濾波電路、集成半導體器件及電子設備的制作方法
【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干擾信號，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干擾信號，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干擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電路的矩形系數達到SAW濾波器的要求，而由于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，以抑制和防止干擾的關鍵器件。 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(如變頻芯片等各類芯片）中。
[0003] 在電子設備中，聲表面波（Surface Acoustic Wave, SAW)濾波器以其矩形系數(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 器是采用石英晶體、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 制成的一種濾波器專用器件，由于SAW濾波器的材料及其制作工藝與半導體器件的材料及 制作工藝都不同，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，應用于電子設備，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，用于對待處 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干擾信號； [0009] 所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接，用于對所述第一濾波信號進行放 大；
[0010] 所述本地振蕩器用于提供本振信號：
[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，用于對放大后的第一濾 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于所述第一濾波信 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，用于對所 述第二濾波信號進行濾波，以濾除所述部分干擾信號；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范圍、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 中有效信號的頻率范圍。
[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于所述第一濾波信 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，所述混頻器對放大后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°范圍內。
[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，用于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干擾信號；所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接， 用于對所述第一濾波信號進行放大；所述本地振蕩器用于提供本振信號：所述混頻器分別 與所述放大器和所述本地振蕩器相連接，用于對放大后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于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，用于對所述第二濾波信號進行濾 波，以濾除所述部分干擾信號；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 的頻率范圍、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 了部分干擾信號，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干擾信號，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干擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電路的矩形系數達到SAW濾 波器的要求，而由于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，對于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)是用于區別類似的部分，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使 用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例能夠以除了在這里圖示 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。基于 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，都屬于本發明保護的范圍。
[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，用于對待處 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干擾信號；
[0037] 所述部分干擾信號可以是高頻干擾信號(頻率高于有效信號高頻截止頻率的干擾 信號)，也可以是低頻干擾信號(頻率低于有效信號低頻截止頻率的干擾信號)，也就是說， 經過第一半導體濾波101后，干擾信號只有一類，即所述部分干擾信號為高頻干擾信號或 低頻干擾信號。例如，假設待濾波信號的頻率范圍為600MHz?900MHz，而有效信號的頻 率范圍為700MHz?800MHz，那么，經過第一半導體濾波器101后，第一濾波信號除了包括 700MHz?800MHz的有效信號外，還包括一部分干擾信號，這部分干擾信號要么為aMHz? 700MHz，要么為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干擾信號的衰減度依據 SAW濾波器的矩形系數確定，如，假設每一級子半導體濾波器的衰減度為xdB，SAW濾波器的 矩形系數為信號衰減度為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濾波器的矩形系數；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，那么，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于或等于XdB即可。
[0044] 放大器102與第一半導體濾波器101相連接，用于對第一濾波信號進行放大，以更 精確的識別有效信號和干擾信號。
[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，用于對 放大后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于 所述第一濾波信號；
[0046] 混頻器103對放大后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，而干擾信號的頻率在70MHz以 上，也就是說，對于第一濾波信號中的有效信號和干擾信號，本方案是分別將其頻率將至不 同的預設頻率值后再進行后續濾波。
[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，用于對所述第二濾波信號進行濾波處理，以濾除所述部分干擾信號；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干擾信號，經過變頻 后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于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，由于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為混頻系數；
[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，即混頻系數均為1。
[0052] 當然，混頻系數也可以不為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干擾信號的衰減度，以及SAW濾波器的矩形 系數確定，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，這里不再贅述。
[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，并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干擾信號，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干擾信號，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干擾信號，使得本申請提供的半導體濾波電 路的矩形系數達到SAW濾波器的要求，而由于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，由于電子設備的通信模塊中常常設置有采樣電路(如模數轉換器等)，即對 于經過SAW濾波器濾波后的信號進行采樣，而要進行采樣，需要先對SAW濾波器濾波后的信 號進行降頻處理，也就是說，現有技術中，在采樣電路和SAW濾波器之間需要設計變頻器以 使濾波后的信號符合采樣需求，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，在對信號進行濾波后不需 要對濾波后的信號進行單獨的降頻處理就能使得濾波后的信號符合采樣需求滿，在降低生 產成本的同時降低了通信模塊的復雜度，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于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系，而各個濾波器的通帶頻 率設計好后如何實現各個半導體濾波器對于本領域普通技術人員來說是公知的，這里不再 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 有效信號的頻率范圍的改變而改變，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后，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，在對信號濾波后需要對信號進行 校正，以消除相位差。
[0062] 基于此，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°范圍內。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°范圍內屬于本領域的 公知常識，這里不再贅述。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 范圍為 730MHz ?800MHz。
[0065] 基于此，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并不 限于這一種結構，只要其通帶頻率為730MHz?840MHz即可，即第一半導體濾波器濾波后得 到的第一濾波信號包括[730MHz，800MHz]的有效信號，和（800MHz，840MHz)的干擾信號。 [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是干擾信號，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]，對應干擾信號，本振信號的頻率可以大于870MHz，經 過混頻器后，第一濾波信號中有效信號的頻率變為50MHz，而干擾信號的頻率變為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后，80MHz以上的干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于這一種，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， 而干擾信號的衰減遠遠大于有效信號的衰減。
[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系。
[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范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制于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 致的最寬的范圍。
【權利要求】
1. 一種濾波電路，應用于電子設備，其特征在于，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，用于對待處理 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干擾信號； 所述放大器與所述第一半導體濾波器相連接，用于對所述第一濾波信號進行放大； 所述本地振蕩器用于提供本振信號： 所述混頻器分別與所述放大器和所述本地振蕩器相連接，用于對放大后的第一濾波信 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于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，用于對所述第 二濾波信號進行濾波，以濾除所述部分干擾信號；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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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范圍。
5. 根據權利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述第二半導體濾波器的通帶頻率 等于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，其特征在于，所述混頻器對放大后的第一濾波 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，其特征在于，所述第一半導體濾波器的輸出信號 的相位差在30°?45°范圍內。
8. -種集成半導體器件，其特征在于，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，其特征在于，包括如權利要求7所述的半導體器件。
10. -種電子設備，其特征在于，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