具有与子滤波器并联电容器并联的开关的横向激励薄膜体声学谐振器矩阵滤波器

技术领域

本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，并且具体地，涉及用于在通信装置中使用的滤波器。

背景技术

射频(RF)滤波器是一种被配置为通过某些频率、并停止其他频率的双端口设备，其中，“通过”表示以相对低的信号损耗来传输，并且“停止”表示阻止或大幅度地衰减。滤波器所通过的频率的范围被称为滤波器的“通带”。这种滤波器所停止的频率的范围被称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。对通带或阻带的特定要求取决于特定应用。例如，“通带”可以被定义为滤波器的插入损耗优于定义值(例如，1dB、2dB或3dB)的频率范围。“阻带”可以被定义为滤波器的抑制大于诸如20dB、30dB、40dB或更大(取决于应用)的定义值的频率范围。

RF滤波器在通过无线链路传输信息的通信系统中使用。例如，RF滤波器可以出现在蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、IoT(物联网)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其他通信系统的RF前端中。RF滤波器也在雷达、以及电子和信息战系统中使用。

RF滤波器通常需要许多设计权衡，以针对每个特定应用来实现性能参数(例如，插入损耗、抑制、隔离、功率处理、线性度、尺寸和成本)之间的最佳折衷。特定设计和制造方法以及增强可以同时有益于这些要求中的一项或多项。

无线系统中的RF滤波器的性能增强可以对系统性能具有广泛影响。RF滤波器的改进可以用于提供系统性能改进，例如更大的单元尺寸、更长的电池寿命、更高的数据速率、更大的网络容量、更低的成本、增强的安全性、更高的可靠性等。这些改进可以在无线系统的多个级别(例如，在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统、或网络级别)处单独和组合地实现。

用于目前的通信系统的高性能RF滤波器通常包含声波谐振器，该声波谐振器包括表面声波(SAW)谐振器、体声波(BAW)谐振器、薄膜体声波谐振器(FBAR)、以及其他类型的声学谐振器。然而，这些现有技术并不非常适合于在针对未来通信网络所提出的更高频率和带宽下使用。

对更宽通信信道带宽的期望将不可避免地导致使用更高频率的通信频带。用于移动电话网络的无线电接入技术已经由3GPP(第三代合作伙伴计划)进行了标准化。用于第5代移动网络的无线电接入技术在5G NR(新无线电)标准中进行了定义。5G NR标准定义了若干个新的通信频带。这些新的通信频带中的两个是：n77，其使用从3300MHz至4200MHz的频率范围；以及n79，其使用从4400MHz至5000MHz的频率范围。频带n77和频带n79两者使用时分复用(TDD)，使得在频带n77和/或频带n79中操作的通信设备使用相同频率以用于上行链路传输和下行链路传输。用于频带n77和n79的带通滤波器必须能够处理通信设备的发送功率。5GHz和6GHz处的WiFi频带也需要高频率和宽带宽。5G NR标准还定义了频率在24.25GHz与40GHz之间的毫米波通信频带。

横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)是用于在微波滤波器中使用的声学谐振器结构。XBAR在题为“TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR(横向激励薄膜体声学谐振器)”的专利US10,491,291中进行了描述。XBAR谐振器包括叉指换能器(IDT)，其形成在单晶压电材料的薄浮层或振膜上。该IDT包括从第一母线延伸的第一组平行指和从第二母线延伸的第二组平行指。第一组平行指和第二组平行指是交错的。施加到IDT的微波信号在压电振膜中激励剪切初级声波。XBAR谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。XBAR谐振器可以在包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和复用器在内的各种RF滤波器中使用。XBAR非常适合于在用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器中使用。矩阵XBAR滤波器也适合于在1GHz和3GHz之间的频率。

附图说明

图1包括横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)的示意性平面图、两个示意性截面图和详细截面图。

图2A是声学谐振器的等效电路模型。

图2B是理想的声学谐振器的导纳的曲线图。

图2C是用于声学谐振器的电路符号。

图3A是使用声学谐振器的矩阵滤波器的示意图。

图3B是图3A的子滤波器的示意图。

图4是图3A的滤波器的实施例的性能曲线图，示出了子滤波器的谐振频率。

图5是图3A的滤波器的实施例的性能曲线图，示出了子滤波器的通带频率。

图6是使用声学谐振器的矩阵双工器的示意图。

图7是图6的切换双工器的实施例的输入-输出传递函数的曲线图。

图8是使用声学谐振器的矩阵三工器的示意图。

图9是图8的三工器的实施例的输入-输出传递函数的曲线图。

图10A是使用声学谐振器的可重构切换矩阵滤波器的示意图。

图10B是图10A的子滤波器和开关模块的示意图。

图11是图10A的可重构切换矩阵滤波器的实施例的两种配置的输入-输出传递函数的曲线图。

图12是使用切换矩阵三工器的三频带时分双工无线电的框图。

图13是使用矩阵三工器的三频带分集接收器的框图。

贯穿该说明书，附图中出现的元件被分配了三位数或四位数的附图标记，其中，两个最低有效数字特定于该元件，并且一个或两个最高有效数字是该元件第一次被引入的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与先前描述的具有相同附图标记的元件相同的特性和功能。

具体实施方式

装置的描述

图1示出了横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)100的简化的示意性顶视图、正交截面图和详细截面图。诸如谐振器100之类的XBAR谐振器可以在包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和复用器在内的各种RF滤波器中使用。XBAR特别适合在用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器中使用。本专利中描述的矩阵XBAR滤波器也适合于1GHz以上的频率。

XBAR 100由形成在分别具有平行的前表面112和后表面114的压电板110的表面上的薄膜导体图案构成。压电板是诸如铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓、或氮化铝之类的压电材料的薄单晶层。对压电板进行切割，使得X、Y和Z晶轴相对于前表面和背表面的取向是已知且一致的。压电板可以是Z切割(也就是说，Z轴垂直于前表面112和后表面114)、旋转Z切割、或旋转YX切割。XBAR可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。

除压电板110的形成跨越形成在基板中的空腔140的振膜115的部分之外，压电板110的后表面114附接到基板120的表面。压电板的跨越空腔的部分由于其与麦克风的振膜在物理上类似而在本文中被称为“振膜”115。如图1所示，振膜115与压电板110的围绕空腔140的全部周界145的其余部分是连续的。在该上下文中，“连续”表示“连续地连接而没有任何中间物”。在其他配置中，振膜115可以围绕空腔140的周界145的至少50％与压电板连续。

基板120向压电板110提供机械支撑。基板120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料、或材料的组合。压电板110的后表面114可以使用晶片接合工艺来接合到基板120。备选地，压电板110可以在基板120上生长、或以某种其他方式附接到基板。压电板110可以直接附接到基板、或者可以经由一个或多个中间材料层(图1中未示出)来附接到基板120。

“空腔”的常规含义是“实体内的空的空间”。空腔140可以是完全地穿过基板120的孔(如截面A-A和截面B-B所示)、或基板120中的在振膜115下方的凹槽。例如，空腔140可以在将压电板110和基板120附接之前或之后通过基板120的选择性蚀刻来形成。

XBAR 100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT 130包括从第一母线132延伸的第一多个平行指(例如，指136)和从第二母线134延伸的第二多个指。第一多个平行指和第二多个平行指交错。交错的指重叠距离AP，该距离AP通常被称为IDT的“孔径”。IDT 130的最外侧的指之间的中心到中心的距离L为该IDT的“长度”。

第一母线132和第二母线134用作XBAR 100的端子。施加在IDT 130的两个母线132、134之间的射频信号或微波信号在压电板110内激励主声学模式。XBAR的主声学模式是体剪切模式，其中声能沿与压电板110的表面基本上正交的方向传播，该方向也垂直于或横切于由IDT指产生的电场的方向。因此，XBAR被认为是横向激励薄膜体波谐振器。

IDT 130位于压电板110上，使得至少IDT 130的指设置在压电板的跨越空腔140或悬置在空腔140上方的振膜115上。如图1所示，空腔140具有其范围大于IDT 130的孔径AP和长度L的矩形形状。XBAR的空腔可以具有不同的形状(例如，规则的或不规则的多边形)。XBAR的空腔可以具有多于或少于四个侧面，这些侧面可以是直的或弯曲的。

详细截面图(细节C)示出了在压电板110的表面上的两个IDT指136a、136b。尺寸p是IDT的“间距”，并且尺寸w是IDT指的宽度或“标记”。介电层150可以形成在IDT指之间，并且可选地形成在IDT指上方(参见IDT指136a)。介电层150可以是非压电介电材料(例如，二氧化硅或氮化硅)。介电层150可以由两种或更多种材料的多层形成。IDT指136a和136b可以是铝、铜、铍、金、钨、钼、合金及其组合、或一些其他导电材料。其他金属(例如，铬或钛)的薄(相对于导体的总厚度)层可以形成在指的下方和/或上方、和/或形成为指内的层，以改进指和压电板110之间的粘附性、和/或对指进行钝化或封装、和/或改进功率处理。IDT 130的母线可以由与指相同或不同的材料制成。

为了便于在图1中呈现，IDT指的几何间距和宽度相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)被大大夸大了。典型的XBAR在IDT 110中具有多于十个平行指。XBAR在IDT 110中可以具有数百个平行指。类似地，指在截面图中的厚度也被大大夸大了。

基于剪切声波谐振的XBAR可以实现比当前最先进的表面声波(SAW)、薄膜体声学谐振器(FBAR)和固态安装谐振器体声波(SMR BAW)设备更好的性能。具体地，与其他声学谐振器相比，用于剪切波XBAR谐振的压电耦合可以较高(＞20％)。高压电耦合使得能够设计并实现具有可观带宽的各种类型的微波滤波器和毫米波滤波器。

包括XBAR的声学谐振器的基本行为通常使用如图2A所示的巴特沃斯范戴克(BVD)电路模型来描述。该BVD电路模型由动态臂和静态臂组成。动态臂包括动态电感L

BVD模型的第一主谐振是由动态电感L

通过下面的等式给出反谐振的频率F

其中，γ＝C

图2B是理论无损声学谐振器的导纳幅度的曲线图200。声学谐振器在谐振器的导纳接近无穷大的谐振频率处具有谐振212。谐振是由于图2A的BVD模型中的动态电感L

通过下面的等式给出反谐振的频率F

简而言之，无损声学谐振器可以被认为是谐振频率212处的短路和反谐振频率214处的开路。图2B中的谐振频率和反谐振频率是代表性的，并且可以针对其他频率来设计声学谐振器。

图2C示出了用于诸如XBAR之类的声学谐振器的电路符号。该符号将在后续附图中用于指定滤波器示意图中的每个声学谐振器。

图3A是使用声学谐振器的矩阵滤波器300的示意图。矩阵滤波器300包括并联连接在第一滤波器端口(FP1)和第二滤波器端口(FP2)之间的n个子滤波器320-1、320-2、320-n的阵列310，其中n是大于一的整数。子滤波器320-1、320-2、320-n可以具有连续通带，使得矩阵滤波器300的带宽等于构成子滤波器的带宽之和。具有连续通带的子滤波器的示例在于2021年6月29日递交的题为“TRANSVERSELY-EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATORMATRIX FILTERS WITH SPLIT DIE SUB-FILTERS”的美国专利申请17/362，727中描述，该专利申请通过引用并入本文。子滤波器320-1、320-2、320-n可以具有不连续通带，使得矩阵滤波器300的带宽不等于构成子滤波器的带宽之和，而是具有被阻带分离的分离且独立的通带，该阻带存在于矩阵滤波器300的输入-输出传递函数小于-20dB处。在本专利的后续示例中，子滤波器具有不连续通带，并且n＝3。n可以根据需要小于或大于3，以针对矩阵滤波器300提供期望的不连续通带。在一些情况下，n个子滤波器320-1、320-2、320-n可以包括一个或多个XBAR。滤波器300和/或子滤波器可以是使由5G NR标准定义的频带通过的RF滤波器。

子滤波器的阵列310在FP1端处终止于声学谐振器XL1和XH1，该声学谐振器XL1和XH1优选地但不一定是XBAR。子滤波器的阵列310在FP2端处终止于声学谐振器XL2和XH2，该声学谐振器XL2和XH2优选地但不一定是XBAR。声学谐振器XL1、XL2、XH1和XH2在其相应谐振频率处产生“传输零点”。“传输零点”是滤波器300的输入-输出传递函数非常低(并且如果声学谐振器XL1、XL2、XH1和XH2是无损的，则该输入-输出传递函数将为零)的频率。零传输可以是由声学谐振器中产生非常低的接地阻抗的一个或多个声学谐振器引起的，并且因此，在该配置中，由于声学谐振器基本上对地短路，导致子滤波器作为滤波组件被去除，使得子滤波器在传输零点频率期间对滤波器300没有影响。XL1和XL2的谐振频率通常但不一定相等，并且XH1和XH2的谐振频率通常但不一定相等。选择声学谐振器XL1、XL2的谐振频率，以提供与滤波器通带的下边缘相邻的传输零点。XL1和XL2由于其谐振频率接近滤波器通带的下边缘而可以被称为“低边缘谐振器”。声学谐振器XL1和XL2还用作并联电感，以帮助将滤波器的端口处的阻抗匹配到期望的阻抗值。在本专利的后续示例中，滤波器的所有端口处的阻抗均被匹配为50欧姆。如果需要，阻抗可以是另一个值(例如，20、100或1000欧姆)。选择声学谐振器XH1、XH2的谐振频率，以提供在滤波器通带的高边缘处、或高边缘上方的传输零点。XH1和XH2由于其谐振频率接近滤波器通带的高边缘而可以被称为“高边缘谐振器”。并非在所有矩阵滤波器中都需要高边缘谐振器XH1和XH2，例如，具有将不通过这些高边缘频率处的信号的相对幅度的子滤波器的滤波器。

图3B是适合于滤波器300的子滤波器320-1、320-2和320-n中的每一个的子滤波器350的示意图。子滤波器350包括串联连接在可以连接到FP1的第一子滤波器端口(SP1)和可以连接到FP2的第二子滤波器端口(SP2)之间的三个声学谐振器XA、XB、XC。声学谐振器XA、XB、XC优选地但不一定是XBAR。子滤波器350包括两个耦合电容器CA、CB，耦合电容器CA、CB中的每一个连接在地和声学谐振器中的两个声学谐振器之间的相应节点之间。子滤波器350中包括三个声学谐振器是示例性的。子滤波器可以具有m个声学谐振器，其中，m是大于1的整数。具有m个声学谐振器的子滤波器包括m-1个耦合电容器。子滤波器的m个声学谐振器串联连接在子滤波器的两个端口SP1和SP2之间，并且m-1个耦合电容器中的每一个连接在地和m个声学谐振器中的相应对声学谐振器之间的节点之间。

与其他类型的声学谐振器相比，XBAR具有非常高的机电耦合(其导致谐振频率和反谐振频率之间存在很大差异)，但每单位面积的电容较低。如图3A和图3B所示，矩阵滤波器架构利用了XBAR的高机电耦合，而不需要高谐振器电容。

图4是针对所有声学谐振器使用XBAR实现的矩阵滤波器的示例性实施例的性能405的曲线图400。曲线图400中的性能405可以是具有3个不连续通带子滤波器1、子滤波器2和子滤波器3的滤波器300的传递函数S21的性能。具体地，性能405包括实线410、虚线420和点线430，该实线410、该虚线420和该点线430是根据频率的滤波器的S21(FP1到FP2传递函数)的曲线图，其中，线410、420和430中的每一条分别针对不连续通带子滤波器1、2和3。也就是说，实线410是根据频率并且具有单独的谐振频率SF1的滤波器的子滤波器1的FP1到FP2单独传递函数S21的曲线图。虚线420是根据频率并且具有单独的谐振频率SF2的滤波器的子滤波器2的FP1到FP2单独传递函数S21的曲线图。点线430是根据频率并且具有单独的谐振频率SF3的滤波器的子滤波器3的FP1到FP2单独传递函数S21的曲线图。由于示例性滤波器是对称的，因此实线410、虚线420和点线430也是S12的曲线图。

图5是图3A的滤波器(其性能在图4中示出)的示例性矩阵滤波器内的子滤波器的通带频率的曲线图500。曲线图500的示例可以针对具有被定义为高于-3dB的通带的LTE频带3、1和7(从低频到高频)的接收频率。具体地，P1、P2和P3分别是子滤波器1、子滤波器2和子滤波器3的输入-输出传递函数的幅度高于-3dB的通带频率。因为每对相邻通带被其中矩阵滤波器的输入-输出传递函数小于-20dB的阻带分离，所以通带P1、P2和P3是不连续的。例如，因为通带P1和P2被存在于矩阵滤波器300的输入-输出传递函数S21小于-20dB处的阻带SB1分离，所以该对通带是不连续的。此外，因为通带P2和P3被存在于矩阵滤波器300的输入-输出传递函数S21小于-20dB处的阻带SB2分离，所以该对通带是不连续的。如上所述，本申请还考虑了子滤波器320-1、320-2、320-n可以具有连续通带的实施例。

针对图4和图5的矩阵滤波器包括3个在输入和输出端口之间具有连接的子滤波器，这些子滤波器可以被切入和切出，以针对输入和输出RF通信信号提供多个通带。每个子滤波器可以包括三个XBAR，如图3A和图3B所示。在其他情况下，可以存在两个、四个、五个或多达十个子滤波器。此外，每个子滤波器可以包括多于三个XBAR和两个耦合电容器。一些子滤波器可以具有：m个声学谐振器(其中，m＝4、5、6或多达10)；以及对应的m-1个耦合电容器，如图3B所示。在该示例和所有后续示例中，滤波器性能是通过针对XBAR使用BVD模型(图2A)模拟滤波器来确定的。可以理解，本文中关于3个子滤波器的构思可以扩展到仅两个、或多达四个、五个、或多达由尺寸和路由复杂度考虑来确定的任意数量。

示例性滤波器的输入-输出传递函数(如图4所示)是三个子滤波器的输入-输出传递函数的向量和，其中，该三个子滤波器具有不连续通带。不连续通带可以表示在两个滤波器S21传递函数高于-20dB的频率处单个子滤波器输入-输出传递函数不与另一子滤波器输入-输出传递函数交叉。为此，子滤波器1和子滤波器2的输入-输出传递函数在略低于2GHz的频率处交叉，在该略低于2GHz的频率处，(a)两个滤波器的S21不高于-20dB，并且(b)两个滤波器的输入-输出传递函数的相位基本相等。在该上下文中，“不高于”表示充分低于，以在滤波器通带范围(在这种情况下为1.5至3GHz)内不会由于矩阵滤波器的不同子滤波器的传递函数而引起任一子滤波器的传递函数的令人反感的变化。“不高于”的定量值可以针对不同的滤波器应用而不同。类似的要求适用于子滤波器2和子滤波器3。在具有多于三个子滤波器的矩阵滤波器中，类似的要求适用于子滤波器中的每对相邻(频率上)滤波器。

在一些情况下，“连续”通带矩阵滤波器描述具有作为多于一个子滤波器的通带之和的通带的矩阵滤波器，而“不连续”通带矩阵滤波器描述每个通带是仅一个子滤波器的通带的矩阵滤波器。针对一些切换矩阵滤波器，“不连续”的子滤波器的通带不相邻或高于-20dB不重叠。矩阵滤波器还可以具有连续的一些子滤波器和不连续的其他子滤波器。例如，该矩阵滤波器可以是在至少一对相邻子滤波器的通带之间具有至少一个阻带的滤波器。

在一个示例中，最低通带(不连续通带子滤波器1)是LTE频带Rx 3，并且具有3个谐振器和2个耦合电容器。这里，中间通带(不连续通带子滤波器2)是LTE频带Rx 1，并且具有5个谐振器和4个耦合电容器。最高通带(不连续通带子滤波器3)是LTE频带Rx 7，并且子滤波器具有4个谐振器和3个耦合电容器。该滤波器可以具有一个或多个XL谐振器、以及零个或多个XH谐振器。

示例性矩阵滤波器由于端口1和端口2处的阻抗都等于50欧姆而是对称的。矩阵滤波器还可以被设计为在端口1和端口2处具有显著不同的阻抗，在这种情况下，内部电路将是不对称的。竖直的点划线标识示例性矩阵滤波器内的XBAR的谐振频率。标记为“XL”的线标识谐振器XL1和XL2的谐振频率，该谐振频率与滤波器通带的下边缘相邻。类似地，标记为“XH”的线标识谐振器XH1和XH2的谐振频率，该谐振频率与滤波器通带的上边缘相邻。图4中标记为“SF1”的两条线标识单独的子滤波器1内的XBAR的谐振频率。图5中标记为“PBF1”的两条线标识单独的子滤波器1内的XBAR的通带频率。注意，两个谐振频率低于通带的中心。这是因为串联的谐振器和电容器的谐振频率高于单独的谐振器的谐振频率。类似地，标记为“SF2”的两条线标识子滤波器2内的XBAR的谐振频率，并且标记为“SF3”的两条线标识子滤波器3内的XBAR的谐振频率。类似地，图4中标记为“SF2”的两条线标识谐振频率，并且图5中标记为“PBF2”的两条线标识子滤波器2内的XBAR的通带频率。最后，图4中标记为“SF3”的两条线标识谐振频率，并且图5中标记为“PBF3”的两条线标识子滤波器3内的XBAR的通带频率。

图6是被配置为双工器的矩阵滤波器600的示意图。矩阵滤波器600包括三个子滤波器620-1、620-2、620-n的阵列610。子滤波器1620-1连接在第一滤波器端口(FP1)和第二滤波器端口(FP2)之间。子滤波器2 620-2和子滤波器3 620-3并联连接在FP1和第三滤波器端口(FP3)之间。FP1是双工器的公共端口或输入端口，并且FP2和FP3是分支端口或输出端口。子滤波器的阵列610在两端处终止于如先前所描述的XBAR XL和XH。

图7是图6的矩阵滤波器双工器600的示例的性能705的曲线图700。在该示例中，XL、XH和三个子滤波器与图3A的矩阵滤波器300的对应元件相同。在图7中，在710下方的实线410是根据频率的S21(FP1到FP2传递函数)的曲线图。在720下方的虚线420和点线430是根据频率的S31(FP1到FP3传递函数)的曲线图。由于示例性滤波器是对称的，因此在710下方的实线410、以及在720下方的虚线420和点线430也分别是S12和S13的曲线图。切换矩阵滤波器600是示例性的。在大多数应用中，双工器在公共端口和两个分支端口之间将具有并联的相同数量(两个、三个或更多个)的子滤波器。

FP1可以被认为是矩阵滤波器双工器600的公共端口。FP2可以被认为是“低频带”端口，并且FP3可以被认为是“高频带”端口。当矩阵滤波器双工器在频分双工无线电中使用时，根据被分配用于接收和发送的频率，FP2和FP3中的一个可以是双工器的接收端口，并且FP2和FP3中的另一个可以是双工器的发送端口。

在作为滤波器600的变型的第二双工器配置中，子滤波器1 620-1和子滤波器2620-2并联连接在FP1和FP2之间。这里，子滤波器3620-3连接在FP1和FP3之间。在这种情况下，矩阵滤波器双工器的示例的性能的曲线图具有根据频率的作为S21的曲线图的实线410和虚线420；以及根据频率的作为S31的曲线图的点线430。

在作为滤波器600的变型的第三双工器配置中，子滤波器1 620-1和子滤波器3620-3并联连接在FP1和FP2之间。这里，子滤波器2620-2连接在FP1和FP3之间。在这种情况下，切换矩阵滤波器双工器的示例的性能的曲线图具有根据频率的作为S21的曲线图的实线410和点线430；以及根据频率的作为S31的曲线图的虚线420。

因为分支端口FP2或FP3中的任何一个可以被选择或切换为滤波器的输出，因此双工器滤波器600和两个变型是切换矩阵滤波器。例如，在输入端口和输出端口之间的子滤波器连接可以被切入和切出，以提供针对输入和输出RF通信信号的多个通带。

图8是使用声学谐振器的矩阵三工器滤波器800的示意图。矩阵滤波器800包括三个子滤波器820-1、820-2、820-n的阵列810。子滤波器1 820-1连接在第一滤波器端口(FP1)和第二滤波器端口(FP2)之间。子滤波器2 820-2连接在FP1和第三滤波器端口(FP3)之间。子滤波器3 820-3连接在FP1和第四滤波器端口(FP4)之间。子滤波器的阵列810在两端处终止于如先前所描述的XBAR XL和XH。FP1是复用器的公共端口或输入端口，并且FP2、FP3和FP4是复用器的分支端口或输出端口。复用器可以具有多于三个分支端口。具有两个分支端口的复用器通常被称为“双工器”，并且具有三个分支端口的复用器可以被称为“三工器”。

图9是图8的三工器滤波器800的实施例的功能的示例的性能的曲线图900。在该示例中，XL、XH和三个子滤波器与图3A的矩阵滤波器300的对应元件相同。在图9中，在910下方的实线是根据频率的S21(FP1到FP2传递函数)的曲线图。在920下方的虚线是根据频率的S31(FP1到FP3传递函数)的曲线图。在930下方的点线是根据频率的S41(FP1到FP4传递函数)的曲线图。由于示例性滤波器是对称的，因此在910下方的实线、在920下方的虚线和在930下方的点线也分别是S12、S13和S14的曲线图。

FP1可以被认为是矩阵滤波器的公共端口。FP2可以被认为是“低频带”端口，FP3可以被认为是“中频带”端口，并且FP4可以被认为是“高频带”端口。当矩阵滤波器在频分双工(FDD)无线电中使用时，根据被分配用于接收和发送的频率，FP2、FP3和FP4中的一个可以是接收端口，并且FP2、FP3和FP4中的另一个可以是发送端口。在其他情况下，在FDD无线电中，FP2、FP3、FP4中的两个可以是接收端口，并且FP2、FP3、FP4中的另一个可以是发送端口；或相反亦然。

在作为滤波器800的变型的附加复用器配置中，子滤波器1 820-1、子滤波器2820-2和子滤波器3 820-3中的任何一个或多个可以并联连接在FP1和FP2、FP3和/或FP4之间。在这种情况下，矩阵滤波器双工器的示例的性能的曲线图具有根据频率的作为S21、S31和/或S41的曲线图的实线410、虚线420和/或点线430中的对应线。

因为端口FP2、FP3和FP4中的任何一个或多个端口可以被选择或切换为滤波器的输出，因此复用器滤波器800和两个变型可以是切换矩阵滤波器。例如，在输入端口和输出端口之间的子滤波器连接可以被切入和切出，以提供针对输入和输出RF通信信号的多个通带。在一个示例中，具有针对LTE频带3、1和7的3个子滤波器的切换XBAR矩阵滤波器提供了多通带可重构滤波器，该多通带可重构滤波器可针对所有7个可能状态来配置：仅1、仅3、仅7、1+3、1+7、3+7和1+3+7。该滤波器由于其矩阵架构(例如由于开关的位置、以及由于滤波器不需要电感器)而具有低损耗。该滤波器还具有与LNA匹配的输出阻抗，因此不需要外部阻抗匹配。

例如，图10A是使用XBAR的可重构切换矩阵滤波器1000的示意图。可重构切换矩阵滤波器1000包括并联连接在第一滤波器端口(FP1)和第二滤波器端口(FP2)之间的n个子滤波器/开关电路1020-1、1020-2、1020-n的阵列1010，其中，n是大于一的整数。在后续示例中，n＝3。在其他情况下，n可以根据需要大于3，以针对可重构矩阵滤波器1000提供期望的带宽。每个子滤波器/开关电路用作可以选择性地启用(即，在FP1和FP2之间连接)或禁用(即，在FP1和FP2之间不连接)的不连续带通滤波器。子滤波器/开关电路的阵列1010在两端处终止于如先前所描述的XBAR XL和XBAR XH。

子滤波器/开关电路1020-1、1020-2、1020-n具有不连续通带，使得当所有子滤波器/开关模块被启用时，矩阵滤波器1000的带宽不等于构成子滤波器的带宽之和，而是具有被阻带分离的分离且独立的通带，该阻带存在于矩阵滤波器300的输入-输出传递函数小于-20dB处。可以禁用子滤波器/开关电路中的一个或多个，以定制矩阵滤波器带宽、或在整个通带内插入陷波或阻带(例如，针对矩阵滤波器提供期望的不连续通带)。滤波器300和/或子滤波器可以是使由5G NR标准定义的频带通过的RF滤波器。

图10B是适合于图10A中的子滤波器/开关电路1020-1、1020-2和1020-n的子滤波器/开关电路1050的示意图。子滤波器/开关电路1050包括串联在第一子滤波器端口(SP1)和第二子滤波器端口(SP2)之间的三个声学谐振器X1、X2、X3、以及从相邻声学谐振器之间的结点连接到地的耦合电容器C1、C2。在子滤波器/开关电路1050中包括三个声学谐振器是示例性的，并且子滤波器/开关电路可以具有多于三个声学谐振器。当子滤波器/开关电路包括多于三个声学谐振器时，耦合电容器的数量将比声学谐振器的数量少一个。声学谐振器X1、X2、X3优选地但不一定是XBAR。

子滤波器/开关电路1050包括与第一并联电容器C1并联的开关SW1、以及与最后一个并联电容器C2并联的开关SW2。当开关SW1和SW2打开时，子滤波器/开关电路作为适合在任何先前示例中使用的子滤波器来操作。在这种情况下，在输入端口和输出端口之间的子滤波器/开关电路连接被切入，以针对输入和输出RF通信信号提供该子滤波器的通带。当开关SW1和SW2闭合时，子滤波器/开关电路向SP1和SP2呈现适当的阻抗，但具有开路的输入-输出传递函数。在这种情况下，在输入端口和输出端口之间的子滤波器/开关电路连接被切出，并且不针对输入和输出RF通信信号提供该子滤波器的通带。

当子滤波器/开关电路包括多于两个并联电容器时，开关与紧邻于与两个子滤波器端口连接的声学谐振器的两个并联电容器并联。换言之，开关与“第一个并联电容器”和“最后一个并联电容器”并联，该“第一个并联电容器”和该“最后一个并联电容器”不在谐振器串的中间，而是仅仅在串的两端处的两个“端部声学谐振器”内部。在一些情况下，滤波器1000可以被描述为具有连接到公共输出端口FP2的其所有子滤波器的相应输出端口SP2。例如，第一开关与第一个电容器并联元件并联，该第一个电容器并联元件在紧邻于滤波器输入端口的XBAR串联元件和距该输入端口较远的XBAR串联元件之间；以及其中，第二开关与最后一个电容器并联元件并联，该最后一个电容器并联元件在紧邻于滤波器输出端口的XBAR串联元件和距该输出端口较远的XBAR串联之间。

图11是图10的可重构切换矩阵滤波器双工器1000的示例的性能1105的曲线图1100。在该示例中，XL、XH以及三个子滤波器/开关电路内的组件与图3A的矩阵滤波器300的对应元件相同。在图11中，在1110下方的实线是当子滤波器/开关电路1被启用并且子滤波器/开关电路2和3被禁用时的根据频率的滤波器的S21(端口1到端口2传递函数)的曲线图。在1120下方的虚线是当子滤波器/开关电路2被启用并且子滤波器/开关电路1和3被禁用时的根据频率的S21的曲线图。在1130下方的虚线是当子滤波器/开关电路3被启用并且子滤波器/开关电路1和2被禁用时的根据频率的S21的曲线图。在1110和1130下方的两条曲线之和(未示出但很容易想象)是当子滤波器/开关电路1和3被启用并且子滤波器/开关电路2被禁用时的根据频率的端口1到端口2传递函数。在1110和1120下方的两条曲线之和是当子滤波器/开关电路1和2被启用并且子滤波器/开关电路3被禁用时的根据频率的端口1到端口2传递函数。在1110和1130下方的两条曲线之和是当子滤波器/开关电路1和3被启用并且子滤波器/开关电路2被禁用时的根据频率的端口1到端口2传递函数。在1120和1130下方的两条曲线之和是当子滤波器/开关电路2和3被启用并且子滤波器/开关电路1被禁用时的根据频率的端口1到端口2传递函数。在1110、1120和1130下方的三条曲线之和是当子滤波器/开关电路1、2和3被启用时的根据频率的端口1到端口2传递函数。开路的输入-输出传递函数是当子滤波器/开关电路1、2和3中的全部被禁用时的作为频率的函数的端口1到端口2传递函数。通过启用三个子滤波器/开关电路的各种组合，总共八种不同的滤波器配置是可以的。

图12是使用切换矩阵三工器的三频带时分双工(TDD)无线电1200的示意性框图。TDD无线电在指定的通信频带内在相同的频率信道中进行发送和接收。无线电1200包括切换矩阵三工器1210，该切换矩阵三工器1210具有被配置为连接到天线1205的第一滤波器端口FP1和耦接到发送/接收(T/R)开关1215的第二滤波器端口FP2。例如，切换矩阵带通滤波器1210可以是图10A的切换矩阵带通滤波器。T/R开关1215将矩阵带通滤波器1210的第二端口连接到发送器1220的输出、或接收器1225的输入。T/R开关1215、发送器1220和接收器1225由执行媒体访问控制功能的处理器1230来监管。具体地，处理器1230控制T/R开关1215和切换矩阵带通滤波器1210的操作。当切换矩阵带通滤波器1210是可重构的时，处理器1230可以控制带通滤波器内的开关的操作。天线1205可以是无线电1200的一部分、或在无线电1200的外部。

无线电1200被配置用于在三个指定的通信频带中进行操作。切换矩阵带通滤波器1210具有内部开关，该内部开关允许选择包含指定通信频带的三个通带之一、以及一个或多个阻带，以阻止在指定通信频带之外的指定频率。优选地，切换带通滤波器1210在其通带中具有低损耗，并且在其阻带中具有高抑制。此外，切换带通滤波器1210必须与TDD操作兼容，也就是说，在传递由发送器1220生成的RF功率时稳定且可靠。切换矩阵带通滤波器1210可以是使用可以是XBAR的声学谐振器实现的图3A的切换矩阵滤波器300或图10A的可重构切换矩阵滤波器1000。

切换矩阵带通滤波器1210可以是如图10A所示的可重构矩阵滤波器。可重构滤波器的使用将允许将滤波器的带宽设置为单个LTE或5G NR频带，从而允许将相同的发送器和接收器用于三个分离的频带。可以由处理器1230控制子滤波器内的开关。

图13是使用矩阵三工器的三频带分集接收器1300的示意性框图。三频带分集接收器无线电在与三个通信频带相对应的三个不同频率范围中进行接收。接收器1300包括天线1305、矩阵滤波器三工器1310，该矩阵滤波器三工器1310具有被配置为连接到天线1305的公共滤波器端口FP1、耦接到接收器1320的输入的第一接收器滤波器端口FP2、耦接到接收器1325的输入的第二接收器滤波器端口FP3、以及耦接到接收器1330的输入的第三接收滤波器端口FP4。

接收器1300被配置用于在指定的通信频带中进行操作。矩阵滤波器三工器1310包括耦接在以下中的每一者之间的接收滤波器：FP1和FP2；FP1和FP3；以及FP1和F4。接收滤波器包括不连续通带接收子滤波器。矩阵滤波器三工器1310可以使用可以是XBAR的声学谐振器来实现。

矩阵滤波器双工器1310可以是图8的矩阵三工器800。矩阵滤波器双工器1310的FP1、FP2、FP3和FP4端口可以是矩阵复用器800的FP1、FP2、FP3和FP4端口。

在另一种情况下，矩阵滤波器双工器1310可以与图10A的可重构切换滤波器1000类似，在发送滤波器和接收滤波器中具有相同数量的子滤波器。矩阵滤波器双工器1310的FP1端口可以是可重构切换滤波器1000的FP1；并且矩阵滤波器双工器1310的FP2、FP3和FP4端口可以是可重构切换滤波器1000的FP2。

本文中的声学谐振器矩阵滤波器拓扑(例如，滤波器300、600、800和/或1000的声学谐振器矩阵滤波器拓扑)可以减小滤波器中的谐振器的尺寸，因此：降低了用于滤波器的组件成本和滤波器的制造成本；提供了具有对开关损耗非常不敏感的通带的滤波器；提供了具有可实现的阻抗变换的滤波器，以用于匹配滤波器的输入和输出处的阻抗；以及提供了与连接到LNA的输出的最小噪声系数匹配的滤波器，而无需任何匹配电感器。这些拓扑允许针对输入和输出RF通信信号对多个通带进行切入和切出，而无需(例如，在耦合电容器和地之间的)电感器，在一个示例中，具有针对LTE频带3、1和7的3个子滤波器的XBAR矩阵滤波器提供了可针对所有7个可能状态(仅1、仅3、仅7、1+3、1+7、3+7和1+3+7)配置的多通带可重构滤波器。该滤波器由于其矩阵架构(例如由于开关的位置、以及由于滤波器不需要电感器)而具有低损耗。该滤波器还具有与LNA匹配的输出阻抗，因此不需要外部阻抗匹配。

结束评论

贯穿本说明书，所示实施例和示例应被视为示例，而不是对所公开或要求保护的装置和过程的限制。尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元件的具体组合，但是应当理解，这些动作和这些元件可以以其他方式组合以实现相同的目标。关于流程图，可以采取附加和更少的步骤，并且所示的步骤可以组合或进一步细化以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、元件和特征不旨在被排除在其他实施例中的类似作用之外。

如本文所使用的，“多个”表示两个或更多个。如本文所使用的，项目的“集合”可以包括一个或多个这种项目。如本文所使用的，无论是在书面说明书或权利要求中，术语“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”等应理解为开放式的，即意味着包括但不仅限于。仅过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别是关于权利要求的封闭或半封闭的过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等顺序术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一权利要求元素的任何优先权、优先级或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，但仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用顺序术语)的另一元素区分开以区分权利要求元素。如本文所使用的，“和/或”意味着所列项目是备选方案，但备选方案还包括所列项目的任何组合。