專利名稱：用于射頻信號的功率放大器濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在信號處理和放大鏈中使用的、特別用于移動通信終端的電子放大器 模塊的領(lǐng)域。更特別地，涉及使用體聲波(bulk-acoustic wave)諧振器型部件的放大器架 構(gòu)，該部件使得有可能相對于性能和放大質(zhì)量而最優(yōu)化功耗。
背景技術(shù)：
諸如移動電話和其它計算終端的許多移動通信裝置通過在射頻帶發(fā)送并接收波 來工作。這些裝置包括將信號饋送到天線的傳送模塊，其中，基于數(shù)據(jù)信號(一般而言，其 是數(shù)字的)而生成了所述信號。在性能方面，需要關(guān)于各種參數(shù)被分析這些傳送模塊。因此，就它們被安裝的裝置 常常是便攜式的方面來說，一個重要的標(biāo)準(zhǔn)是它們的功耗，因為這對裝置的電池壽命具有 直接影響。因此，通常試圖實現(xiàn)低功耗。另外，由于譜占用的原因，信號在傳輸之前經(jīng)歷相位和幅度調(diào)制操作。然而，一般 而言，具有非恒定幅度或可變包絡(luò)的信號對可以使用的放大器的類型施加限制。實際上，為 了避免失真，優(yōu)選地使用線性響應(yīng)放大器來放大具有非恒定幅度的信號。不幸的是，在功耗方面，線性放大器表現(xiàn)差于非線性放大器。另外，記住共享同一頻帶的通信系統(tǒng)的譜裝填(packing)密度必須要確保傳輸系 統(tǒng)通過使用高選擇性的輸出濾波，在相鄰頻帶中生成極其少的干擾。已開發(fā)了某些技術(shù)，以便允許使用非線性放大器來放大具有非恒定幅度的信號。 被稱為“異相”的技術(shù)使得有可能實現(xiàn)滿意的結(jié)果。該技術(shù)涉及使用可變幅度信號來生成 具有相位差的兩個恒定幅度信號，該相位差取決于原始信號的幅度而變化。因為幅度信息不再是信息載體，因此具有恒定幅度的這兩個中間信號可以由非線 性放大器放大，而不會有引入信號失真的任何風(fēng)險。這兩個中間信號通過重組級相加。由于兩個中間信號的相反相位差，該重組使得 有可能獲得具有與原始信號的功能相同功能的、但是放大之后的可變幅度輸出信號。STS CHIREIX ^ "High power outphasing modulation", ProcIRE,^ 23,1935 年11月，1370頁到1392頁中描述的理論工作的該“異相”技術(shù)成為了各種改進的主題，包 括在文獻US 2006/0078067中描述的。目前，使用“異相”工作原理的放大器模塊使用信號重組級，其采用無源部件，諸如 變壓器、四分之一波長傳輸線或者磁耦合器。這樣的部件本來相對龐大，并且大體上表現(xiàn)較 差，因此不適合在移動終端的應(yīng)用中使用。因此，本發(fā)明的目的之一是提供解決方案，以產(chǎn)生在總體尺寸和效率方面可接受 的重組級。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及用于射頻信號的、具有“異相”型架構(gòu)的功率放大器濾波器。經(jīng)
3典地，該架構(gòu)包括能夠從一個輸入信號生成兩個信號的第一級，其中，所述兩個信號具有相 同幅度，但是相位取決于輸入信號的幅度而相對于彼此偏移。該濾波器還包括用于如此生 成的兩個信號的第二放大器級，以及能夠?qū)⒃诜糯笾髲牡诙壂@得的兩個信號相加的第
三重組級。根據(jù)本發(fā)明，濾波器特征在于，重組級包括彼此耦合的體聲波諧振器集，其中，被 稱為“輸入諧振器”的部分這些諧振器連接到第二級的輸出，并且被稱為“輸出諧振器”的 其它這些諧振器連接到濾波器的輸出端。換句話說，本發(fā)明涉及通過使用體聲波濾波器來確保兩個放大后信號的重組，該 體聲波濾波器也被稱為BAW-CRF或“體聲波耦合諧振器濾波器”。因為重組級的輸入諧振器沒有電耦合到輸出諧振器，因此該類濾波器特別適合 “異相”放大器的重組級。另外，BAW-CRF濾波器在效率方面的性能結(jié)合它們非常緊湊的尺 寸，使得它們成為用于移動設(shè)備中的異相型濾波的可接受的解決方案。BAff-CRF濾波器包括通過聲學(xué)無源層集耦合的若干體聲波諧振器的堆疊。每個諧 振器包括夾在兩個電極之間的壓電層。實際上，取決于諧振器的數(shù)目和各個諧振器相對于彼此布置的方式，可以使用各 種架構(gòu)以產(chǎn)生重組級。在第一實施例中，輸入諧振器有可能聲學(xué)耦合到輸出諧振器，然后，輸出諧振器的 電極形成濾波器的輸出端。換句話說，在聲能沿著其傳播的軸上，以堆疊配置產(chǎn)生輸入諧振器和輸出諧振器。 由每個輸入諧振器輸出的兩個聲信號通過傳播通過這些諧振器之間的各個機械耦合層而 在輸出諧振器內(nèi)重組。在第二實施例中，輸出諧振器可以彼此電連接，使得由每個輸出諧振器生成的電 信號被組合，以輸出重組后的總信號，例如，如果輸出諧振器串聯(lián)電連接，則通過電壓求和 組合電信號。實際上，可以通過聲學(xué)耦合層或通過一個或多個系列的中間諧振器在輸入諧振器 與輸出諧振器之間直接傳送能量。實際上，就輸入諧振器之間還有輸出諧振器之間的電連接而言，有可能提供特定 布置以確保阻抗匹配。因此，連接到放大器級的輸出之一的各個輸入諧振器可并聯(lián)電連接， 而相應(yīng)的輸出諧振器可全部串聯(lián)連接，這使得有可能獲得重組級的輸入相對于它的輸出之 間的阻抗轉(zhuǎn)換。因此，輸出阻抗可以相對于天線處的阻抗值而改變。在一個有利的實施例中，放大器濾波器可包括在第一和第二級之間(即功率放大 器的上游)安裝的中間濾波器級。為了提高它的緊密度，該中間濾波器級可有利地包括聲 波耦合諧振器集。


為了可更容易地理解實施本發(fā)明的方式和它得到的優(yōu)點，參照附圖，給出了以下 描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的濾波器系統(tǒng)的整體示意圖，在圖2中示出了系統(tǒng)的操作。
圖3和4是聲諧振器濾波器的示意橫截面圖。圖5是示出重組級的第一實施例的圖。圖6、7以及8是示出其它實施例的類似圖。
具體實施例方式如已經(jīng)闡述的那樣，本發(fā)明涉及用于射頻信號的、具有如圖1所示的整體架構(gòu)的 功率放大器濾波器。因此，濾波器(1)具有第一級(2)，其在它的輸入處接收要放大的信號 S⑴。該第一級(2)輸出兩個信號S1 (t) *S2(t)。第二級(3)提供功率放大。該放大器 級(3)輸出兩個放大后的信號S' Jt)和S' 2(t)。第三重組級(4)將放大后的信號S3(t) 輸出到天線(6)。該濾波器(1)根據(jù)在圖2中示出的所謂異相放大原理來工作。輸入信號S (t)具有可變幅度，s(t) = A(t) · Cos(COt)。第一級(2)的功能是根 據(jù)以下等式從輸入信號S (t)生成兩個信號，所述兩個信號具有恒定幅度Atl，但是相對于彼 此異相分別超前或滯后相位差φ
51(t) = A0 · cos(coi + φ)
52( )=為· cos(coi - φ)相位差φ被選擇作為輸入信號的狀態(tài)的幅度A的函數(shù)((P = C0s-1IAit)])。第二級 (3)使用放大器結(jié)構(gòu)來放大如此生成的兩個信號，其中，可以有利地選擇所述放大器結(jié)構(gòu)具 有非線性特性，以便最優(yōu)化能量效率。根據(jù)下面兩個等式來放大如此生成的兩個信號
(0 = G0. = G0-Jo- cos(tDi + φ)
^(0 = G0-S2CO = G0-J0--φ)第三明顯不同的級(4)重組兩個信號s' i(t)、s' 2(t)，以便對它們求和。該求 和使得有可能獲得如下定義的信號S3
s3 (i) = G0-J0- cos(roi + φ) + G0 · 4) · cos(coi - φ)由于兩個中間信號S'2(t)的相反相位差，所以該求和使得有可能根 據(jù)以下等式獲得與放大后的輸入信號s(t)對應(yīng)的輸出信號S3
53(0 = G0 · ^i0 · [2 · COs(COi) · cos(cp)] = G0 · J0 · [2. cos(toi). cos(cos-1(^4(0))]
= I-G0-A0- A(t) ■ COS(COi) = I-G0-A0-s(t)因此，使用非線性放大器級，針對具有可變幅度或可變包絡(luò)的信號實現(xiàn)具有非常 低失真的整體放大。
5
根據(jù)本發(fā)明，第三重組級(4)基于包括彼此耦合的體聲波諧振器的濾波器。通過縮寫B(tài)AW-CRF提及這樣的濾波器，并且取決于表示的結(jié)構(gòu)，在圖3中示意性地 示出了它們的簡化操作。這樣的濾波器結(jié)構(gòu)包括兩個諧振器(10，11)。每個諧振器包括夾在兩個電極(13， 14)之間的中心壓電層(12)。第二諧振器(11)包括類似結(jié)構(gòu)，其中，中心層(15)夾在兩個 電極(16，17)之間。兩個諧振器(10，11)通過層集分離。該層集(20)包括低聲阻抗層(21，22)，高聲 阻抗層(23)插入在它們之間。在示出的示例中，表示的層的數(shù)目是三，但是取決于特定應(yīng) 用，該數(shù)目可以更大。經(jīng)典地，在低聲阻抗層的情況下，使用的材料是電介質(zhì)材料，或者在高 聲阻抗層的情況下，使用的材料是金屬材料。因此，橫跨第一諧振器的兩個電極(13，14)施 加的電信號使得生成聲場。該聲場在由這些堆疊的層的聲學(xué)特性定義的頻帶中穿過所有耦 合層(21-23)。因此，聲場作用于第二諧振器的中心層(15)，并且使得電信號橫跨第二諧振器的 電極(16，17)的端子。在圖4中示出的一個特定實施例中，輸入諧振器(30)和輸出諧振器(31)可如圖3 的情況中那樣不直接耦合，而是經(jīng)由另外的諧振器集(32，33)間接耦合。這些中間諧振器 (32，33)分別接收和傳送分別從輸入諧振器(30)接收的和被路由到輸出諧振器(31)的聲 場。根據(jù)本發(fā)明，取決于希望使用的耦合結(jié)構(gòu)，可以以各種方式實現(xiàn)重組級(4)。因此，如圖5所示，兩個放大后的信號S'工和^ 2分別被施加到輸入諧振器(50， 51)。由這些輸入諧振器(50，51)中的每個生成的聲場經(jīng)由堆疊的聲學(xué)層(53，54)在輸出 諧振器(52)中傳播。在這種情況下，輸入諧振器與輸出諧振器之間的耦合僅是聲學(xué)的。因 此，在輸出了輸出信號S3的輸出諧振器中對聲場求和，其中，輸出信號S3等于兩個信號S' ！ 和s' 2的和且具有更少的任何聲損耗。在所討論的情況下，必須通過在聲能沿著其傳播的軸上將重組級的輸入諧振器 (50)和輸出諧振器(51) —個堆疊在另一個之上來產(chǎn)生它們。在圖6中示出的第二實施例中，兩個輸入諧振器(60，61)單獨連接到兩個輸出諧 振器(62，63)。因此，輸出諧振器(62，63)中的每個產(chǎn)生分別與放大后的信號s' ^ s' 2 對應(yīng)的電信號s3。輸出諧振器(62，63)以如下方式串聯(lián)電連接使得輸出信號與由輸出諧振器(62， 63)中的每個生成的電壓的和對應(yīng)。因此，通過串聯(lián)連接兩個輸出諧振器來獲得兩個放大后 信號的求和。在圖7中示出的替選實施例中，輸入諧振器(70，71)沒有直接聲學(xué)連接到輸出諧 振器(72，73)。相反，另外的諧振器集(75，76，77，78)確保在輸入諧振器與輸出諧振器之間 的聲場的傳輸。如在圖4中示出的實施例那樣，這使得有可能產(chǎn)生位于同一平面的輸出和輸入諧 振器。因此，濾波器結(jié)構(gòu)可以被看作兩級結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，有可能以如下方式產(chǎn)生BAW-CRF濾波器的組合以便確 保與輸出阻抗匹配的阻抗，該輸出阻抗一般而言由發(fā)射天線確定。因此，如圖8所示，輸入
6信號s'工饋送到其電極平行的兩個輸入諧振器(80，81)。因此，在輸入級看到的阻抗等于 每個諧振器的阻抗的一半。在示出的實施例中，這些輸入諧振器(80，81)經(jīng)由諧振器級(85)連接到輸出諧振 器(82，83)。這同樣適用于饋送到兩個輸入諧振器(86，87)的第二放大信號的處理，其中， 兩個輸入諧振器(86，87)聲學(xué)耦合到輸出諧振器(88，89)。四個輸出諧振器(82，83，88，89) 還串聯(lián)連接，以使得輸出阻抗基本等于一個輸出諧振器的每單位阻抗的四倍。該設(shè)置使得有可能確保級輸入與輸出之間的阻抗轉(zhuǎn)換，以使得可以匹配需要的阻 抗值。因此，可以實現(xiàn)在用于移動應(yīng)用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)中需要的功率電平，同時保持這類濾 波器結(jié)構(gòu)通常使用的低偏壓電平。顯然，取決于廣受歡迎的值，可以實現(xiàn)包括不同數(shù)目的諧振器的更復(fù)雜的設(shè)置。一般而言，可以使用傳統(tǒng)技術(shù)來產(chǎn)生濾波器的各個級的其它部件。可以使用 CMOS (互補金屬氧化半導(dǎo)體)或BiCMOS (雙極互補金屬氧化半導(dǎo)體)型集成技術(shù)來產(chǎn)生生 成異相信號的第一級(2)。類似地，可以使用相同類型的技術(shù)或者甚至優(yōu)選地GaAs (砷化 鎵)、InP (磷化銦)或類似集成技術(shù)來產(chǎn)生識別級(3)。在一個特定實施例中，第一級可包括中間濾波器，其使得有可能消除異相信號的 任何失真。這些濾波器使得有可能減少饋送到功率放大器的信號的譜，從而改進生成的噪 聲與諧波方面的放大效率?？梢允褂酶鞣N技術(shù)(優(yōu)選地BAW-CRF技術(shù))來產(chǎn)生這些中間濾 波器，以便獲得更小的總體尺寸和更低的插入損耗。以上描述使得根據(jù)本發(fā)明的放大器模塊明顯具有若干優(yōu)點，特別是與當(dāng)前已知解 決方案相比的更低能量消耗。實際上，本發(fā)明使得有可能使用具有非常高能量效率的非線 性功率放大器，并且這使得有可能減少濾波器消耗的功率。另外，BAW-CRF濾波器的插入損耗非常低，約為2到3dB，并且這使得有可能減少重 組級中的能量耗散，或者甚至在中間BAW-CRF濾波器的情況下，也有可能減小功率放大器 的需要的增益，從而減少它們消耗的功率量。除此之外，根據(jù)本發(fā)明的濾波器因此允許在不引入顯著失真的情況下，通過非線 性放大器對具有可變包絡(luò)的復(fù)雜信號的放大。而且，由于BAW-CRF濾波器的高選擇性，所以有可能大大減少在放大器模塊的頻 帶外的干擾的生成。最后，因為根據(jù)本發(fā)明的濾波器可以包括使用倒裝芯片(flip-chip)技術(shù)安裝的 部件，因此它們在其外形尺寸和成本方面特別有利。因此，僅作為示例而非排他的，本發(fā)明在EDGE(增強型數(shù)據(jù)速率GSM(全球移動通 訊系統(tǒng))演進技術(shù))或第3代移動電話系統(tǒng)中的射頻放大器模塊中具有特定應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種用于射頻信號的、具有異相型架構(gòu)的功率放大器濾波器，包括能夠從輸入信號s(t)生成兩個信號s1(t)、s2(t)的第一級(2)，其中，所述兩個信號s1(t)、s2(t)具有相同幅度，但是相位相對于彼此偏移；用于所述信號s1(t)、s2(t)的第二放大器級(3)；以及能夠?qū)牡诙?3)獲得的兩個信號s′1(t)、s′2(t)求和的第三重組級(4)，所述濾波器特征在于重組級(4)包括彼此耦合的聲波諧振器集，其中，被稱為“輸入諧振器”(50，51)的部分這些諧振器連接到第二級(4)的輸出，并且被稱為“輸出諧振器”(52)的其它這些諧振器連接到所述濾波器的輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于輸入諧振器(50，51)聲學(xué)連接 到所述輸出諧振器(52)，所述輸出諧振器(52)的輸出電極形成所述濾波器的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于輸出諧振器(62，63，72)彼此電 連接。
4.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于輸入諧振器(70，71)通過一個 或多個系列的中間諧振器(75,76,77,78)連接到輸出諧振器(72,73) 0
5.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于所述輸出諧振器串聯(lián)電連接。
6.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于被分配到放大器級(3)的一個 輸出(s' 1； s' 2)的輸入諧振器(80,81 ；86,87)并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于它包括插入在所述第一級與所 述第二級(2，3)之間的中間濾波器級。
8.如權(quán)利要求1所述的功率放大器濾波器，其特征在于所述中間濾波器級包括體聲波 耦合諧振器集。全文摘要
一種用于射頻信號的、具有異相型架構(gòu)的功率放大器濾波器，包括能夠從輸入信號s(t)生成兩個信號S1(t)、S2(t)的第一級(2)，其中，所述兩個信號S1(t)、S2(t)具有相同幅度，但是相位相對于彼此偏移；用于所述信號S1(t)、S2(t)的第二放大器級(3)；以及能夠?qū)牡诙?3)獲得的兩個信號s′1(t)、s′2(t)求和的第三重組級(4)，所述濾波器特征在于重組級(4)包括彼此耦合的聲波諧振器集，其中，被稱為“輸入諧振器”的部分這些諧振器連接到第二級(4)的輸出，并且被稱為“輸出諧振器”的其它這些諧振器連接到濾波器的輸出端。
文檔編號H03H7/18GK101911486SQ200980102152
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者亞歷山大·希拉卡瓦, 帕特里克·武爾姆, 讓-巴蒂斯特·大衛(wèi) 申請人:原子能與替代能源委員會