用于杂散模式抑制的非对称不平衡声耦合谐振器

摘要

谐振器(300)包括压电核(132)、一组电极(104、106、304、306)、和至少一个接地端子(108、308)。这些电极被布置在该压电核(132)上，并且还包括具有第一宽度的至少一个输入电极(104、304)和具有不同于第一宽度的第二宽度的至少一个输出电极(106、306)。该接地端子(108、308)也在该压电核(132)上。

说明书

技术领域

本公开一般涉及集成电路(IC)。更具体而言，本公开涉及用于杂散模式抑制的非对称不平衡声耦合谐振器。

背景技术

在集成电路中实现的滤波器可使用被称为谐振器的组件来生成谐振频率。然而，谐振器可能经历杂散响应的问题。杂散响应是除了谐振频率(例如，正被广播或接收的频率)以外的频率上的任何不期望或不想要的信号。经历杂散频率响应的设备被称为在杂散模式中操作。在杂散模式中操作的谐振器在滤波器或纳入了谐振器的任何其他设备的总体电路设计中造成噪声和其他问题。

谐振器可被声学地耦合，以使得通过该谐振器传送的电信号被声学地或机电地传输。谐振器还可按横向方式扩展、或被水平地构造。通常，此类水平谐振器具有对称地构造的组件，诸如电极。声耦合谐振器也可以是对称的，并且被安排成水平结构。声耦合谐振器可实现在微机电系统(MEMS)或集成电路中。声耦合、水平谐振器可能经历诸如杂散响应、或杂散模式中的操作等问题。

概述

在本公开的一个方面，提供了配置成用于杂散模式抑制的谐振器。该谐振器包括压电核、一组电极、和至少一个接地端子。这些电极被布置在该压电核上，并且包括具有第一宽度的一个输入电极和具有不同于第一宽度的第二宽度的一个输出电极。该接地端子也在该压电核上。

在本公开的另一方面，提供了配置成用于杂散模式抑制的谐振器。该谐振器包括压电核、一组电极、和至少一个接地端子。这些电极被非对称地布置在该压电核上，并且包括至少一个输入电极和至少一个输出电极，该输入电极的外缘具有至该核的第一边缘的第一距离，该输出电极的外缘具有距离该核的第二边缘的第二距离。该第一距离不同于该第二距离。该第一边缘和该第二边缘是相对的边缘。该接地端子设在该压电核上。

在本公开的又另一方面，一种谐振器包括压电核、用于导电的装置、和用于耦合至接地的装置。该用于导电的装置被布置在该压电核上，并且包括具有第一宽度的用于导电的输入装置和具有不同于第一宽度的第二宽度的用于导电的输出装置。该用于耦合至接地的装置也在该压电核上。

在本公开的再另一方面，一种谐振器包括压电核、用于导电的装置、和用于耦合至接地的装置。该用于导电的装置被非对称地布置在该压电核上，并且包括用于导电的输入装置和用于导电的输出装置，该输入装置的外缘具有至该核的第一边缘的第一距离，该输出装置的外缘具有距离该核的第二边缘的第二距离。该第一距离不同于该第二距离。该第一边缘和该第二边缘是相对的边缘。该用于耦合至接地的装置也在该压电核上。

在本公开的另一方面，提供了一种用于制造配置成用于杂散模式抑制的声耦合谐振器的方法。该方法包括形成压电核。该方法还包括在该压电核上非对称地布置一组电极。该方法进一步包括在该压电核上形成至少一个接地端子。

这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的附加特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。

附图简述

为了更全面地理解本公开，现在结合附图参阅以下描述。

图1是根据本公开的一方面的谐振器的立体视图。

图2是根据本公开的一方面的谐振器的另一立体视图。

图3是根据本公开的一方面的多指谐振器的立体视图。

图4是根据本公开的一方面的多指谐振器的侧视图。

图5是解说根据本公开的一方面的制作谐振器的方法的过程流程图。

图6是示出其中可有利地采用本公开的配置的示例性无线通信系统的框图。

图7是解说根据一种配置的用于半导体组件的电路、布局、以及逻辑设计的设计工作站的框图。

详细描述

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。如本文所述的，术语“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而术语“或”的使用旨在代表“排他性或”。

谐振器可被用作振荡器或用作滤波器内的组件以达成高阶频率。声耦合谐振器是其中流过该谐振器的电信号被声学地或机电地传输的谐振器。声耦合谐振器经历杂散响应的问题。即，在除了谐振频率以外的频率处的信号出现在谐振器的频率响应中。这在滤波器中是尤其不期望的，其中不想要的频率干扰滤波器的操作。如果杂散响应持续发生，则该谐振器在杂散模式中操作。

在本公开的一个方面，置于谐振器的压电核上的电极是不平衡的，以减少杂散响应并抑制杂散模式。在一种配置中，将压电核上的电极的宽度调整成不同大小。在另一配置中，调整压电核上的电极的放置。

例如，谐振器可具有第一电极。该谐振器还可具有第二电极。该谐振器具有在第一电极的外缘与压电核的第一边缘之间的第一悬伸距离。该谐振器还具有在第二电极的外缘与压电核的第二边缘之间的第二悬伸距离。第一边缘和第二边缘可以是压电核的相对的外缘。在此配置中，通过将第一距离和第二距离调整成不同值来使这些电极不平衡。

在又另一配置中，通过在多指谐振器配置中的至少两个谐振器之间放置蚀刻槽以引入声学边界条件来使这些电极不平衡。如果耙指(例如，电极)的数目较大，则可在相继耙指之间周期性地(例如，在每第二与第三耙指之间或每第四与第五耙指之间)放置蚀刻槽。

图1是根据本公开的一方面的谐振器100的立体视图。为解释起见，描述了声耦合谐振器，尽管本公开也适用于其他类型的谐振器。谐振器100包括核102。在一种配置中，核102由压电材料制成，诸如氮化铝(AlN)及其合金，诸如掺杂有硼(B)、铬(Cr)、铒(Er)或钪(Sc)的合金；氧化锌(ZnO)；铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、锆钛酸铅或PZT(Pb[Zr_xTi_1-x]O₃0≤x≤1)、石英(SiO₄或SiO₂)晶体、以及黄玉(Al₂SiO₄(F,OH)₂)晶体。谐振器核102也可以由具有可通过机电耦合以电的方式来激励的机械结构的其他类似材料制成。

谐振器100具有第一电极104和第二电极106。在一种配置中，第一电极104和第二电极106由以下材料制成，包括钼(Mo)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钨(W)、镍(Ni)或其他类似材料。第一信号114可耦合至第一电极104，并且第二信号116可耦合至第二电极106。在一种配置中，第一信号114可以是电输入信号，并且第二信号116可以是电输出信号。第一电极104和第二电极106可以在核102的任何表面上，包括核102的相对(未示出)或毗邻的表面。

谐振器100进一步包括接地端子108。在一种配置中，接地端子108耦合至接地电压或电源电压(Vss)。接地端子108可被分成两个或更多个分开的接地端子，这些端子可被置于核102的任何表面上。第一电极104和/或第二电极106和/或第一接地端子可被置于核102的第一表面上，而第一电极104或第二电极106中的另一者(如果有的话)和/或第二接地端子被置于核102的相对或毗邻的表面上。

谐振器100经由第一电场110、第一机械位移112、第二机械位移122和第二电场124来操作。第一机械位移112和第二机械位移122在这些电极上存在信号时表示谐振器100内发生的机械位移的方向。第一电场110和第二电场124表示电场穿过谐振器100的方向。

如由图1可见，电场和机械位移两者有不同的方向自由度。第一方向是扩张。即，第一信号114被输入到第一电极104，第一电极104生成第一电场110，第一电场110随后进而被转换成向外流动并扩张核102的一区域的第一机械位移112。

第二方向是收缩。即，第二机械位移122将来自核102的一区域的向内、收缩的机械位移转换成第二电场124，第二电场124流入第二电极106并变成输出作为第二信号116。电场至机械位移的传输和转换是由于由压电效应导致的机电耦合谐振。

扩张和收缩方向彼此抵消以维持谐振器100中的常数参数，诸如常数谐振频率。同时，通过改变核102上的电极的位置，谐振器100的参数被修改并可变得不平衡。

图2是根据本公开的一方面的谐振器200的另一立体视图。谐振器200类似于图1中的谐振器100，但可通过修改第一电极宽度202、第二电极宽度204、第一悬伸距离206和/或第二悬伸距离208来使其不平衡。通过修改上述尺寸(例如，第一电极宽度202、第二电极宽度204、第一悬伸距离206和第二悬伸距离208)，可修改第一间距118、第二间距120以及交替间距126。修改第一间距118、第二间距120和/或交替间距126影响谐振频率以及因第一电极104和第二电极106在核102上的放置所导致的任何杂散响应。

在一种配置中，第一悬伸距离206在第一电极104的外缘与基本上平行于第一电极104的外缘的核102的外缘之间。在一种配置中，第二悬伸距离208在第二电极106的外缘与基本上平行于第二电极106的外缘的核102的外缘之间。在一种配置中，形成第一电极宽度202的第一电极104的两个相对的外缘可基本上彼此平行。在一种配置中，形成第二电极宽度204的第二电极106的两个相对的外缘可基本上彼此平行。

谐振器200包括第一间距118、第二间距120和交替间距126的可调整参数。在一种配置中，这些间距中的每个间距可表示核102的外缘至核102的中点的距离。核102的中点还可被置于两个电极(例如，第一电极104和第二电极106)的正中。电极还可被置于这些间距中的每个间距的正中，如由第一间距118中间的第一电极104和第二间距120中间的第二电极106所示。

在另一配置中，这些间距可表示一个电极(例如，第一电极104)的中心至另一电极(例如，第二电极106)的中心的距离。这由交替间距126示出。

在一种配置中，第一间距118和第二间距120相同。在另一配置中，第一间距118和第二间距120不同。第一间距118和第二间距120确定谐振器200的谐振频率或基频谐振的值。例如，假设第一间距118和第二间距120两者的值是“W”。在一种配置中，对应于谐振器200的总体频率的波长将为2W。该波长的一半是W，其为对应于谐振器200的谐振频率的波长。因此，谐振器100的谐振频率可通过知晓第一间距118和第二间距120的值来计算。用于计算任何频率的公式是将光速除以相关波长。在一种配置中，谐振器200的谐振频率约为700MHz。

由第一电极104传送的信号导致以约为谐振器200的频率的四分之一(1/4)的频率发生的杂散响应。由第二电极106传送的信号还导致以约为谐振器200的频率的3/4的频率发生的另一杂散响应。例如，谐振器的总体频率为1400MHz，其中谐振频率在700MHz(1400MHz的1/2)处。那么将至少有在约350MHz(1400MHz的1/4)处的第一不期望杂散响应和在约1050MHz(1400MHz的3/4)处的第二不期望杂散响应。因此，核102上的电极的位置导致在不同频率处发生不同杂散响应。

谐振器200中的核102的边缘经历最大机械位移。例如，这些边缘将在正“+x”线性方向上经历最多位移。谐振器100中的核102的正中经历最小机械位移。例如，该中间将在负“-x”线性方向上经历最低位移。

在第一区域和第二区域处经历更中性的机械位移。其中可放置第一电极104的第一区域在核102的一个外缘与核102的中间之间的中点处。其中可放置第二电极106的第二区域在核102的另一外缘(不是第一区域的外缘)与核102的中间之间的中点处。由于第一区域和第二区域具有更中性的位移，因而它们还具有最大电荷和最强电场。电极(诸如第一电极104或第二电极106)在被置于第一区域和第二区域的情况下拾取第一区域和第二区域中生成的大量电荷。

谐振器设计中存在电极导致在除谐振频率以外的频率处的不想要的杂散响应。谐振器的移动还包括该谐振器在如上所述的各种频率处的移动。因此，根据本公开的一方面，不平衡谐振器设计通过减少或甚至消除杂散响应和/或通过将杂散频率移至不影响谐振器操作的频率来减少在不想要的频率处的杂散响应的存在。

谐振器200是不平衡的，因为修改上述尺寸(例如，第一电极宽度202、第二电极宽度204、第一悬伸距离206和第二悬伸距离208)使第一电极104和第二电极106变得不对称，由此还摆脱了谐振器200的其余部分的平衡和对称。这种不平衡允许对谐振器性质进行调整以抑制在不期望频率处发生的杂散响应。在一种配置中，可通过调整上述尺寸(例如，第一电极宽度202、第二电极宽度204、第一悬伸距离206和第二悬伸距离208)来降低在不期望频率处的杂散响应强度多达15dB或更多。在一种配置中，第一电极宽度202与第二电极宽度204之间的差值范围从约0.2μm到约0.4μm。在一种配置中，第一悬伸距离206与第二悬伸距离208之间的差值范围从约0.2μm到约0.4μm。

可在级联、多级谐振器配置中放大对滤波器的不想要的杂散响应频率的拒绝/抑制。在一种配置中，如果在一级中减小的不想要的杂散响应频率为15dB，则其在两级中变为30dB，在三级中变为45dB，以此类推。在级联、多级配置中，杂散响应频率被显著衰减，而一些主频留存，诸如谐振频率。级联、多级办法还抑制不想要的毛刺(例如，杂散频率响应)，而无需使用外部无源组件，诸如电感器和电容器。这节省了空间及制造成本。

图3是根据本公开的一方面的多指谐振器300的立体视图。多指谐振器300包括左侧的第一谐振器130(其等同于图1中的谐振器100)、以及右侧的第二谐振器330(其也等同于图1中的谐振器100)。多指谐振器300的耙指是图3中所示的四个电极：第一电极104、第二电极106、第三电极304和第四电极306。在一种配置中，调整最外侧电极—第一电极104和第四电极306—的放置将控制或抑制多指谐振器300中的最大杂散响应。多指谐振器300的配置还可被用于通过具有更多耙指以使谐振器电路与具有特定电阻(例如，50Ω)的射频(RF)环境相匹配来降低总体设备的总电阻抗。

核132、第一电极104、第二电极106、接地端子108、第一电场110、第一机械位移112、第二机械位移122、第二电场124、第一信号114和第二信号116可分别等同于核302、第三电极304、第四电极306、接地端子308、第一电场310、第一机械位移312、第二机械位移322、第二电场324、第三信号314和第四信号316。在一种配置中，第一信号114与第三信号314相同，并且第二信号116与第四信号316相同。在一种配置中，多指谐振器300共享单个接地端子(未示出)，而不是具有接地端子108和接地端子308。

在一种配置中，在多指谐振器结构中可存在奇数个(例如，3个、5个、7个、9个等)耙指或电极。例如，在三个电极的情形中，总体设备的性质将被建模成一又二分之一(1.5)个谐振器。半(0.5)谐振器结构将是一个电极，并且也将具有一个电极的频率性质。在具有奇数个耙指的任何多指谐振器中，这些电极的放置将控制或抑制任何杂散响应。调整最外侧电极的放置还将控制或抑制最大杂散响应。

图4是根据本公开的一方面的多指谐振器400的侧视图。多指谐振器400类似于图3的多指谐振器300。在该配置中，多指谐振器400具有蚀刻槽326。

蚀刻槽326可被放置在多指谐振器结构中的任何两个谐振器之间以引入声学边界条件。在一种配置中，蚀刻槽326被放置在任何两个耙指或任何两个电极之间以同样引入声学边界。声学边界是一种将偏移置于总体谐振器电路中的方式，其可在多指谐振器400中更改周期性或创建附加非对称性。例如，如果两个谐振器或两个耙指由蚀刻槽(诸如蚀刻槽326)分隔开，则可选择性地激励一个谐振器或一个耙指而同时消除或减少来自其他谐振器或耙指的频率响应。换言之，可选择性地激励某些谐振模式，而其他谐波模式(诸如由不想要的杂散响应频率导致的杂散模式)可被抑制。还可经由选择性地放置蚀刻槽(诸如蚀刻槽326)来调谐总体谐振器的谐振频率。

在一种配置中，蚀刻槽326具有深度0.2μm。可使用典型的蚀刻规程(诸如干法等离子体蚀刻或湿法化学蚀刻)来创建蚀刻槽326。在一种配置中，谐振器被周期性地附连在多指谐振器结构中，每个谐振器配置有可被连续地调整的不平衡、非对称电极宽度和悬伸距离。此类多指谐振器结构可伸缩至多个、偶数耙指量，诸如2、4、6、8等。

图4的多指谐振器400也具有包括第一电极宽度202、第二电极宽度204、第一悬伸距离206和第二悬伸距离208的尺寸，这些尺寸类似于针对图2的谐振器200所描述的相同尺寸。在一种配置中(未示出)，存在多指谐振器400的一个共享接地端子，而不是接地端子108和接地端子308。

由此，公开了杂散模式抑制。可以在可支持不同通信标准的多个通带的滤波器中实现配置成用于杂散模式抑制的谐振器。通过抑制杂散模式，减少了不想要的频率。

图5是解说根据本公开的一方面的制作谐振器的方法500的过程流程图。在框502，形成压电核(诸如图1-2中的核102或图3-4中的核132和核302)。在框504，可在该压电核上布置电极(诸如图1-4中的第一电极104和第二电极106和/或图3-4中的第三电极304和第四电极306)。在一种配置中，通过改变电极宽度或悬伸距离来非对称地布置这组电极以创建不平衡谐振器。在框506，在该压电核上形成至少一个接地端子(诸如图1-4中的接地端子108或图3-4中的接地端子308)。

在一种配置中，遵循从底至顶序列来形成根据本公开的一方面的谐振器。在该配置中，首先形成该至少一个接地端子。一旦形成，就在该至少一个接地端子上形成压电核。随后在该压电核上布置电极。最后，在该压电核中形成蚀刻槽。

在一种配置中，可在该压电核的任何表面上形成接地端子。这些电极包括至少一个输入电极和至少一个输出电极。在一种配置中，该输入电极和接地端子在该压电核的一个表面上，并且该输出电极和另一接地端子在该压电核的相对的表面上。在另一配置中，该输入电极和该输出电极在该压电核的一个表面上，并且该接地端子在该压电核的相对的表面上。

本公开的一个方面包括用于导电的装置。该用于导电的装置包括图1-4中的第一电极104、第二电极106、第三电极304和第四电极306。还构想了该导电装置的其他结构。用于耦合至接地的装置包括图1-2中的接地端子108以及图3-4中的接地端子108和接地端子308。

图6是示出其中可有利地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统600的框图。出于解说目的，图6示出了三个远程单元620、630和650以及两个基站640。将认识到，无线通信系统可具有远多于此的远程单元和基站。远程单元620、630和650包括包含所公开的谐振器的IC设备625A、625C和625B。将认识到，其他设备也可包括所公开的谐振器，诸如基站、交换设备、和网络装备。图6示出了从基站640到远程单元620、630和650的前向链路信号680，以及从远程单元620、630和650到基站640的反向链路信号690。

在图6中，远程单元620被示为移动电话，远程单元630被示为便携式计算机，而远程单元650被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，这些远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理)、启用GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如仪表读数装置)、或者存储或取回数据或计算机指令的其他设备、或者其组合。尽管图6解说了根据本公开的各方面的远程单元，但本公开并不被限定于所解说的这些示例性单元。本公开的各方面可以合适地在包括所公开的谐振器的许多设备中使用。

图7是解说用于半导体组件(诸如以上公开的谐振器)的电路、布局以及逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站700包括硬盘701，该硬盘701包含操作系统软件、支持文件、以及设计软件(诸如Cadence或OrCAD)。设计工作站700还包括促成对电路710或半导体组件712(诸如谐振器)的设计的显示器702。提供存储介质704以用于有形地存储电路710或半导体组件712的设计。电路710或半导体组件712的设计可以用文件格式(诸如GDSII或GERBER)存储在存储介质704上。存储介质704可以是CD-ROM、DVD、硬盘、闪存、或者其他合适的设备。此外，设计工作站700包括用于从存储介质704接受输入或者将输出写到存储介质704的驱动装置703。

存储介质704上记录的数据可指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据、或者用于串写工具(诸如电子束光刻)的掩模图案数据。该数据可进一步包括与逻辑仿真相关联的逻辑验证数据，诸如时序图或网电路。在存储介质704上提供数据通过减少用于设计半导体晶片的工艺数目来促成电路710或半导体组件712的设计。

对于固件和/或软件实现，这些方法体系可以用执行本文所描述功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器单元来执行。存储器可以在处理器单元内或在处理器单元外部实现。如本文所用的，术语“存储器”是指长期、短期、易失性、非易失性类型存储器、或其他存储器，而并不限于特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储在其上的介质的类型。

如果以固件和/或软件实现，则功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机存取的可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。

除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些指令和数据被配置成使一个或多个处理器实现权利要求中叙述的功能。

尽管已详细描述了本公开及其优势，但是应当理解，可在本文中作出各种改变、替代和变更而不会脱离如由所附权利要求所定义的本公开的技术。例如，诸如“上方”和“下方”之类的关系术语是关于基板或电子器件使用的。当然，如果该基板或电子器件被颠倒，则上方变成下方，反之亦然。此外，如果是侧面取向的，则上方和下方可指代基板或电子器件的侧面。而且，本申请的范围并非旨在被限定于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定配置。如本领域的普通技术人员将容易从本公开领会到的，根据本公开，可以利用现存或今后开发的与本文所描述的相应配置执行基本相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。