CN116248075A

CN116248075A - 双工器

Info

Publication number: CN116248075A
Application number: CN202111643803.5A
Authority: CN
Inventors: 杨金龙
Original assignee: Richwave Technology Corp
Current assignee: Richwave Technology Corp
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2041-12-29
Also published as: CN116248075B; US20230179232A1; TWI803091B; TW202324947A; US11700022B2

Abstract

一种双工器，包含有一第一滤波电路及一第二滤波电路。该第一滤波电路用以提供一第一信号路径予一第一射频信号，以及包含有一第一可调式共振电路，用以调整对应于该第一射频信号的一第一倍频的一第一传输零点。该第二滤波电路用以提供一第二信号路径予一第二射频信号，以及包含有一第二可调式共振电路，用以调整对应于该第二射频信号的一第一倍频的一第一传输零点。其中，该第一滤波电路对应于该第一射频信号的该第一倍频为该第一射频信号的一四次谐波。

Description

双工器

技术领域

本发明相关于一种双工器，尤指一种用于双频WiFi应用(dual-band WiFiapplication)的双工器。

背景技术

双工器(diplexer)可实现在同一传输线或天线上传送或接收两种不同频率的信号，一般常见的双工器包含有低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic，LTCC)双工器、集成无源器件(integrated passive device，IPD)双工器及薄膜(thin film)双工器。然而，上述双工器难以在插入损耗(insertion loss，IL)、体积大小、制作成本及阻带抑制(stop-band suppression)之间取得权衡。因此，如何设计低插入损耗、体积小、低成本以及可维持良好的阻带抑制的双工器为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于双频WiFi应用的双工器，以解决上述问题。本发明揭露一种双工器，包含有一第一端、一第一滤波电路、一第二端一第二滤波电路及一第三端。该第一滤波电路耦接到该第一端，用以提供一第一信号路径予一第一射频信号，以及包含有一第一可调式共振电路，用以调整对应于该第一射频信号的一第一倍频的一第一传输零点。该第二端耦接到该第一滤波电路。该第二滤波电路耦接到该第一端，用以提供一第二信号路径予一第二射频信号，以及包含有一第二可调式共振电路，用以调整对应于该第二射频信号的一第一倍频的一第一传输零点。该第三端耦接到该第二滤波电路。其中，该第一滤波电路对应于该第一射频信号的该第一倍频为该第一射频信号的一四次谐波。

附图说明

图1为本发明实施例双工器的示意图。

图2为本发明实施例双工器的布局的示意图。

图3为本发明实施例双工器的插入损耗的示意图。

符号说明

10:双工器

100:第一滤波电路

102:第一可调式共振电路

1020,1120:电容电路

1022,1122:电感电容串行电路

104:第一共振单元

106:第二共振单元

110:第二滤波电路

112:第二可调式共振电路

114:共振单元

E1:第一端

E2:第二端

E3:第三端

L1,L2,L3,L4:电感

C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8:电容

T1,T2:晶体管

BW:打线

20:布局

30:插入损耗

302,312:曲线

具体实施方式

图1为本发明实施例双工器(diplexer)10的示意图。双工器10包含有第一端E1、第一滤波电路(filter circuit)100、第二端E2、第二滤波电路110及第三端E3。第一滤波电路100耦接到第一端E1，用以提供一第一信号路径予一第一射频(radio frequency，RF)信号。第一滤波电路100包含有第一可调式共振电路(tunable resonant circuit)102。第一可调式共振电路102可用来调整对应于第一射频信号的第一倍频(multiple frequency)的第一传输零点(transmission zero)。第二端E2耦接到第一滤波电路100。第二滤波电路110耦接到第一端E1，用以提供一第二信号路径予一第二射频信号。第二滤波电路110包含有第二可调式共振电路112。第二可调式共振电路112可用以调整对应于第二射频信号的第一倍频的第一传输零点。第三端E3耦接到第二滤波电路110。在一实施例中，第一射频信号的第一倍频是第一射频信号的一四次谐波(fourth harmonic)。也就是说，根据第一射频信号的第一倍频的第一传输零点，第一滤波电路100的第一可调式共振电路102可滤除第一射频信号的四次谐波的信号。

在一实施例中，第一射频信号的一频率与第二射频信号的一频率不同。在一实施例中，第一射频信号的频率的一范围与第二射频信号的频率的一范围之间大致上具有一倍数关系。举例来说，第二射频信号的频率的范围可为第一射频信号的频率的范围的二倍，但不限于此。比方说，可根据一通讯协议(例如IEEE802.11通讯协议)，以决定第一射频信号的频率的范围及第二射频信号的频率的范围。例如，第一射频信号的频率的范围可在2.4GHz到2.483GHz之间，而第二射频信号其频率范围可在5.15GHz到5.85GHz之间。亦即，在此实施例中，第二射频信号的频率约略为第一射频信号的频率的两倍。

在一实施例中，第一滤波电路100另包含有第一共振单元(resonant unit)104及第二共振单元106。第一共振单元104耦接于第一端E1及第一可调式共振电路102之间，用以提供对应于第一射频信号的二次谐波(second harmonic)的一第二传输零点。第二共振单元106耦接于第一共振单元104及第一可调式共振电路102之间，用以提供对应于第一射频信号的三次谐波(third harmonic)的一第三传输零点。也就是说，第一共振单元104及第二共振单元106可分别滤除第一射频信号的二次谐波及三次谐波的信号。亦即，经由第一可调式共振电路102、第一共振单元104及第二共振单元106，以及其分别对应的第一射频信号的第一传输零点、第二传输零点及第三传输零点，第一滤波电路100可分别滤除第一射频信号的四次谐波、二次谐波及三次谐波信号。

在一实施例中，双工器10的第一可调式共振电路102另包含有一电容电路1020，电容电路1020包含有一电容C1及一晶体管T1，以及晶体管T1与电容C1串联。第一可调式共振电路102可包含有一电感电容串行电路(LC series circuit)1022，第一可调式共振电路102的电感电容串行电路1022与第一可调式共振电路102的电容电路1020并联。根据电容电路1020中的晶体管T1(例如根据晶体管T1所接收的控制电压或其他参数)，电容电路1020的一电容值被调整。例如，可藉由调整晶体管T1所接收的控制电压，电容电路1020可视作为可变电容，藉由调整电容电路1020的电容值，可藉此调整对应于第一射频信号的四次谐波的第一传输零点。或者，在晶体管T1做为可变电容的操作下，晶体管T1所接收的控制电压可根据互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)的制程而调整。例如，对于使用0.18微米(μm)的互补式金属氧化物半导体技术(CMOS technology)的晶体管T1来说，可选择0～1.8伏特做为晶体管T1所接收的控制电压。藉由晶体管T1，第一可调式共振电路102可有效克服制程变异，进而维持良好的传输零点的位置。电容电感串行电路1022包含有一电感L1及一电容C2。第一可调式共振电路102可包含有一电感L1(即电容电感串行电路1022中的电感L1)，第一可调式共振电路102的电感L1具有一螺旋方向。第二可调式共振电路112包含有一电感L2，第二可调式共振电路112的电感L2具有一螺旋方向。第一可调式共振电路102的电感L1的螺旋方向可与第二可调式共振电路112的电感L2的螺旋方向不同。

在一实施例中，第二滤波电路110另包含有共振单元114。共振单元114耦接在第一端E1及第二可调式共振电路112之间，用以提供对应于第二射频信号的一第二传输零点。也就是说，共振单元114可滤除第二射频信号当中不想要的特定频率的噪声信号。

在一实施例中，双工器10的第二可调式共振电路112包含有电感电容串行电路1122及电容电路1120。第二可调式共振电路112的电感电容串行电路1122可包含有一电感L2及一电容C3。第二可调式共振电路112的电容电路1120可包含有一电容C4及一晶体管T2。晶体管T2与电容C4串联，用以调整第二可调式共振电路112的电容电路1120的一电容值。根据电容电路1120中的晶体管T2(例如根据晶体管T2所接收的控制电压或其他参数)，电容电路1120的一电容值被调整。也就是说，藉由调整晶体管T2所接收的控制电压，电容电路1120可视作为可变电容，藉由调整电容电路1120的电容值，可调整对应于第二射频信号的二次谐波的该第二射频信号的该第一传输零点的位置。在晶体管T2做为可变电容的操作下，晶体管T2所接收的控制电压可根据互补式金属氧化物半导体的制程而调整。例如，对于使用0.18微米的互补式金属氧化物半导体技术的晶体管T2来说，可选择0～1.8伏特做为晶体管T2所接收的控制电压。藉由晶体管T2，第二可调式共振电路112可有效克服制程变异，进而维持良好的传输零点的位置。此外，由于第二滤波电路110中的电容C3及电容C4的电容值较小，较易因为制程变异而产生漂移。藉由晶体管T2做为可变电容的特性，电容C3及电容C4因制程变异而产生的漂移可被克服，以维持第二射频信号的第一传输零点的良好位置。

此外，第一滤波电路100的第一共振单元104可包含一电感L3及一电容C5。第一共振单元104的电感L3与电容C5并联。第一滤波电路100的第一共振单元104的电感L3具有一螺旋方向。第一滤波电路100的第二共振单元106包含有一电容C6及一打线(bondwire)BW。第二共振单元106的打线BW与电容C6串联。也就是说，透过电感L3及电容C5所组成的电感电容并联电路，第一共振单元104可滤除第一射频信号的二次谐波信号。透过打线BW及电容C6所组成的电路，第一滤波电路100的第二共振单元106可滤除第一射频信号的三次谐波信号。在一实施例中，第二滤波电路110的共振单元114包含有一电感L4及一电容C7。共振单元114的电感L4与电容C7串联。共振单元114的电感L4具有一螺旋方向。也就是说，透过电感L4及电容C7所组成的电感电容串行电路，第二滤波电路110的共振单元114可滤除对应于第二射频信号的第二传输零点的位置的频率信号。举例来说，当第二射频信号的频率落在5.15GHz到5.85GHz之间时，共振单元114对应的第二射频信号的第二传输零点可滤除频率在2.4GHz左右的信号。

举例来说，第二滤波电路110可包含有共振单元114以提供对应于第二射频信号的一第二传输零点。换言之，共振单元114可滤除第二射频信号当中不想要的特定频率的噪声信号。例如，第二滤波电路110可包含有第二传输零点。当第二射频信号(如5GHz的信号)通过第二信号路径时，该第二传输零点可滤除其中对应到第一射频信号(如2.4GHz的信号)的噪声，以此降低信号接收端的干扰，以维持双工器10的效能。第二滤波电路110的第二可调式共振电路112提供对应于第二射频信号的第一倍频的第一传输零点。例如，此第一倍频可为第二射频信号的二次谐波。因此，第二可调式共振电路112可滤除第二射频信号(如5GHz的信号)的二次谐波信号。

在一实施例中，第一滤波电路100的电感L1的螺旋方向及第一滤波电路100的电感L3螺旋方向相同；而此螺旋方向与第二滤波电路110的电感L2的螺旋方向及第二滤波电路110的电感L4的螺旋方向不同。举例来说，电感L2与电感L4的螺旋方向可为顺时钟方向(clockwise)，而电感L1与电感L3的螺旋方向可为逆时钟方向(counterclockwise)。

在一实施例中，第二滤波电路110另包含有一电容C8，以及电容C8耦接在第一端E1及第二可调式共振电路112之间。

在一实施例中，第一滤波电路100及第二滤波电路110由绝缘体上硅技术(siliconon insulator，SOI)构成。在其他实施例中，亦可将所使用的电容组件以及电感组件以集成无源器件(integrated passive device，IPD)实现，而所使用的晶体管可依实际需求使用互补式金属氧化物半导体制程，以此藉由使用集成无源器件制程的被动组件，将可有效减少所需的成本。

在一实施例中，从第一端E1或第二端E2，第一滤波电路100接收第一射频信号；或者，第一滤波电路100传送第一射频信号到第一端E1或第二端E2。也就是说，第一端E1及第二端E2可做为第一滤波电路100的信号传送端，也可做为第一滤波电路100的信号接收端。第一滤波电路100提供予第一射频信号的第一信号路径可为从第一端E1到第二端E2，也可为从第二端E2到第一端E1。在一实施例中，从第一端E1或第三端E3，第二滤波电路110接收第二射频信号；或者，第二滤波电路110传送第二射频信号到第一端E1或第三端E3。也就是说，第一端E1及第三端E3可做为第二滤波电路110的信号传送端，也可做为第二滤波电路110的信号接收端。第二滤波电路100提供予第二射频信号的第二信号路径可为从第一端E1到第三端E3，也可为从第三端E3到第一端E1。

图2为本发明实施例双工器10布局(layout)20的示意图。为方便说明，在图2中仅绘出双工器10的电感L1、电感L2、电感L3及电感L4的布局，而未绘出双工器10其他组件的布局。如图2所示，在双工器10的第一滤波电路100中，第一可调式共振电路102包含有电感L1，而第一共振单元104包含有电感L3。电感L1及电感L3具有一螺旋方向，该螺旋方向可为逆时钟方向。在双工器10的第二滤波电路110中，第二可调式共振电路包含有电感L2，以及共振单元114包含有电感L4。电感L2及电感L4具有一螺旋方向，该螺旋方向可为顺时钟方向。也就是说，第一可调式共振电路102的电感L1的螺旋方向(如逆时钟方向)与第二可调式共振电路112的电感L2的螺旋方向(如顺时钟方向)不同。第一共振单元104的电感L3的螺旋方向(如逆时钟方向)与共振单元114的电感L4的螺旋方向(如顺时钟方向)不同。藉由将第一滤波电路100的电感(即电感L1、L3)及第二滤波电路110的电感(即电感L2、L4)设计为不同的螺旋方向，双工器10的组件之间的磁耦合可被减低，以减少双工器10的组件之间的电性干扰。

此外，由于双工器10使用的电感数量(即4个电感)较习知技术的双工器的电感数量少，双工器10可设计于600μm×600μm的高电阻性硅基板上，相较于习知技术的双工器需设计在1600μm×800μm的基板上，本发明揭露的双工器10的电路设计面积较小。

图3为本发明实施例双工器10的插入损耗30的示意图。在图3中，横轴代表射频信号频率，单位为吉赫兹(GHz)；纵轴为射频信号的插入损耗(insertion loss，IL)，单位为分贝(dB)。第一射频信号以2.4GHz为基频信号。曲线302为第一射频信号通过双工器10的第一滤波电路100的插入损耗。如图3中的曲线302所示，当第一射频信号通过双工器10的第一滤波电路100时，第一射频信号的二次谐波(约4.8GHz附近)、三次谐波(约7.2GHz附近)及四次谐波(约9.6GHz附近)的插入损耗分别约为-40dB(即第一滤波电路100的第一共振单元104所提供的第二传输零点)、-43dB(即第一滤波电路100的第二共振单元106所提供的第三传输零点)及-31dB(即第一滤波电路100的第一可调式共振电路102所提供的第一传输零点)。也就是说，本发明双工器10的三个传输零点阻断基频信号的二次谐波、三次谐波及四次谐波的效果优于习知技术的双工器的对应传输零点。

请继续参考图3，第二射频信号以5GHz为基频信号。曲线312为第二射频信号通过双工器10的第二滤波电路110的插入损耗。习知技术的双工器所提供的传输零点的位置约在2.5GHz及3.2GHz附近，其插入损耗分别约为-33dB及-38dB。当第二射频信号通过双工器10的第二滤波电路110时，较为明显的传输零点的频率约在11.5GHz附近(即第二滤波电路110的第二可调式共振电路112所提供的第一传输零点)。第二滤波电路110提供对应于第二射频信号的第二传输零点的频率约在2.6GHz附近，其插入损耗约为-36dB(即第二滤波电路110的共振单元114所提供的第二传输零点)。也就是说，即使习知技术的双工器与双工器10的第二滤波电路110都提供对应于第二射频信号的两个传输零点，习知技术的双工器无法滤除第二射频信号的二次谐波的信号。相较之下，本发明双工器10的提供对应于第二射频信号的二次谐波的传输零点，可滤除第二射频信号的二次谐波的信号。

综上所述，本发明揭露一种双工器，用以提供低插入损耗、体积小、低成本以及可维持良好的阻带抑制的WiFi应用双工器。本发明揭露的双工器在低频信号的二次谐波及三次谐波的过滤效果优于习知技术的双工器，以及在使用较少电感数量的情形下，可有效减少电路设计的面积及成本，使双工器在简单的架构下同时具有良好的性能。因此，本领域的问题可被解决。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种双工器，其特征在于，包含有：

一第一端；

一第一滤波电路，耦接到该第一端，用以提供一第一信号路径予一第一射频信号，其中该第一滤波电路包含有：

一第一可调式共振电路，用以调整对应于该第一射频信号的一第一倍频的一第一传输零点；

一第二端，耦接到该第一滤波电路；

一第二滤波电路，耦接到该第一端，用以提供一第二信号路径予一第二射频信号，其中该第二滤波电路包含有：

一第二可调式共振电路，用以调整对应于该第二射频信号的一第一倍频的一第一传输零点；以及

一第三端，耦接到该第二滤波电路；

其中该第一滤波电路对应于该第一射频信号的该第一倍频为该第一射频信号的一四次谐波。

2.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，其中该第一射频信号的一频率与该第二射频信号的一频率不同。

3.如权利要求2所述的双工器，其特征在于，其中该第一射频信号的该频率的一范围与该第二射频信号的该频率的一范围之间具有一倍数关系。

4.如权利要求3所述的双工器，其特征在于，其中根据IEEE 802.11通讯协议，该第一射频信号的该频率的该范围及该第二射频信号的该频率的该范围被决定。

5.如权利要求2所述的双工器，其特征在于，其中该第一滤波电路另包含有对应于该第一射频信号的一第二倍频的一第二传输零点，该第二倍频为该第一射频信号的一二次谐波。

6.如权利要求5所述的双工器，其特征在于，其中该第一滤波电路另包含有对应于该第一射频信号的一第三倍频的一第三传输零点，该第三倍频为该第一射频信号的一三次谐波。

7.如权利要求5所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路包含有一电感，该第一可调式共振电路的该电感具有一螺旋方向；该第二可调式共振电路包含有一电感，该第二可调式共振电路的该电感具有一螺旋方向；以及该第一可调式共振电路的该电感的该螺旋方向与该第二可调式共振电路的该电感的该螺旋方向不同。

8.如权利要求2所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路包含有一电容电路，该电容电路包含有一电容及一晶体管，以及该电容电路的该晶体管与该电容电路的该电容串联。

9.如权利要求8所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路包含有一电感电容串行电路，该第一可调式共振电路的该电感电容串行电路与该电容电路并联，其中根据该电容电路的该晶体管，该电容电路的一电容值被调整。

10.如权利要求9所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路包含有一电感，该第一可调式共振电路的该电感具有一螺旋方向；该第二可调式共振电路包含有一电感，该第二可调式共振电路的该电感具有一螺旋方向；以及该第一可调式共振电路的该电感的该螺旋方向与该第二可调式共振电路的该电感的该螺旋方向不同。

11.如权利要求2所述的双工器，其特征在于，其中该第二滤波电路另包含有对应于该第二射频信号的该第一倍频的该第一传输零点，以及该第二滤波电路的该第一倍频为该第二射频信号的一二次谐波。

12.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，其中该第一滤波电路另包含有：一第一共振单元，耦接在该第一端及该第一可调式共振电路之间，用以提供对应于该第一射频信号的一二次谐波的一第二传输零点；以及

一第二共振单元，耦接在该第一共振单元及该第一可调式共振电路之间，用以提供对应于该第一射频信号的一三次谐波的一第三传输零点。

13.如权利要求12所述的双工器，其特征在于，其中该第二滤波电路另包含有：一共振单元，耦接在该第一端及该第二可调式共振电路之间，用以提供对应于该第二射频信号的一第二传输零点。

14.如权利要求13所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路包含有一电感电容串行电路及一电容电路，该第一可调式共振电路的该电感电容串行电路包含有一电感及一电容，以及该第一可调式共振电路的该电感电容串行电路的该电感具有一螺旋方向。

15.如权利要求14所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路的该电容电路包含有：

一电容；以及

一晶体管，与该电容串联，用以调整该第一可调式共振电路的该电容电路的一电容值。

16.如权利要求15所述的双工器，其特征在于，其中该第二可调式共振电路包含有一电感电容串行电路及一电容电路，该第二可调式共振电路的该电感电容串行电路包含有一电感及一电容，以及该第二可调式共振电路的该电容电感串行电路的该电感具有一螺旋方向。

17.如权利要求16所述的双工器，其特征在于，其中该第二可调式共振电路的该电容电路包含有：

一电容；以及

一晶体管，与该电容串联，用以调整该第二可调式共振电路的该电容电路的一电容值。

18.如权利要求17所述的双工器，其特征在于，其中：

该第一滤波电路的该第一共振单元包含有一电感及一电容，第一共振单元的该电感与该电容并联，以及第一共振单元的该电感具有一螺旋方向；以及

该第一滤波电路的该第二共振单元包含有：

一电容；以及

一打线，与该电容串联。

19.如权利要求18所述的双工器，其特征在于，其中该第二滤波电路的该共振单元包含有一电感及一电容，该共振单元的该电感及该电容串联，以及该共振单元的该电感具有一螺旋方向。

20.如权利要求19所述的双工器，其特征在于，其中该第一可调式共振电路的该电感电容串行电路的该电感的该螺旋方向及该第一滤波电路的该第一共振单元的该电感的该螺旋方向与该第二可调式共振电路的该电容电感串行电路的该电感的该螺旋方向及该第二滤波电路的该共振单元的该电感的该螺旋方向不同。