[发明专利]体声波滤波器

说明书

发明的领域

本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种使用体声波谐振器构成的滤波器。这样的滤波器可以用在通信设备上作为带通滤波器，这种滤波器能够选择在传输通道所处的频带并拒绝感兴趣的频带之外的频率。本发明也涉及包括这样的滤波器的通信设备(例如，射频接收机和/或发射机)。

发明的简述

高性能射频(RF)滤波器有代表性地使用高介电常数陶瓷谐振器或声表面波谐振器。以前的装置相当大，然而近来的装置更小型化，但具有更高的插入损耗(通常＞3dB)并通常阻带相当少。结果，不能为小型通信装置比如移动电话中信道频带选择提供理想的解决方案。这样应用的滤波器需要深的阻带来拒绝不想要的信号，并需要低的通带插入损耗(有代表性＜2dB)来获得足够的信噪比。因此，需要带有高Q系数(有代表性＜500)的很小型的谐振器。为了达到该目的，已经提出电势集成在硅片上的薄膜体声波(BAW)谐振器。这些装置适用于频率范围0.5到10GHz，因此适合于第三代移动电话标准，以及已经建立的无线电标准，比如GSM、W-CDMA、蓝牙、HomeRF、DECT和GPS。

对低插入损耗和高阻带衰减的需要不能通过单个谐振器获得。因此，图1中以简化的示意性的形式示出，滤波器典型地由一些谐振器组成，并且传统的薄膜BAW滤波器结构是阶梯结构。它有交替的串联部分2和并联部分4，其中每部分都可以是一个谐振器，或一个或多个谐振器在相同频率上串联连接或并联连接(在电学上是等效的)。并联单元的反谐振器频率被选择成串联单元的谐振频率，以提供在该频率上最小的插入损耗。

单独的谐振器有代表性地排列为所谓的稳固安装谐振器(SMR)，这种谐振器的一个例子如图2所示。所需要的电能和机械能之间的转换通过两个金属层12、14之间的压电材料层10(例如氧化锌、氮化铝、PZT、PLZT)获得，电极形成在金属层中。压电材料10在一个或更多声学失谐层16上，声学失谐层16安装在绝缘衬底18，例如玻璃上。声学失谐层反射声波，该声波由压电层10在谐振频率上的谐振产生。

在图2中，示出了多个高阻抗层16a和低阻抗层16b。多孔氧化硅(气凝胶)可以被用于低阻抗层16b，由于这种材料有非常低的声阻抗，单个层实际上就可适于获得足够高的Q值。高阻抗层16a可以包括钨。

在图2中，上部金属层12确定谐振器的两个端子12a、12b，并且更较低的金属层14有效地起两个串联谐振器之间的中间电极的作用。这避免了与较低的金属层14通过压电层10电连接的需要。一对串联连接的谐振器则起滤波器的构件的作用并可以看作是基础谐振器元件。图2也示出了一个平面图，与垫片20连接提供装置的输入和输出。

如图1所示阶梯形滤波器排列已经证明性能良好，例如小于2dB插入损耗和假信号响应非常低的电平。然而，如图3所示，从谐振器的近似的电学等效电路能够理解到，该电路也有一些缺点。

Co是谐振器的(不必要的)静态电容，然而Cm、Lm和Rm有机械谐振的特性。它们分别是谐振器的动态电容、动态电感和动态电阻。谐振器在从谐振离开的频率上表现为纯电容(除了其他有效机械谐振比如和声，它不被认为是该简单模式)。在公开日期的设计中，并联和串联谐振器有相同的面积，因此有相同的静态电容。在每个串联和并联部分之间被滤波器拒绝的频带(“阻带”)中，这只给出了大约6dB的衰减。这是每个谐振器静态电容造成的。包括两个串联连接的谐振器和中间并联谐振器的一个T形部分可以看作阶梯形滤波器的基本构件。单个谐振器元件2i、2o(图1)则在滤波器的输入6和输出8，并且中间串联谐振器元件2b每个包括两个串联连接的谐振器单元。

为了达到上述低通带插入损耗和高阻带插入损耗，每个单独的构件应当符合这两项要求。尽管增加加入阻带损耗(像需要的一样)部件的数量，但是这也增加了通带损耗(以及整个滤波器的尺寸)。有代表性的是，几个这样的构件要求一致的适度阻带拒绝。因此，不改善滤波器选择性，占用面积和通带插入损耗都增加了。

已经意识到，例如在US5471178中，阶梯型滤波器的阻带性能部分地由串联和并联谐振器之间的静态电容比决定，因为谐振器作为不在谐振频率的频率上的电容分压器。