濾波電路、集成半導體器件及電子設備的製作方法

2024-02-13 22:06:15

濾波電路、集成半導體器件及電子設備的製作方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種半導體濾波電路，在該半導體濾波電路中，第一半導體濾波電路濾除了部分幹擾信號，第二半導體濾波器的通帶頻率依據第二濾波信號中有效信號的頻率確定，以濾除第一半導體濾波電路未濾除的幹擾信號，也就是說，第一半導體濾波器和第二半導體濾波器配合濾除幹擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電路的矩形係數達到SAW濾波器的要求，而由於本申請實施例提供的濾波電路為半導體濾波電路，因此能夠集成到半導體器件中，也就實現了將SAW濾波器的功能集成到半導體器件中。本申請實施例還提供一種半導體器件和電子設備。
【專利說明】濾波電路、集成半導體器件及電子設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信【技術領域】，更具體地說，涉及一種濾波電路、集成半導體器件及電 子設備。

【背景技術】
[0002] 眾所周知，濾波器是將信號中特定波段頻率濾除，以抑制和防止幹擾的關鍵器件。 濾波器和半導體器件一般為相互獨立的元器件，目前，為了降低電子設備的生產成本，常用 的做法是去除外接濾波器，即將濾波器集成到半導體器件(如變頻晶片等各類晶片）中。
[0003] 在電子設備中，聲表面波（Surface Acoustic Wave, SAW)濾波器以其矩形係數(指 兩個規定的損耗值所確定的頻帶寬度之比)好，帶外抑制度高而得到廣泛應用。而SAW濾波 器是採用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而 製成的一種濾波器專用器件，由於SAW濾波器的材料及其製作工藝與半導體器件的材料及 製作工藝都不同，所以，SAW濾波器很難集成到半導體器件中，因此，如何將外接SAW濾波器 的功能集成到半導體器件中，以降低生產成本成為亟待解決的問題。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種濾波電路，以解決如何將外接SAW濾波器的功能集成到 半導體器件中，以降低生產成本的問題。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
[0006] -種濾波電路，應用於電子設備，包括：
[0007] 第一半導體濾波器，放大器，混頻器，本地振蕩器和第二半導體濾波器；其中：
[0008] 所述第一半導體濾波器由Μ (M=3,4, 5,……）級子半導體濾波器組成，用於對待處 理信號進行濾波，得到第一濾波信號，所述第一濾波信號包括有效信號和部分幹擾信號； [0009] 所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接，用於對所述第一濾波信號進行放 大；
[0010] 所述本地振蕩器用於提供本振信號：
[0011] 所述混頻器分別與所述放大器和所述本地振蕩器相連接，用於對放大後的第一濾 波信號進行頻率變換，獲得第二濾波信號，所述第二濾波信號的頻率小於所述第一濾波信 號的頻率；
[0012] 所述第二半導體濾波器由N (N=3,4,5,……）級子半導體濾波器組成，用於對所 述第二濾波信號進行濾波，以濾除所述部分幹擾信號；其中，所述第二半導體濾波器的通帶 頻率依據所述有效信號的頻率範圍、以及所述第二濾波信號的頻率確定。
[0013] 上述濾波電路，優選的，所述子半導體濾波器為LC濾波器。
[0014] 上述濾波電路，優選的，所述子半導體濾波器包括：π型LC濾波器、T型LC濾波器 或L型LC濾波器。
[0015] 上述濾波電路，優選的，所述第二半導體濾波器的通帶頻率為所述第二濾波信號 中有效信號的頻率範圍。
[0016] 上述濾波電路，優選的，所述第二半導體濾波器的通帶頻率等於所述第一濾波信 號中有效信號的頻率與所述本振信號的頻率的差的絕對值。
[0017] 上述濾波電路，優選的，所述混頻器對放大後的第一濾波信號進行頻率變換得到 的第二濾波信號，其中，所述第二濾波信號中有效信號的頻率在10MHz?60MHz之間。
[0018] 上述濾波電路，優選的，所述第一半導體濾波器的輸出信號的相位差在30°? 45°範圍內。
[0019] 一種集成半導體器件，包括如上所述的濾波電路。
[0020] 一種電子設備，包括如上所述的半導體器件。
[0021] 一種電子設備，包括如上所述的濾波電路。
[0022] 通過以上方案可知，本申請提供的一種濾波電路，包括：第一半導體濾波器，放大 器，混頻器，本地振蕩器和第二半導體濾波器；其中：所述第一半導體濾波器由Μ (M=3,4， 5,……）級子半導體濾波器組成，用於對待處理信號進行濾波，得到第一濾波信號，所述第 一濾波信號包括有效信號和部分幹擾信號；所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接， 用於對所述第一濾波信號進行放大；所述本地振蕩器用於提供本振信號：所述混頻器分別 與所述放大器和所述本地振蕩器相連接，用於對放大後的第一濾波信號進行頻率變換，獲 得第二濾波信號，所述第二濾波信號的頻率小於所述第一濾波信號的頻率；所述第二半導 體濾波器由N (N=3,4,5，……）級子半導體濾波器組成，用於對所述第二濾波信號進行濾 波，以濾除所述部分幹擾信號；其中，所述第二半導體濾波器的通帶頻率依據所述有效信號 的頻率範圍、以及所述第二濾波信號的頻率確定。
[0023] 由此可知，本申請實施例提供的該半導體濾波電路中，第一半導體濾波電路濾除 了部分幹擾信號，第二半導體濾波器的通帶頻率依據第二濾波信號中有效信號的頻率確 定，以濾除第一半導體濾波電路未濾除的幹擾信號，也就是說，第一半導體濾波器和第二半 導體濾波器配合濾除幹擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電路的矩形係數達到SAW濾 波器的要求，而由於本申請實施例提供的濾波電路為半導體濾波電路，因此能夠集成到半 導體器件中，也就實現了將SAW濾波器的功能集成到半導體器件中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1為本申請實施例提供的一種濾波電路的結構示意圖；
[0026] 圖2為本申請實施例提供的第一半導體濾波器的一種結構示意圖；
[0027] 圖3為本申請實施例提供的第一半導體濾波器的頻響特性曲線圖；
[0028] 圖4為本申請實施例提供的第一半導體濾波器的相位響應曲線圖；
[0029] 圖5為本申請實施例提供的第二半導體濾波器的一種結構示意圖；
[0030] 圖6為本申請實施例提供的第二半導體濾波器的頻響特性曲線圖；
[0031] 圖7為本申請實施例提供的第二半導體濾波器的相位響應曲線圖。
[0032] 說明書和權利要求書及上述附圖中的術語"第一"、"第二"、"第三""第四"等(如 果存在)是用於區別類似的部分，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使 用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本申請的實施例能夠以除了在這裡圖示 的以外的順序實施。

【具體實施方式】
[0033] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0034] 請參閱圖1，圖1為本申請實施例提供的一種濾波電路的結構示意圖，包括：
[0035] 第一半導體濾波器101，放大器102,混頻器103,本地振蕩器104和第二半導體濾 波器105 ;其中，
[0036] 第一半導體濾波器101由Μ (M=3,4, 5,......)級子半導體濾波器組成，用於對待處 理信號進行濾波，得到第一濾波信號，所述第一濾波信號包括有效信號和部分幹擾信號；
[0037] 所述部分幹擾信號可以是高頻幹擾信號(頻率高於有效信號高頻截止頻率的幹擾 信號)，也可以是低頻幹擾信號(頻率低於有效信號低頻截止頻率的幹擾信號)，也就是說， 經過第一半導體濾波101後，幹擾信號只有一類，即所述部分幹擾信號為高頻幹擾信號或 低頻幹擾信號。例如，假設待濾波信號的頻率範圍為600MHz?900MHz，而有效信號的頻 率範圍為700MHz?800MHz，那麼，經過第一半導體濾波器101後，第一濾波信號除了包括 700MHz?800MHz的有效信號外，還包括一部分幹擾信號，這部分幹擾信號要麼為aMHz? 700MHz，要麼為800MHz?b MHz，其中，600〈3〈700,800〈13〈900，更進一步說，第一半導體濾 波器101的通帶頻率可以為aMHz?800MHz，也可以為700MHz?b MHz，而a和b的取值可 以依據實際情況而定，如，可以以所選用的半導體器件可以實現為準。
[0038] 本申請實施例中，第一半導體濾波器101至少由三級子半導體濾波器組成，具體 級數Μ依據實際應用情況而定，優選的，每一級子半導體濾波器對幹擾信號的衰減度依據 SAW濾波器的矩形係數確定，如，假設每一級子半導體濾波器的衰減度為xdB，SAW濾波器的 矩形係數為信號衰減度為X時對應的帶寬B xdB與衰減度為3dB時對應的帶寬B3dB的比值，其 中，
[0039] Κ = ητ!1 ⑴
[0040] 其中，K為SAW濾波器的矩形係數；BXdB為信號衰減XdB時對應的帶寬；B3dB為信 號衰減3dB時對應的帶寬，那麼，第一半導體濾波器101的級數就為： ,,XdB (
[0041] Μ =-- ( 2 ) xc/B
[0042] 其中，Μ為第一半導體濾波器中子半導體濾波器的級數，具體的，因為，級數為整 數，所以，如果由公式（2)計算出Μ為小數，則Μ的實際取值為Μ的整數部分加1。
[0043] 當然，第一半導體濾波器101中各級半導體濾波器的衰減度可以不同，只要第一 半導體濾波器中各級子濾波器的衰減度的和大於或等於XdB即可。
[0044] 放大器102與第一半導體濾波器101相連接，用於對第一濾波信號進行放大，以更 精確的識別有效信號和幹擾信號。
[0045] 混頻器103分別與放大器102和提供本振信號的本地振蕩器104相連接，用於對 放大後的第一濾波信號進行頻率變換，獲得第二濾波信號，所述第二濾波信號的頻率小於 所述第一濾波信號；
[0046] 混頻器103對放大後的第一濾波信號進行降頻處理，本申請實施例中，第二濾波 信號中，有效信號的頻率f的取值在10MHz?60MHz之間，而幹擾信號的頻率在70MHz以 上，也就是說，對於第一濾波信號中的有效信號和幹擾信號，本方案是分別將其頻率將至不 同的預設頻率值後再進行後續濾波。
[0047] 第二半導體濾波器105與所述混頻器103相連接，由N (N=3,4, 5,……）級子半導 體濾波器組成，用於對所述第二濾波信號進行濾波處理，以濾除所述部分幹擾信號；其中， 所述第二半導體濾波器105的通帶頻率依據所述第二濾波信號中有效信號的頻率確定。
[0048] 優選的，第二半導體濾波器105的通帶頻率為與第一濾波信號中有效信號的頻率 對應的第二濾波信號中有效信號的頻率，即第二半導體濾波器105的通帶頻率為所述第二 濾波信號中有效信號的頻率，也就是說，第一半導體濾波器不能濾除的幹擾信號，經過變頻 後由第二半導體濾波器濾除。具體的，第二半導體濾波器的通帶頻率的中心頻率為所述第 二濾波信號中有效信號的頻率f，所述第二半導體濾波器的通帶截止頻率分別為f-b/2和 f+b/2,其中，b為預設的帶寬值，具體帶寬值可以在仿真過程中，依實際情況而定，只要其使 得第二濾波信號中有效信號的衰減度小於3dB，且第二半導體濾波器的輸出信號中各個頻 率點的相位呈線性(或近似線性）變化即可。同時，由於第二濾波信號是由混頻器103依據 本地振蕩器104提供本振信號的頻率以及第一濾波信號的頻率得到的，具體見公式（3)。
[0049] fT= | p · frq · f21 (3)
[0050] 其中，fT為第二濾波信號頻率，為第一濾波信號的頻率，f2為本地振蕩器104提 供的本振信號的頻率；P和q為混頻係數；
[0051] 優選的，第二半導體濾波器105的通帶頻率可以為所述第一濾波信號中有效信號 的頻率與所述本振信號的頻率差的絕對值，即混頻係數均為1。
[0052] 當然，混頻係數也可以不為1。具體可依據實際情況而定。
[0053] 其中，第二半導體濾波器105中子半導體濾波器的級數N也依據實際應用情況而 定，優選的，可以依據每一級子半導體濾波器對幹擾信號的衰減度，以及SAW濾波器的矩形 係數確定，具體如何確定可以參看第一半導體濾波器101中子半導體濾波器的級數確定方 法，這裡不再贅述。
[0054] 當然，第一半導體濾波器101以及第二半導體濾波器105中子半導體濾波器的級 數還可以通過仿真確定，即通過仿真獲取濾波電路的頻響特性，並將濾波電路的頻響特性 與對應SAW濾波器的頻響特性進行對比，通過仿真調整子半導體濾波器中各個元器件的參 數或子半導體濾波器的級數來使得濾波電路的頻響特性負荷SAW濾波電路的頻響特性。
[0055] 本申請實施例提供的濾波電路為半導體濾波電路，該半導體濾波電路中，第一半 導體濾波電路濾除了部分幹擾信號，第二半導體濾波器的通帶頻率依據第二濾波信號中有 效信號的頻率確定，以濾除第一半導體濾波電路未濾除的幹擾信號，也就是說，第一半導體 濾波器、混頻器和第二半導體濾波器配合濾除幹擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電 路的矩形係數達到SAW濾波器的要求，而由於本申請實施例提供的濾波電路為半導體濾波 電路，因此能夠集成到半導體器件中，也就實現了將SAW濾波器的功能集成到半導體器件 中，降低了生產成本。
[0056]另外，由於電子設備的通信模塊中常常設置有採樣電路(如模數轉換器等)，即對 於經過SAW濾波器濾波後的信號進行採樣，而要進行採樣，需要先對SAW濾波器濾波後的信 號進行降頻處理，也就是說，現有技術中，在採樣電路和SAW濾波器之間需要設計變頻器以 使濾波後的信號符合採樣需求，而本申請實施例提供的濾波電路，在濾波過程中降低有效 信號的頻率，在對信號進行濾波的同時降低了信號的頻率，因此，在對信號進行濾波後不需 要對濾波後的信號進行單獨的降頻處理就能使得濾波後的信號符合採樣需求滿，在降低生 產成本的同時降低了通信模塊的複雜度，進一步降低了電子設備的生產成本。
[0057] 需要說明的是，本申請發明的核心點在於濾波電路的整體結構，即各半導體濾波 器的通帶頻率的設計以及各半導體濾波器的通帶頻率之間的關係，而各個濾波器的通帶頻 率設計好後如何實現各個半導體濾波器對於本領域普通技術人員來說是公知的，這裡不再 贅述。
[0058] 上述實施例，優選的，子半導體濾波器可以為LC濾波器(也稱為無源濾波器)，具體 的，所述子半導體濾波器可以為η型LC濾波器、T型LC濾波器或L型LC濾波器。
[0059] 在第一半導體濾波器101或第二半導體濾波器105中，可以只包括其中一個類型 的子半導體濾波器，也可以包括其中兩種類型的子半導體濾波器，當然，也可以包括三種類 型的子半導體濾波器。
[0060] 上述實施例，優選的，所述本地振蕩器104提供的本振信號可以是可變的，即根據 有效信號的頻率範圍的改變而改變，只要，其能保證第二濾波信號中，有效信號的頻率f在 10MHz?60MHz之間即可。
[0061] 不管是SAW濾波器還是半導體濾波電路，對信號進行濾波處理後，輸出信號與輸 入信號間都有一定來的相位差，即，信號延遲現象，因此，在對信號濾波後需要對信號進行 校正，以消除相位差。
[0062] 基於此，為保證校正的準確性，本申請實施例中，第一半導體濾波器的輸出信號 (即第一濾波信號）的相位差在30°?45°範圍內。具體如何調整濾波電路中各個元器件 的參數使得濾波電路的輸入信號與輸出信號的相位差在30°?45°範圍內屬於本領域的 公知常識，這裡不再贅述。如可以通過仿真調整各個元器件的參數來實現等。
[0063] 下面舉例對本申請實施例進行說明
[0064] 本實例中，SAW濾波器的通帶頻率為730MHz?800MHz，也就是說，有效信號的頻率 範圍為 730MHz ?800MHz。
[0065] 基於此，本申請提供的濾波電路中第一半導體濾波器的結構示意圖可以參看圖2， 圖2為本申請實施例提供的第一半導體濾波器的一種結構示意圖，其中，P0RT1為第一半導 體濾波器的輸入端，P0RT2為第一半導體濾波器的輸出端；L1電感量為10. OnH，L2電感量為 25. OnH，L3電感量為25. OnH，L4電感量為8. OnH，L5電感量為8. OnH，L6電感量為5. OnH， Cl電容量為1000. OpF，C2電容量為15nF，C3電容量為1000. OpF，C4電容量為15nF，C5電 容量為4. 0pF，C6電容量為3. 0pF，C7電容量為10. 0pF，C8電容量為1000. OpF ;該第一半導 體濾波器包括4級LC濾波器，其通帶頻率為730MHz?840MHz，當然第一半導體濾波器並不 限於這一種結構，只要其通帶頻率為730MHz?840MHz即可，即第一半導體濾波器濾波後得 到的第一濾波信號包括[730MHz，800MHz]的有效信號，和（800MHz，840MHz)的幹擾信號。 [0066] 第一半導體濾波器的頻響特性曲線如圖3所示，其中，橫坐標表示頻率，單位為 GHz，縱坐標表示響度，在730MHz處，信號的衰減度為0. 211dB(圖中ml)，圖中，dB(S(l，2)) 表示從第一半導體濾波器的P0RT1輸入前，到從P0RT2輸出，信號的衰減度，在840MHz處， 信號的衰減度為〇. 726dB (圖中m2)，而800MHz?840MHz是幹擾信號，其衰減度也很小，因 此，需要再次濾波。
[0067] 第一半導體濾波器的相位響應曲線如圖4所示，其中，橫坐標表示頻率，單位為 GHz，縱坐標表示相位，單位為度，在730MHz處，第一濾波信號的相位為122. 593° (圖中 m3)，在800MHz處，第一濾波信號的相位為81. 439° (圖中m4)，二者的相位差為41. Γ。
[0068] 本申請實施例中，第二濾波信號中有效信號的頻率為50MHz，因而對應有效信號， 本振信號的頻率為[680MHz，750MHz]，對應幹擾信號，本振信號的頻率可以大於870MHz，經 過混頻器後，第一濾波信號中有效信號的頻率變為50MHz，而幹擾信號的頻率變為70MHz以 上。
[0069] 而本申請實施例中，第二半導體濾波器的一種結構示意圖如圖5所示，其中， P0RT3為第二半導體濾波器的輸入端，P0RT4為第二半導體濾波器的輸出端，L7電感量為 10. 0nH，L8電感量為10. 0nH，C9電容量為10nF，C10電容量為lnF，Cll電容量為10nF，C12 電容量為InF，該第二半導體濾波器包括3級LC濾波器，第二半導體濾波器的通帶頻率為 50MHz，因此，經過第二半導體濾波器後，80MHz以上的幹擾信號進一步被衰減。當然，第二半 導體濾波器的結構也不局限於這一種，只要其通帶頻率為50MHz即可。
[0070] 第二半導體濾波器的頻響特性曲線如圖6所示，其中，橫坐標表示頻率，縱坐標表 示響度。
[0071] 在48. 70MHz處，信號衰減度為-3. 144dB (圖中m5)，在52. 00MHz處，信號衰 減-3. 194 (圖中m6)，可見第二濾波信號中有效信號的頻率（50MHz)對應的衰減幾乎為0， 而幹擾信號的衰減遠遠大於有效信號的衰減。
[0072] 第二半導體濾波器的相位響應曲線如圖7所示，其中，橫坐標表示頻率，縱坐標表 示相位。
[0073] 在47MHz處，信號的相位為65. 767。（圖中m7)，在54. 00MHz處，信號的相位 為-65. 35Γ (圖中m8)，從圖中可以看出，m7和m8兩點之間的各個點為近似線性的關係。
[0074] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
【權利要求】
1. 一種濾波電路，應用於電子設備，其特徵在於，包括： 第一半導體濾波器，放大器，混頻器，本地振蕩器和第二半導體濾波器；其中： 所述第一半導體濾波器由Μ (M=3,4,5，……）級子半導體濾波器組成，用於對待處理 信號進行濾波，得到第一濾波信號，所述第一濾波信號包括有效信號和部分幹擾信號； 所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接，用於對所述第一濾波信號進行放大； 所述本地振蕩器用於提供本振信號： 所述混頻器分別與所述放大器和所述本地振蕩器相連接，用於對放大後的第一濾波信 號進行頻率變換，獲得第二濾波信號，所述第二濾波信號的頻率小於所述第一濾波信號的 頻率； 所述第二半導體濾波器由N (N=3,4,5,……）級子半導體濾波器組成，用於對所述第 二濾波信號進行濾波，以濾除所述部分幹擾信號；其中，所述第二半導體濾波器的通帶頻率 依據所述第二濾波信號中有效信號的頻率確定。
2. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述子半導體濾波器為LC濾波器。
3. 根據權利要求2所述的濾波電路，其特徵在於，所述子半導體濾波器包括：π型LC 濾波器、Τ型LC濾波器或L型LC濾波器。
4. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述第二半導體濾波器的通帶頻率 為所述第二濾波信號中有效信號的頻率範圍。
5. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述第二半導體濾波器的通帶頻率 等於所述第一濾波信號中有效信號的頻率與所述本振信號的頻率的差的絕對值。
6. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述混頻器對放大後的第一濾波 信號進行頻率變換得到的第二濾波信號，其中，所述第二濾波信號中有效信號的頻率在 10MHz ?60MHz 之間。
7. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述第一半導體濾波器的輸出信號 的相位差在30°?45°範圍內。
8. -種集成半導體器件，其特徵在於，包括如權利要求1-6任意一項所述的濾波電路。
9. 一種電子設備，其特徵在於，包括如權利要求7所述的半導體器件。
10. -種電子設備，其特徵在於，包括如權利要求1-6任意一項所述的濾波電路。
【文檔編號】H03H9/64GK104124941SQ201310150646
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月26日 優先權日:2013年4月26日
【發明者】石彬 申請人:聯想(北京)有限公司