一种可调滤波器和通信设备的制作方法

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种可调滤波器和通信设备。背景技术：2.随着通信技术高速发展，对器件小型化和集成化的要求越来越严苛，基于声学滤波器的可调滤波器技术应运而生。声学滤波器尺寸小且集成度高，在终端应用越来越广泛，但基于此的可调滤波器技术虽有不断深入的研究，但还没有实例的应用产品。主要因其十分有限的移频范围，并且无法保证移频之后的滤波器的性能稳定。技术实现要素：3.有鉴于此，本发明提出一种可调滤波器及通讯设备，结合声学谐振器和可调电容不同组合形式的变换应用，对谐振器面积和电容容值等的限定，最终可以实现灵活可靠的频率调节效果。4.本发明第一方面提出一种滤波器，包括多个谐振单元，所述谐振单元包含声学谐振器和可调电容。5.可选地，所述多个谐振单元构成梯形结构或者格型架构。6.可选地，该滤波器中的各串联的谐振单元中的谐振器的面积的标准差σ小于8000，或者小于5000，或者小于2000；该滤波器中的各并联的谐振单元中的谐振器的面积的标准差σ小于6000，或者小于2000，或者小于 1000；所述σ的计算公式为：[0007][0008]其中，n为串联或并联的谐振单元个数；xi为第i个谐振单元中的谐振器面积(1≤i≤n)，单位为μm2；为n个谐振单元中的谐振器面积的平均值，单位为μm2。[0009]可选地，所述多个谐振单元的结构包括如下一种或几种：a型结构：声波谐振器与第二可调电容构成并联体，该并联体与第一可调电容构成串联体，该串联体两端作为a型结构的两端；b型结构：声波谐振器与第一可调电容构成串联体，该串联体与第二可调电容构成并联体，该并联体两端作为b型结构的两端；a/b型结构：声波谐振器第二端与第一可调电容第一端以及切换开关第一静触头连接，第一可调电容第二端与切换开关第二静触头连接，切换开关动触头与第二可调电容第二端连接，第二可调电容第一端与声波谐振器第一端连接，声波谐振器第一端和第一可调电容第一端作为谐振单元的两端；或者，所述a型结构的两端分别与第一切换开关和第二切换开关的第一静触头连接，所述b型结构的两端分别与第一切换开关和第二切换开关的第二静触头连接，第一切换开关和第二切换开关的动触头作为谐振单元的两端。[0010]可选地，所述多个谐振单元构成梯形结构，其中：各个串联的谐振单元均为所述a型结构，各个并联的谐振单元均为所述b型结构；或者，各个串联的谐振单元均为所述b型结构，各个并联的谐振单元均为所述a 型结构；或者，各个串联的谐振单元均为所述a/b型结构，各个并联的谐振单元均为所述a/b型结构。[0011]可选地，所述第一可调电容的取值范围是0.5至25pf，或者1至20pf，或者2至15pf；所述第二可调电容的取值范围是0.05至6pf，或者0.1至 4pf，或者0.2至2pf。[0012]可选地，所述多个谐振单元的结构包括如下一种或几种：c型结构：声波谐振器、第一可调电容、第一电感依次串联，构成的串联体的两端作为c型结构的两端，声波谐振器两端并联第二可调电容，还并联第二电感；d型结构：声波谐振器、第一可调电容、第一电感依次串联，构成的串联体的两端作为d型结构的两端，该串联体两端并联第二可调电容，还并联第二电感；c/d型结构：声波谐振器、第一可调电容、第一电感依次串联，构成的串联体的两端作为c/d型结构的两端，切换开关第一静触头连接至声波谐振器和第一可调电容的连接点，第二静触头连接至c/d型结构第二端，第二可调电容和第二电感此二者第一端连接至c/d型结构第一端，此二者第二端连接至切换开关动触头；或者，c/d型结构为：所述c型结构的两端分别与第一切换开关和第二切换开关的第一静触头连接，所述d型结构的两端分别与第一切换开关和第二切换开关的第二静触头连接，第一切换开关和第二切换开关的动触头作为c/d型结构的两端。[0013]可选地，所述多个谐振单元构成梯形结构，其中：各个串联的谐振单元均为所述c型结构，各个并联的谐振单元均为所述d型结构；或者，各个串联的谐振单元均为所述d型结构，各个并联的谐振单元均为所述c 型结构；或者，各个串联的谐振单元均为所述c/d型结构，各个并联的谐振单元均为所述c/d型结构。[0014]本发明第二方面提出一种通信设备，其包含本发明公开的任一项滤波器。[0015]根据本发明的技术方案，通过对可调电容并联或者串联固定值电感元件，可将电容的范围改变，可以根据应用的不同(即对各项指标的要求严苛程度不同)，灵活改变可调谐振单元的结构来实现可调滤波器功能，从而能够适应系统的不同调控需求，能够保证实际元件的可实现性。附图说明[0016]为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：[0017]图1是本发明实施方式的梯形架构的可调滤波器的电路示意图；[0018]图2a是本发明实施方式的可调滤波器使用串联的a型结构的谐振单元、并联的b型结构的谐振单元的结构示意图；[0019]图2b是本发明实施方式的可调滤波器使用串联的b型结构的谐振单元、并联的a型结构的谐振单元的结构示意图；[0020]图2c是本发明实施方式的可调滤波器使用a/b型结构的谐振单元的结构示意图；[0021]图3a是本发明实施方式的a型结构的谐振单元结构的示意图；[0022]图3b是本发明实施方式的b型结构的谐振单元结构的示意图；[0023]图3c是本发明实施方式的第一种a/b型结构的谐振单元结构示意图；[0024]图3d是本发明实施方式的第二种a/b型结构的谐振单元结构示意图；[0025]图4a是本发明实施方式的a型结构和b型结构的谐振单元的等效rs 随串联电容的变化趋势示意图；[0026]图4b是本发明实施方式的a型结构和b型结构的谐振单元的等效rp 随并联电容的变化趋势示意图；[0027]图5a是本发明实施方式的可调滤波器使用不同结构的可调的谐振单元的结构组合的效果对比图；[0028]图5b是图5a的局部区域放大图；[0029]图6a是本发明实施方式的a型结构和b型结构的谐振单元的等效fp 的变化量△fp随谐振器面积的变化趋势示意图；[0030]图6b是本发明实施方式的a型结构和b型结构的谐振单元的等效fs 的变化量△fs随谐振器面积的变化趋势示意图；[0031]图7a至图7c是本发明实施方式的第一款谐振器面积标准差较大的可调滤波器效果图；[0032]图8a至图8c是本发明实施方式的第二款谐振器面积标准差较小的可调滤波器效果图；[0033]图9是本发明实施方式的并联电容和串联电容的容值变化对频率的影响示意图；[0034]图10a是本发明实施方式的可调滤波器的调频效果(s21)示意图[0035]图10b是本发明实施方式的可调滤波器的调频效果(s21局部插损) 示意图；[0036]图10c是本发明实施方式的可调滤波器的调频效果(s11)示意图；[0037]图11本发明实施方式的可调滤波器使用串联的c型结构的谐振单元、并联的d型结构的谐振单元的结构示意图；[0038]图12a是本发明实施方式的c型结构的谐振单元结构示意图；[0039]图12b是本发明实施方式的d型结构的谐振单元结构示意图；[0040]图13是本发明实施方式的可调滤波器使用串联的d型结构的谐振单元、并联的c型结构的谐振单元的结构示意图；[0041]图14是本发明实施方式的可调滤波器使用c/d型结构的谐振单元的结构示意图；[0042]图15a是本发明实施方式的第一种c/d型结构的谐振单元结构示意图；[0043]图15b是本发明实施方式的第二种c/d型结构的谐振单元结构示意图；[0044]图16是本发明实施方式的格形架构的可调滤波器的电路示意图。具体实施方式[0045]本发明旨在提出一种可调滤波器，对可调的谐振单元类型采用不同的组合形式可实现不同的系统应用，即不同的指标性能。[0046]本发明实施方式的可调滤波器中，考虑到谐振器和可调电容构成的可调谐振单元，在电容变化量相同时候，谐振器面积不同，其对应的频率的变化量会有差异。设计时，在使用尽可能少的电容的情况下，例如，并联谐振器和串联谐振器分别用两个电容控制频率变化(并联电容ch和串联电容cs),需考虑同为并联或同为串联谐振器的面积差异范围尽量小。串联谐振器的面积大小的差异范围用标准差来限定，若要频移效果好：σ≤8000；若要频移效果更好：σ≤5000；若要频移效果进一步更好：σ≤2000。并联谐振器的面积差异范围同样用标准差来限定，若要频移效果更好：σ≤6000；若要频移效果更好：σ≤2000；若要频移效果进一步更好：σ≤1000。[0047]从高频到低频调谐滤波器，则并联和串联电容容值都是从小变大。本发明实施方式的可调滤波器中，将电容初始值的设置范围作了限定：为了使滤波器达到较好的性能指标，并联电容ch要尽可能小，串联电容cs 要尽可能大，同时考虑可调电容的可实现性，并联电容ch初始值范围为： 0.05至0.5pf；串联电容cs初始值范围为：0.5至5pf。反之，若从低频到高频调谐滤波器，则并联和串联电容值都是从大变小。并联电容ch初始值范围为：2至6pf；串联电容cs初始值范围为：15至25pf。故并联电容 ch取值范围为：0.05至6pf；串联电容cs取值范围为：0.5至25pf。若要得到更好的滤波器指标，可以将范围缩小为并联电容ch：0.1至4pf；串联电容cs：1至20pf。若要再进一步得到更好的滤波器指标，可以将范围缩小为并联电容ch：0.2至2pf；串联电容cs：2至15pf。[0048]本发明实施方式的可调滤波器中，可调电容的范围可以通过给电容再并联或串联电感来改变，这将更能适应系统的不同调控需求和保证实际元件的可实现性。[0049]如图1所示，本发明实施方式的可调滤波器，由多个并联和串联的可调谐振单元101构成。如图1所示为常用的梯形结构，现有滤波器中的串联谐振器和并联谐振器分别由串联的谐振单元和并联的谐振单元替代。[0050]可调的谐振单元由声学谐振器和可调电容构成，可调电容通过外部接入的控制信号改变容值，从而作用于谐振器来实现频率调节。下面实施例中，对于本发明中的可调滤波器的电容与谐振器的不同连接方式、谐振器面积分布和可调电容的容值范围等做出详细阐述。[0051]实施例1[0052]本实施例中采用的滤波器架构根据可调谐振单元的组合的不同分为三种，分别如图2a至图2c所示。图2a中，各个串联的谐振单元均为所述 a型结构，各个并联的谐振单元均为所述b型结构。图2b中，各个串联的谐振单元均为所述b型结构，各个并联的谐振单元均为所述a型结构。图2c中，各个串联的谐振单元均为所述a/b型结构，各个并联的谐振单元均为所述a/b型结构。[0053]可调的谐振单元的内部结构根据谐振器与可调电容的连接方式不同可以具体分为四种，如图3a至图3b所示。图3a所示的a型结构的可调的谐振单元中，谐振器先并联一可调电容312，再串联一可调电容212。图3b所示的b型结构的可调的谐振单元中，谐振器先串联一可调电容212，再并联一可调电容的结构213。图3c所示的第1种a/b型结构的可调的谐振单元结构中，与谐振器并联的可调电容通过内部开关234控制选择在串联电容的近谐振器端或是远谐振器端接入，来实现a型和b型的切换。图3d所示的第2种a/b型结构的可调的谐振单元结构中，直接通过两端的外部开关244来控制选择实现a型和b型的切换。[0054]可调谐振单元中并联或串联的电容的容值改变，对其等效的rs和rp 的影响不同，这直接作用于其构成的滤波器的各项指标参数。如图4a所示，同样的电容容值，a型结构的谐振单元的等效rp》b型结构的谐振单元的等效rp，且随着电容容值增大a型结构的谐振单元的等效rp恶化较慢。如图4b所示，对于同样的电容容值，a型结构的谐振单元的等效rs》b 型的可调谐振单元的等效rs。所以在设计中，若对插损要求严格，则串联谐振器可以采用b型结构的谐振单元，并联谐振器采用a型结构的谐振单元；若对左侧滚和抑制降要求严格，则串联谐振器可以采用a型结构的谐振单元；若对右侧滚降和抑制要求严格，则并联谐振器采用b型结构的谐振单元。[0055]图5a所示为采用不同可调谐振单元组合的滤波器的对比效果图，图 5b为图5a的局部区域放大图。实线代表的滤波器串联谐振器使用a型结构的谐振单元，并联谐振器使用b型结构的谐振单元，明显可见两侧滚降和近端抑制较好；虚线代表的滤波器串联谐振器采用b型结构的谐振单元，并联谐振器采用a型结构的谐振单元，相较实线滤波器插损提高了0.2db。[0056]由谐振器和可调电容构成的可调谐振单元，在电容变化量相同时候，谐振器若是面积不同，其相应的频率的变化量也会有差异。图6a中，横坐标为不同的谐振器面积，纵坐标表示并联电容ch由0.5pf增加到1pf所对应的谐振器fp(等效并联谐振频率)的变化量。图6b中，横坐标为不同的谐振器面积，纵坐标表示串联电容cs由1.5pf增加到2pf所对应的谐振器fs(等效串联谐振频率)的变化量。从图6a和图6b可以发现，面积不同的谐振器，其随电容改变而发生的频率变化量差异较大。尤其在较常用的25至100ω阻抗对应的谐振器面积范围上(此例中为6k-26kμm2)，频率变化差异量可达4mhz以上。这种由面积差异大的谐振器所构成的滤波器在使用可调电容调频时，滤波器调频时的精准度不高，而且滤波器的各项性能指标也很难保证。[0057]本发明实施方式的可调滤波器中，设计在使用尽可能少的电容的情况下，例如，并联谐振器和串联谐振器分别用两个电容(并联电容ch和串联cs)控制频率变化,需考虑同为并联或串联谐振器的面积差异范围尽量小。其中，串联谐振器的面积大小的差异范围用标准差来限定，若要频移效果好：σ≤8000；若要频移效果更好：σ≤5000；若要频移效果进一步更好：σ≤2000。另外，并联谐振器的面积差异范围同样用标准差来限定为，若要频移效果更好：σ≤6000；若要频移效果更好：σ≤2000；若要频移效果进一步更好：σ≤1000。其中[0058]σ的计算公式为：[0059][0060]其中，n为串联或并联的谐振单元个数；xi为第i个谐振单元中的谐振器面积(1≤i≤n)，单位为μm2；为n个谐振单元中的谐振器面积的平均值，单位为μm2。[0061]图7和图8分别是两款不同谐振器面积分布的可调滤波器效果图，对应的谐振器面积取值和面积分布标准差如表1所示。第一款滤波器的串联谐振器面积的标准差为7400，并联谐振器面积的标准差为3930，第二款滤波器的串联谐振器面积的标准差为4797，并联谐振器面积的标准差为 707。第一款滤波器的谐振器面积值分布明显广于第二款滤波器的，对应的频移效果明显不如第二款。以20mhz的滤波器带宽来看，第一款频移 5mhz和10mhz，插入损耗指标较不稳定，有超过1db的波动；s11已经明显恶化20db以上。第二款频移5mhz和10mhz，插入损耗指标波动较小，优于0.5db；s11已经只恶化10db。[0062]表1两款滤波器的谐振器面积分布[0063][0064]本发明实施方式的可调滤波器中，通过限定可调电容范围，使得谐振器移频之后，等效rs、rp等参数变化在可控范围内，从而构成的滤波器在调频时保证可靠性和插损、抑制等指标。[0065]如图9所示，若从高频到低频调谐滤波器，则并联电容和串联电容的容值都是从小变大。本专利中将电容初始值的设置范围作了限定：为了使滤波器达到较好的性能指标，并联电容ch要尽可能小，串联电容cs要尽可能大，同时考虑可调电容的可实现性，并联电容ch初始值范围为： 0.05pf-0.5pf；串联电容cs初始值范围为：0.5pf-5pf。[0066]反之，若从低频到高频调谐滤波器，则并联和串联电容值都是从大变小。并联电容ch初始值范围为：2pf-6pf；串联电容cs初始值范围为： 15pf-25pf。[0067]故并联电容ch取值范围为：0.05-6pf；串联电容cs取值范围为： 0.5pf-25pf。若要得到更好的滤波器指标，可以将范围缩小为并联电容ch： 0.1pf-4pf；串联电容cs：1-20pf。若要再进一步得到更好的滤波器指标，可以将范围缩小为并联电容ch：0.2pf-2pf；串联电容cs：2pf-15pf。[0068]现根据上述电容的范围限定所实现的可调滤波器的滤波器中心频率从2470mhz-2445mhz变化，其所对应的并联电容ch取值范围为：0.2至 2.9pf，串联电容cs取值范围为：2至21pf，如表2所示。其频移特性如图10a、图10b和图10c所示。图10a中曲线1011-1016依次代表中心频率为2470mhz、2465mhz、2460mhz、2455mhz、2450mhz、2445mhz 的s21曲线，图10b中曲线1021-1026依次代表中心频率为2470mhz、 2465mhz、2460mhz、2455mhz、2450mhz、2445mhz的s21局部插损曲线，图10c中曲线1031-1036依次代表中心频率为2470mhz、2465mhz、 2460mhz、2455mhz、2450mhz、2445mhz的s11曲线。从效果图中可知并联电容到2pf以上，串联电容到15pf以上，滤波器指标明显恶化，并联电容接近3pf时带内插损已经低于-5db，s11高于-5db。[0069]表2可调滤波器调频电容容值[0070][0071]实施例2[0072]实施例2中为43梯形滤波器架构1100，其所采用的可调谐振单元为串联c型结构的谐振单元1101，并联d型结构的谐振单元1102，如图11 所示。c型结构的谐振单元结构对应实施例1中的a型结构的谐振单元如图12a所示，除了基础的谐振器211和可调电容212、213，还包括固定值的电感元件1212和1213。此处增加了电感元件，使得可调电容的可调范围更灵活，以适应系统的不同调控需求和保证实际元件的可实现性。例如，实施例1中串联电容cs要实现2pf-15pf的变化，在实施例2中，在串联电容旁再串联一个固定值1nh的电感，要实现相同效果的频移，串联电容 cs只需要从1.2pf-3.2pf的变化。电容范围越小越容易实现且调节能够更精准。同理，d型可调谐振单元结构对应实施例1中的a型可调谐振单元如图12b所示。同实施例1一样的，c型和d型架构可根据应用的需求进行更改或采用开关切换的形式，即变化为图13和图14的形式。其中c/d型结构的谐振单元的电路图可以如图15a或图15b所示。[0073]尽管上述实施方式中均以梯形架构为例，但基于相同的发明原理，还可以变通地设计出如图16所示的格型架构的可调的谐振器电路，细节不再赘述。[0074]本发明实施方式的通讯设备，包括本发明公开的任一种可调滤波器。[0075]根据本发明实施方式的技术方案，至少具有如下优点：[0076]1.可以根据应用的不同(即对各项指标的要求严苛程度不同)，灵活改变可调谐振单元的结构来实现可调滤波器功能。[0077]2.通过限定谐振器面积范围，使得谐振器移频之后，频率的变化量变化在可控范围内，从而构成的滤波器在调频时能保证精准度。[0078]3.通过限定可调电容范围，使得谐振器移频之后，等效rs、rp等参数变化在可控范围内，从而构成的滤波器在调频时保证可靠性和插损、抑制等指标。[0079]4.通过对可调电容并联或者串联固定值电感元件，可将电容的范围改变，以适应系统的不同调控需求和保证实际元件的可实现性。[0080]上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。









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