F配置为使调谐谐振器2312B与可变电容器2312C和电感器2312D电接触。金属化通孔2314E和2314F配置为使调谐谐振器2314B2314D使用金属层图示为图案化金属迹线，这些图案化金属迹线在用于制作芯片的下层的压电声学集成电路工艺中可获得。电感器2310D、2312D、2314D包括对应的交叉部2310G、实施例中，可以使用电容器连接的晶体管将可变电容器2310C、2312C和2314C制作成变抗[0118]图24图示了制作在压电声学芯片中的11/2级梯型滤波器240[0120]图25图示了具有一个串联可调谐谐振器和两个并联可调谐谐振器[0122]图25的下面部分示出了包括可变电容器2310C、2312C和2314C以及电感器2310D、2324。图26的上面部分是梯型滤波器2600的横截面图，而图26的下面部分是上述的IPD[0125]虽然上述的使用谐振器元件的滤波器可以具体地用于如移动通信设备之类的通