CN112468111B - 改善非线性性能的方法和声波滤波器、多工器、通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善声波滤波器非线性性能的方法和滤波器、多工器、通信设备。该方法中，声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，该方法包括如下一项或多项：使并联拆分谐振器组中的各谐振器连线的结构不同，以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；改变并联拆分谐振器组中的各谐振器的面积和/或形状，以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；在滤波器中增加导体以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。

Description

改善非线性性能的方法和声波滤波器、多工器、通信设备
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种改善声波滤波器非线性性能的方法和声波滤波器、多工器、通信设备。
背景技术
滤波器中的谐振器在射频信号输入的时候会产生非线性成分，非线性成分对导致通信***性能恶化。现有技术中，通过谐振器的非线性拆分会使射频信号分别在两个拆分谐振器的上下电极通过，产生的非线性成分幅度相同且相位相反，因此可以消除非线性成分。其中，并联拆分是其中一种方式。图1为现有技术的滤波器中的谐振器拓扑结构的示意图。图2是根据现有技术中的滤波器中的谐振器并联拆分的示意图。如图2所示，作为举例，可将图1中的谐振器102拆分为图2中并联的谐振器102a、102b，同理，可将图1中的谐振器113拆分两个并联的谐振器113a、113b。
在并联拆分中，由于并联拆分的两路谐振器周围的电磁环境不同，会使两路的非线性信号的幅度和相位产生变化，不能实现幅度相等，相位相反从而完全消除非线性信号。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种改善声波滤波器非线性性能的方法和声波滤波器、多工器、通信设备，具有性能好，成本低，应用广泛等优点。
本发明提供如下技术方案：
一种改善声波滤波器非线性性能的方法，所述声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，该方法包括如下一项或多项：使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器连线的结构不同，以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器的面积和/或形状不同，以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；在所述滤波器中增加导体以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
可选地，所述谐振器连线的结构包括如下一种或几种：连线的位置、连线的长度、连线的宽度、连线的形状和面积。
可选地，所述并联拆分谐振器组中为2个谐振器，其中第一谐振器附近具有第一导体；所述增加导体的步骤包括：向所述2个谐振器中的第二谐振器附近增加第二导体，并且使第二导体和第二谐振器所构成的电磁环境，与第一导体和第一谐振器所构成的电磁环境类同。
可选地，所述电磁环境为如下一种或几种：所述连线与所述并联拆分谐振器组中的各谐振器附近的所述导体之间的电容或互感；所述并联拆分谐振器组中的各谐振器与此谐振器附近的所述导体之间的电容或互感；所述声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感。
可选地，所述第二导体的连接方式与所述第一导体的连接方式相同。
可选地，所述至少1组并联拆分谐振器组直接连接于所述声波滤波器的信号输入端或输出端。
可选地，所述在所述滤波器中增加导体的步骤包括：在所述并联拆分谐振器组中的一个或几个谐振器的附近增加导体，增加的导体用于使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器处于类同的电磁环境。
可选地，所述增加的导***于以下一处或几处：谐振器的上电极或下电极所处的层；滤波器的衬底或基板；滤波器的封装结构内侧或外侧。
可选地，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，该声波滤波器中：并联拆分谐振器组中至少2个谐振器连线的结构不同，用于使所述至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
可选地，谐振器连线的结构包括如下一种或几种：连线的位置、连线的长度、连线的宽度、连线的形状和面积。
一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，该声波滤波器中：并联拆分谐振器组中，至少有2个谐振器的面积和/或形状不同，用于使所述至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，该声波滤波器中，至少有1组并联拆分谐振器组，该并联拆分谐振器组中的各谐振器处于类同的电磁环境。
可选地，所述该并联拆分谐振器组中具有增加的导体，所述增加的导***于以下一处或几处：谐振器的上电极或下电极所处的层；滤波器的衬底或基板；滤波器的封装结构内侧或外侧。
可选地，所述至少1组并联拆分谐振器组位于所述声波滤波器的信号输出端。
可选地，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
可选地，所述并联拆分谐振器组中，各谐振器的共同端连接至其他多边形谐振器的同一条边。
一种多工器，包含本发明所述的声波滤波器。
一种通信设备，包含本发明所述的声波滤波器。
根据本发明的技术方案，通过连线结构、谐振器面积和/或形状、设置导体等改变，有助于改善声波滤波器中的并联拆分谐振器产生的非线性成分，最终有助于改善滤波器的非线性性能。该方式改动灵活，对滤波器的尺寸、成本和设计方案几乎无影响；对于芯片版图上甚至基板，衬底等其他结构的耦合产生的影响也有助于加以消除。
附图说明
为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
图1是根据现有技术的滤波器拓扑结构的示意图；
图2是根据图1中的滤波器中的谐振器并联拆分的示意图；
图3是并联拆分的两个谐振器的剖面图；
图4是附近设有连线的并联拆分的两个谐振器的剖面图；
图5是附近设有谐振器的并联拆分的两个谐振器的剖面图；
图6a至图6f示出了器件中不同位置设置改变电磁环境结构的示意图；
图7a示出了本发明第一实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图；
图7b示出了本发明第二实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图；
图7c示出了本发明第三实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图；
图7d示出了本发明第四实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图。
具体实施方式
本发明实施方式中，在滤波器中通过并联谐振器的拆分来改善非线性的设计中，当两个并联拆分谐振器中，两个谐振器的周围的电磁环境不同 的时候(可能是因为存在其他谐振器或者走线或者存在其他结构)，需要调整其中一个谐振器的连线，包括调整连线的位置、长度、宽度、面积和形状等来保证流经两个谐振器的非线性成分能够幅度相同且反相，以此来更好的消除非线性成分，改善滤波器的非线性性能，以下具体加以说明。
图3示出了现有技术的并联拆分谐振器的器件平面图。如图3示，有两个并联的谐振器310A和310B，附近有连线320和通孔330。这两个谐振器的面积相同，形状也完全相同。当310A和310B两个谐振器的两路产生的非线性成分幅度相同，相位相反时，可以将非线性成分抵消，改善非线性性能。上图中的结构是并联拆分结构，可以出现在滤波器的串联支路上，也可以在并联支路上。当出现在串联支路上，A端和B端分别连接到相邻的左右两个串联谐振器的中间，或者其中一端连接输入或者输出，另一端连接相邻的串联谐振器；当出现在并联谐振支路上，A端和B端其中一端连接到串联支路的一个节点上(该节点可以是输入节点或者输出节点，也可以是串联支路中的某一个中间节点)，另一端连接到接地线。优选的，当A端和/或B端连接到谐振器上时，且谐振器采用多边形，则A 端和/或B端为相应连接处的谐振器的同一条边。本发明其余实施例中，也具有相同的优选情况。
实际上在整个器件中，两个并联拆分谐振器周围通常还有邻近的连线或者谐振器。如图4所示，两个并联拆分谐振器310A和310B的周围存在连线340，由于连线340与两个谐振器310A和310B分别产生的电感耦合数值不相等，导致两个谐振器310A和310B上产生的非线性成分不相等，因此非线性成分不能完全被抵消。又如图5所示，两个并联拆分谐振器310A和310B的周围存在其他的谐振器350，由于谐振器350与两个谐振器310A和310B分别产生的电感耦合数值不相等，导致两个谐振器310A 和310B上产生的非线性成分不相等，因此非线性成分难以完全被抵消。
图4和图5中的连线340或者其他谐振器350本质上都是一种改变电磁环境的结构。电磁环境主要由导体之间的电磁作用而形成，例如：上述连线与谐振器附近的导体之间的电容或互感；谐振器与谐振器附近的导体 (接近程度足以引起对器件性能产性影响的电容效应或互感效应)之间的电容或互感；声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感。该改变电磁环境的结构可以广泛地存在于在器件的不同部位。图6a至图6f中，610 表示基板，620表示封装晶圆，630表示谐振器晶圆，601表示改变电磁环境的结构。该改变电磁环境的结构601对谐振器晶圆630 上的两个谐振器310A和310B产生不均等的电磁影响，导致两个谐振器 310A和310B上产生的非线性成分不相等，因此非线性成分不能完全被抵消。如图所示，改变电磁环境的结构601可以如图6a所示位于封装晶圆 620的内部，或者如图6b所示位于封装晶圆620的表面，或者如图6c所示位于谐振器晶圆630内部，或者如图6d所示位于基板610内部，或者如图6e所示位于基板610表面。若器件如图6f所示并不采用封装晶圆来封装而是直接将谐振晶圆与基板封装，则改变电磁环境的结构601可以灵活地设置在基板610内部、基板610表面或者谐振晶圆630内部。这些实施例中，改变电磁环境的结构601的存在都会使两个谐振器产生的非线性成分发生变化，当使用并联拆分的结构时，非线性抵消的效果就会变差，导致滤波器的非线性性能恶化。
为克服上述现有技术的缺陷，本发明实施方式提出改善声波滤波器非线性性能的方法。下面列举具体实施例并结合附图进行说明。
图7a示出了本发明第一实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图。该实施例的并联拆分谐振器是在图4所示器件基础上，主要调整了谐振器310B周围的连线320的形状，以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
图7b示出了本发明第二实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图。该实施例的并联拆分谐振器是在图4所示器件基础上，对谐振器310B两端连接线的形状进行了调整，以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
图7c示出了本发明第三实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图。该实施例的并联拆分谐振器是在图4所示器件基础上，对谐振器310B的形状和尺寸进行了调整，以使各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
图7d示出了本发明第四实施例的改善非线性性能的并联拆分谐振器的器件平面图。该实施例的并联拆分谐振器是在图4所示器件基础上，额外增加对称结构，即在右侧增加连线360。该连线360可以悬空或接地，也可以和左侧原有连线340有相同的连接方式，即连线360的两端连接至原有连接340两端的连接物，只要有助于抵消各谐振器所产生的非线性成分即可。
本发明上述方案应用至声波滤波器时，该声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，并联拆分谐振器组中至少2个谐振器连线的结构不同，用于使至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。另外该并联拆分谐振器组中，也可以是至少有2 个谐振器的面积和/或形状不同，还可以是至少有2个谐振器处于类同的电磁环境，这些结构都是用来使至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。用于使至少2个谐振器处于类同电磁环境的导电体，可以设置在谐振器周围(与谐振器同层加工出)，也可以设置在滤波器的衬底或基板中，还可以设置在滤波器的晶圆级封装或塑封封装内侧或外侧。但本发明中，上述导电体设置不限于上述位置。
在并联拆分谐振器组一端连接多边形谐振器时，并联的各谐振器的共同端最好连接至该多边形谐振器的同一条边。参见图2，谐振器102a与谐振器102b最好连接至谐振器103的同一条边，而且也最好连接至谐振器 112的同一条边，这样尽量使流经谐器102a与谐振器102b的电流一致，提高电路的平衡性，尽可能抵消非线性。
根据本发明实施方式的技术方案，通过连线结构、谐振器面积和/或形状、设置导体等改变，有助于改善声波滤波器中的并联拆分谐振器产生的非线性成分，最终有助于改善滤波器的非线性性能。该方式改动灵活，对滤波器的尺寸、成本和设计方案几乎无影响；对于芯片版图上甚至基板，衬底等其他结构的耦合产生的影响也有助于加以消除。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (20)

1.一种改善声波滤波器非线性性能的方法，所述声波滤波器包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，并且还包含改变电磁环境的结构从而导致并联拆分谐振器组中的各谐振器上产生的非线性成分不相等，所述电磁环境为如下一种或几种：连线与所述并联拆分谐振器组中的各谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述并联拆分谐振器组中的各谐振器与此谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感；其特征在于，该方法包括如下一项或多项：
使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器连线的结构不同，以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；所述谐振器连线的结构包括如下一种或几种：连线的长度、连线的宽度、连线的形状和面积；
使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器的面积和/或形状不同，以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；
在所述滤波器中增加导体以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消，其中：所述并联拆分谐振器组中为2个谐振器，其中第一谐振器附近具有第一导体，所述增加导体的步骤包括：向所述2个谐振器中的第二谐振器附近增加第二导体，并且使第二导体和第二谐振器所构成的电磁环境，与第一导体和第一谐振器所构成的电磁环境类同；或者，所述在所述滤波器中增加导体的步骤包括：在所述并联拆分谐振器组中的一个或几个谐振器的附近增加导体，增加的导体用于使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器处于类同的电磁环境。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二导体的连接方式与所述第一导体的连接方式相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少1组并联拆分谐振器组直接连接于所述声波滤波器的信号输入端或输出端。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述在所述滤波器中增加导体的步骤为：在所述并联拆分谐振器组中的一个或几个谐振器的附近增加导体，增加的导体用于使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器处于类同的电磁环境；
所述增加的导***于以下一处或几处：谐振器的上电极或下电极所处的层；滤波器的衬底或基板；滤波器的封装结构内侧或外侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
6.一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，并且还包含改变电磁环境的结构从而导致并联拆分谐振器组中的各谐振器上产生的非线性成分不相等，所述电磁环境为如下一种或几种：连线与所述并联拆分谐振器组中的各谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述并联拆分谐振器组中的各谐振器与此谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感；其特征在于，该声波滤波器中：
并联拆分谐振器组中至少2个谐振器连线的结构不同，用于使所述至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消；所述谐振器连线的结构包括如下一种或几种：连线的长度、连线的宽度、连线的形状和面积。
7.根据权利要求6所述的声波滤波器，其特征在于，所述至少1组并联拆分谐振器组位于所述声波滤波器的信号输出端。
8.根据权利要求6所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
9.根据权利要求6所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中，各谐振器的共同端连接至其他多边形谐振器的同一条边。
10.一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，并且还包含改变电磁环境的结构从而导致并联拆分谐振器组中的各谐振器上产生的非线性成分不相等，所述电磁环境为如下一种或几种：连线与所述并联拆分谐振器组中的各谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述并联拆分谐振器组中的各谐振器与此谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感；其特征在于，该声波滤波器中：
并联拆分谐振器组中，至少有2个谐振器的面积和/或形状不同，用于使所述至少2个谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消。
11.根据权利要求10所述的声波滤波器，其特征在于，所述至少1组并联拆分谐振器组位于所述声波滤波器的信号输出端。
12.根据权利要求10所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
13.根据权利要求10所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中，各谐振器的共同端连接至其他多边形谐振器的同一条边。
14.一种声波滤波器，包含多个压电声波谐振器，并且其中包含至少1组并联拆分谐振器组，并且还包含改变电磁环境的结构从而导致并联拆分谐振器组中的各谐振器上产生的非线性成分不相等，所述电磁环境为如下一种或几种：连线与所述并联拆分谐振器组中的各谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述并联拆分谐振器组中的各谐振器与此谐振器附近的导体之间的电容或互感，所述声波滤波器的基板或衬底产生的耦合电容或互感；其特征在于，该并联拆分谐振器组中具有增加的导体以使所述各谐振器所产生的非线性成分至少部分地抵消，其中，所述并联拆分谐振器组中为2个谐振器，其中第一谐振器附近具有第一导体；
所述增加的导体是位于所述2个谐振器中的第二谐振器附近的第二导体，并且该第二导体和第二谐振器所构成的电磁环境，与第一导体和第一谐振器所构成的电磁环境类同；
或者，所述增加的导***于所述并联拆分谐振器组中的一个或几个谐振器的附近，该增加的导体用于使所述并联拆分谐振器组中的各谐振器处于类同的电磁环境。
15.根据权利要求14所述的声波滤波器，其特征在于，所述增加的导***于以下一处或几处：
谐振器的上电极或下电极所处的层；
滤波器的衬底或基板；
滤波器的封装结构内侧或外侧。
16.根据权利要求14或15所述的声波滤波器，其特征在于，所述至少1组并联拆分谐振器组位于所述声波滤波器的信号输出端。
17.根据权利要求14或15所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中的谐振器数目为偶数个。
18.根据权利要求14或15所述的声波滤波器，其特征在于，所述并联拆分谐振器组中，各谐振器的共同端连接至其他多边形谐振器的同一条边。
19.一种多工器，其特征在于，包含权利要求6至18中任一项所述的声波滤波器。
20.一种通信设备，其特征在于，包含权利要求6至18中任一项所述的声波滤波器。
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