滤波电路、集成半导体器件及电子设备的制作方法

滤波电路、集成半导体器件及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种半导体滤波电路，在该半导体滤波电路中，第一半导体滤波电路滤除了部分干扰信号，第二半导体滤波器的通带频率依据第二滤波信号中有效信号的频率确定，以滤除第一半导体滤波电路未滤除的干扰信号，也就是说，第一半导体滤波器和第二半导体滤波器配合滤除干扰信号，使得本申请提供的半导体滤波电路的矩形系数达到SAW滤波器的要求，而由于本申请实施例提供的滤波电路为半导体滤波电路，因此能够集成到半导体器件中，也就实现了将SAW滤波器的功能集成到半导体器件中。本申请实施例还提供一种半导体器件和电子设备。
【专利说明】滤波电路、集成半导体器件及电子设备

【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，更具体地说，涉及一种滤波电路、集成半导体器件及电 子设备。

【背景技术】
[0002] 众所周知，滤波器是将信号中特定波段频率滤除，以抑制和防止干扰的关键器件。 滤波器和半导体器件一般为相互独立的元器件，目前，为了降低电子设备的生产成本，常用 的做法是去除外接滤波器，即将滤波器集成到半导体器件(如变频芯片等各类芯片）中。
[0003] 在电子设备中，声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW)滤波器以其矩形系数(指 两个规定的损耗值所确定的频带宽度之比)好，带外抑制度高而得到广泛应用。而SAW滤波 器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而 制成的一种滤波器专用器件，由于SAW滤波器的材料及其制作工艺与半导体器件的材料及 制作工艺都不同，所以，SAW滤波器很难集成到半导体器件中，因此，如何将外接SAW滤波器 的功能集成到半导体器件中，以降低生产成本成为亟待解决的问题。


【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种滤波电路，以解决如何将外接SAW滤波器的功能集成到 半导体器件中，以降低生产成本的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0006] -种滤波电路，应用于电子设备，包括：
[0007] 第一半导体滤波器，放大器，混频器，本地振荡器和第二半导体滤波器；其中：
[0008] 所述第一半导体滤波器由Μ (M=3,4, 5,……）级子半导体滤波器组成，用于对待处 理信号进行滤波，得到第一滤波信号，所述第一滤波信号包括有效信号和部分干扰信号； [0009] 所述放大器与所述第一半导体滤波器相连接，用于对所述第一滤波信号进行放 大；
[0010] 所述本地振荡器用于提供本振信号：
[0011] 所述混频器分别与所述放大器和所述本地振荡器相连接，用于对放大后的第一滤 波信号进行频率变换，获得第二滤波信号，所述第二滤波信号的频率小于所述第一滤波信 号的频率；
[0012] 所述第二半导体滤波器由N (N=3,4,5,……）级子半导体滤波器组成，用于对所 述第二滤波信号进行滤波，以滤除所述部分干扰信号；其中，所述第二半导体滤波器的通带 频率依据所述有效信号的频率范围、以及所述第二滤波信号的频率确定。
[0013] 上述滤波电路，优选的，所述子半导体滤波器为LC滤波器。
[0014] 上述滤波电路，优选的，所述子半导体滤波器包括：π型LC滤波器、T型LC滤波器 或L型LC滤波器。
[0015] 上述滤波电路，优选的，所述第二半导体滤波器的通带频率为所述第二滤波信号 中有效信号的频率范围。
[0016] 上述滤波电路，优选的，所述第二半导体滤波器的通带频率等于所述第一滤波信 号中有效信号的频率与所述本振信号的频率的差的绝对值。
[0017] 上述滤波电路，优选的，所述混频器对放大后的第一滤波信号进行频率变换得到 的第二滤波信号，其中，所述第二滤波信号中有效信号的频率在10MHz?60MHz之间。
[0018] 上述滤波电路，优选的，所述第一半导体滤波器的输出信号的相位差在30°? 45°范围内。
[0019] 一种集成半导体器件，包括如上所述的滤波电路。
[0020] 一种电子设备，包括如上所述的半导体器件。
[0021] 一种电子设备，包括如上所述的滤波电路。
[0022] 通过以上方案可知，本申请提供的一种滤波电路，包括：第一半导体滤波器，放大 器，混频器，本地振荡器和第二半导体滤波器；其中：所述第一半导体滤波器由Μ (M=3,4， 5,……）级子半导体滤波器组成，用于对待处理信号进行滤波，得到第一滤波信号，所述第 一滤波信号包括有效信号和部分干扰信号；所述放大器与所述第一半导体滤波器相连接， 用于对所述第一滤波信号进行放大；所述本地振荡器用于提供本振信号：所述混频器分别 与所述放大器和所述本地振荡器相连接，用于对放大后的第一滤波信号进行频率变换，获 得第二滤波信号，所述第二滤波信号的频率小于所述第一滤波信号的频率；所述第二半导 体滤波器由N (N=3,4,5，……）级子半导体滤波器组成，用于对所述第二滤波信号进行滤 波，以滤除所述部分干扰信号；其中，所述第二半导体滤波器的通带频率依据所述有效信号 的频率范围、以及所述第二滤波信号的频率确定。
[0023] 由此可知，本申请实施例提供的该半导体滤波电路中，第一半导体滤波电路滤除 了部分干扰信号，第二半导体滤波器的通带频率依据第二滤波信号中有效信号的频率确 定，以滤除第一半导体滤波电路未滤除的干扰信号，也就是说，第一半导体滤波器和第二半 导体滤波器配合滤除干扰信号，使得本申请提供的半导体滤波电路的矩形系数达到SAW滤 波器的要求，而由于本申请实施例提供的滤波电路为半导体滤波电路，因此能够集成到半 导体器件中，也就实现了将SAW滤波器的功能集成到半导体器件中。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本申请实施例提供的一种滤波电路的结构示意图；
[0026] 图2为本申请实施例提供的第一半导体滤波器的一种结构示意图；
[0027] 图3为本申请实施例提供的第一半导体滤波器的频响特性曲线图；
[0028] 图4为本申请实施例提供的第一半导体滤波器的相位响应曲线图；
[0029] 图5为本申请实施例提供的第二半导体滤波器的一种结构示意图；
[0030] 图6为本申请实施例提供的第二半导体滤波器的频响特性曲线图；
[0031] 图7为本申请实施例提供的第二半导体滤波器的相位响应曲线图。
[0032] 说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第二"、"第三""第四"等(如 果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使 用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示 的以外的顺序实施。

【具体实施方式】
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种滤波电路的结构示意图，包括：
[0035] 第一半导体滤波器101，放大器102,混频器103,本地振荡器104和第二半导体滤 波器105 ;其中，
[0036] 第一半导体滤波器101由Μ (M=3,4, 5,......)级子半导体滤波器组成，用于对待处 理信号进行滤波，得到第一滤波信号，所述第一滤波信号包括有效信号和部分干扰信号；
[0037] 所述部分干扰信号可以是高频干扰信号(频率高于有效信号高频截止频率的干扰 信号)，也可以是低频干扰信号(频率低于有效信号低频截止频率的干扰信号)，也就是说， 经过第一半导体滤波101后，干扰信号只有一类，即所述部分干扰信号为高频干扰信号或 低频干扰信号。例如，假设待滤波信号的频率范围为600MHz?900MHz，而有效信号的频 率范围为700MHz?800MHz，那么，经过第一半导体滤波器101后，第一滤波信号除了包括 700MHz?800MHz的有效信号外，还包括一部分干扰信号，这部分干扰信号要么为aMHz? 700MHz，要么为800MHz?b MHz，其中，600〈3〈700,800〈13〈900，更进一步说，第一半导体滤 波器101的通带频率可以为aMHz?800MHz，也可以为700MHz?b MHz，而a和b的取值可 以依据实际情况而定，如，可以以所选用的半导体器件可以实现为准。
[0038] 本申请实施例中，第一半导体滤波器101至少由三级子半导体滤波器组成，具体 级数Μ依据实际应用情况而定，优选的，每一级子半导体滤波器对干扰信号的衰减度依据 SAW滤波器的矩形系数确定，如，假设每一级子半导体滤波器的衰减度为xdB，SAW滤波器的 矩形系数为信号衰减度为X时对应的带宽B xdB与衰减度为3dB时对应的带宽B3dB的比值，其 中，
[0039] Κ = ητ!1 ⑴
[0040] 其中，K为SAW滤波器的矩形系数；BXdB为信号衰减XdB时对应的带宽；B3dB为信 号衰减3dB时对应的带宽，那么，第一半导体滤波器101的级数就为： ,,XdB (
[0041] Μ =-- ( 2 ) xc/B
[0042] 其中，Μ为第一半导体滤波器中子半导体滤波器的级数，具体的，因为，级数为整 数，所以，如果由公式（2)计算出Μ为小数，则Μ的实际取值为Μ的整数部分加1。
[0043] 当然，第一半导体滤波器101中各级半导体滤波器的衰减度可以不同，只要第一 半导体滤波器中各级子滤波器的衰减度的和大于或等于XdB即可。
[0044] 放大器102与第一半导体滤波器101相连接，用于对第一滤波信号进行放大，以更 精确的识别有效信号和干扰信号。
[0045] 混频器103分别与放大器102和提供本振信号的本地振荡器104相连接，用于对 放大后的第一滤波信号进行频率变换，获得第二滤波信号，所述第二滤波信号的频率小于 所述第一滤波信号；
[0046] 混频器103对放大后的第一滤波信号进行降频处理，本申请实施例中，第二滤波 信号中，有效信号的频率f的取值在10MHz?60MHz之间，而干扰信号的频率在70MHz以 上，也就是说，对于第一滤波信号中的有效信号和干扰信号，本方案是分别将其频率将至不 同的预设频率值后再进行后续滤波。
[0047] 第二半导体滤波器105与所述混频器103相连接，由N (N=3,4, 5,……）级子半导 体滤波器组成，用于对所述第二滤波信号进行滤波处理，以滤除所述部分干扰信号；其中， 所述第二半导体滤波器105的通带频率依据所述第二滤波信号中有效信号的频率确定。
[0048] 优选的，第二半导体滤波器105的通带频率为与第一滤波信号中有效信号的频率 对应的第二滤波信号中有效信号的频率，即第二半导体滤波器105的通带频率为所述第二 滤波信号中有效信号的频率，也就是说，第一半导体滤波器不能滤除的干扰信号，经过变频 后由第二半导体滤波器滤除。具体的，第二半导体滤波器的通带频率的中心频率为所述第 二滤波信号中有效信号的频率f，所述第二半导体滤波器的通带截止频率分别为f-b/2和 f+b/2,其中，b为预设的带宽值，具体带宽值可以在仿真过程中，依实际情况而定，只要其使 得第二滤波信号中有效信号的衰减度小于3dB，且第二半导体滤波器的输出信号中各个频 率点的相位呈线性(或近似线性）变化即可。同时，由于第二滤波信号是由混频器103依据 本地振荡器104提供本振信号的频率以及第一滤波信号的频率得到的，具体见公式（3)。
[0049] fT= | p · frq · f21 (3)
[0050] 其中，fT为第二滤波信号频率，为第一滤波信号的频率，f2为本地振荡器104提 供的本振信号的频率；P和q为混频系数；
[0051] 优选的，第二半导体滤波器105的通带频率可以为所述第一滤波信号中有效信号 的频率与所述本振信号的频率差的绝对值，即混频系数均为1。
[0052] 当然，混频系数也可以不为1。具体可依据实际情况而定。
[0053] 其中，第二半导体滤波器105中子半导体滤波器的级数N也依据实际应用情况而 定，优选的，可以依据每一级子半导体滤波器对干扰信号的衰减度，以及SAW滤波器的矩形 系数确定，具体如何确定可以参看第一半导体滤波器101中子半导体滤波器的级数确定方 法，这里不再赘述。
[0054] 当然，第一半导体滤波器101以及第二半导体滤波器105中子半导体滤波器的级 数还可以通过仿真确定，即通过仿真获取滤波电路的频响特性，并将滤波电路的频响特性 与对应SAW滤波器的频响特性进行对比，通过仿真调整子半导体滤波器中各个元器件的参 数或子半导体滤波器的级数来使得滤波电路的频响特性负荷SAW滤波电路的频响特性。
[0055] 本申请实施例提供的滤波电路为半导体滤波电路，该半导体滤波电路中，第一半 导体滤波电路滤除了部分干扰信号，第二半导体滤波器的通带频率依据第二滤波信号中有 效信号的频率确定，以滤除第一半导体滤波电路未滤除的干扰信号，也就是说，第一半导体 滤波器、混频器和第二半导体滤波器配合滤除干扰信号，使得本申请提供的半导体滤波电 路的矩形系数达到SAW滤波器的要求，而由于本申请实施例提供的滤波电路为半导体滤波 电路，因此能够集成到半导体器件中，也就实现了将SAW滤波器的功能集成到半导体器件 中，降低了生产成本。
[0056]另外，由于电子设备的通信模块中常常设置有采样电路(如模数转换器等)，即对 于经过SAW滤波器滤波后的信号进行采样，而要进行采样，需要先对SAW滤波器滤波后的信 号进行降频处理，也就是说，现有技术中，在采样电路和SAW滤波器之间需要设计变频器以 使滤波后的信号符合采样需求，而本申请实施例提供的滤波电路，在滤波过程中降低有效 信号的频率，在对信号进行滤波的同时降低了信号的频率，因此，在对信号进行滤波后不需 要对滤波后的信号进行单独的降频处理就能使得滤波后的信号符合采样需求满，在降低生 产成本的同时降低了通信模块的复杂度，进一步降低了电子设备的生产成本。
[0057] 需要说明的是，本申请发明的核心点在于滤波电路的整体结构，即各半导体滤波 器的通带频率的设计以及各半导体滤波器的通带频率之间的关系，而各个滤波器的通带频 率设计好后如何实现各个半导体滤波器对于本领域普通技术人员来说是公知的，这里不再 赘述。
[0058] 上述实施例，优选的，子半导体滤波器可以为LC滤波器(也称为无源滤波器)，具体 的，所述子半导体滤波器可以为η型LC滤波器、T型LC滤波器或L型LC滤波器。
[0059] 在第一半导体滤波器101或第二半导体滤波器105中，可以只包括其中一个类型 的子半导体滤波器，也可以包括其中两种类型的子半导体滤波器，当然，也可以包括三种类 型的子半导体滤波器。
[0060] 上述实施例，优选的，所述本地振荡器104提供的本振信号可以是可变的，即根据 有效信号的频率范围的改变而改变，只要，其能保证第二滤波信号中，有效信号的频率f在 10MHz?60MHz之间即可。
[0061] 不管是SAW滤波器还是半导体滤波电路，对信号进行滤波处理后，输出信号与输 入信号间都有一定来的相位差，即，信号延迟现象，因此，在对信号滤波后需要对信号进行 校正，以消除相位差。
[0062] 基于此，为保证校正的准确性，本申请实施例中，第一半导体滤波器的输出信号 (即第一滤波信号）的相位差在30°?45°范围内。具体如何调整滤波电路中各个元器件 的参数使得滤波电路的输入信号与输出信号的相位差在30°?45°范围内属于本领域的 公知常识，这里不再赘述。如可以通过仿真调整各个元器件的参数来实现等。
[0063] 下面举例对本申请实施例进行说明
[0064] 本实例中，SAW滤波器的通带频率为730MHz?800MHz，也就是说，有效信号的频率 范围为 730MHz ?800MHz。
[0065] 基于此，本申请提供的滤波电路中第一半导体滤波器的结构示意图可以参看图2， 图2为本申请实施例提供的第一半导体滤波器的一种结构示意图，其中，P0RT1为第一半导 体滤波器的输入端，P0RT2为第一半导体滤波器的输出端；L1电感量为10. OnH，L2电感量为 25. OnH，L3电感量为25. OnH，L4电感量为8. OnH，L5电感量为8. OnH，L6电感量为5. OnH， Cl电容量为1000. OpF，C2电容量为15nF，C3电容量为1000. OpF，C4电容量为15nF，C5电 容量为4. 0pF，C6电容量为3. 0pF，C7电容量为10. 0pF，C8电容量为1000. OpF ;该第一半导 体滤波器包括4级LC滤波器，其通带频率为730MHz?840MHz，当然第一半导体滤波器并不 限于这一种结构，只要其通带频率为730MHz?840MHz即可，即第一半导体滤波器滤波后得 到的第一滤波信号包括[730MHz，800MHz]的有效信号，和（800MHz，840MHz)的干扰信号。 [0066] 第一半导体滤波器的频响特性曲线如图3所示，其中，横坐标表示频率，单位为 GHz，纵坐标表示响度，在730MHz处，信号的衰减度为0. 211dB(图中ml)，图中，dB(S(l，2)) 表示从第一半导体滤波器的P0RT1输入前，到从P0RT2输出，信号的衰减度，在840MHz处， 信号的衰减度为〇. 726dB (图中m2)，而800MHz?840MHz是干扰信号，其衰减度也很小，因 此，需要再次滤波。
[0067] 第一半导体滤波器的相位响应曲线如图4所示，其中，横坐标表示频率，单位为 GHz，纵坐标表示相位，单位为度，在730MHz处，第一滤波信号的相位为122. 593° (图中 m3)，在800MHz处，第一滤波信号的相位为81. 439° (图中m4)，二者的相位差为41. Γ。
[0068] 本申请实施例中，第二滤波信号中有效信号的频率为50MHz，因而对应有效信号， 本振信号的频率为[680MHz，750MHz]，对应干扰信号，本振信号的频率可以大于870MHz，经 过混频器后，第一滤波信号中有效信号的频率变为50MHz，而干扰信号的频率变为70MHz以 上。
[0069] 而本申请实施例中，第二半导体滤波器的一种结构示意图如图5所示，其中， P0RT3为第二半导体滤波器的输入端，P0RT4为第二半导体滤波器的输出端，L7电感量为 10. 0nH，L8电感量为10. 0nH，C9电容量为10nF，C10电容量为lnF，Cll电容量为10nF，C12 电容量为InF，该第二半导体滤波器包括3级LC滤波器，第二半导体滤波器的通带频率为 50MHz，因此，经过第二半导体滤波器后，80MHz以上的干扰信号进一步被衰减。当然，第二半 导体滤波器的结构也不局限于这一种，只要其通带频率为50MHz即可。
[0070] 第二半导体滤波器的频响特性曲线如图6所示，其中，横坐标表示频率，纵坐标表 示响度。
[0071] 在48. 70MHz处，信号衰减度为-3. 144dB (图中m5)，在52. 00MHz处，信号衰 减-3. 194 (图中m6)，可见第二滤波信号中有效信号的频率（50MHz)对应的衰减几乎为0， 而干扰信号的衰减远远大于有效信号的衰减。
[0072] 第二半导体滤波器的相位响应曲线如图7所示，其中，横坐标表示频率，纵坐标表 示相位。
[0073] 在47MHz处，信号的相位为65. 767。（图中m7)，在54. 00MHz处，信号的相位 为-65. 35Γ (图中m8)，从图中可以看出，m7和m8两点之间的各个点为近似线性的关系。
[0074] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种滤波电路，应用于电子设备，其特征在于，包括： 第一半导体滤波器，放大器，混频器，本地振荡器和第二半导体滤波器；其中： 所述第一半导体滤波器由Μ (M=3,4,5，……）级子半导体滤波器组成，用于对待处理 信号进行滤波，得到第一滤波信号，所述第一滤波信号包括有效信号和部分干扰信号； 所述放大器与所述第一半导体滤波器相连接，用于对所述第一滤波信号进行放大； 所述本地振荡器用于提供本振信号： 所述混频器分别与所述放大器和所述本地振荡器相连接，用于对放大后的第一滤波信 号进行频率变换，获得第二滤波信号，所述第二滤波信号的频率小于所述第一滤波信号的 频率； 所述第二半导体滤波器由N (N=3,4,5,……）级子半导体滤波器组成，用于对所述第 二滤波信号进行滤波，以滤除所述部分干扰信号；其中，所述第二半导体滤波器的通带频率 依据所述第二滤波信号中有效信号的频率确定。
2. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述子半导体滤波器为LC滤波器。
3. 根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述子半导体滤波器包括：π型LC 滤波器、Τ型LC滤波器或L型LC滤波器。
4. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第二半导体滤波器的通带频率 为所述第二滤波信号中有效信号的频率范围。
5. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第二半导体滤波器的通带频率 等于所述第一滤波信号中有效信号的频率与所述本振信号的频率的差的绝对值。
6. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述混频器对放大后的第一滤波 信号进行频率变换得到的第二滤波信号，其中，所述第二滤波信号中有效信号的频率在 10MHz ?60MHz 之间。
7. 根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一半导体滤波器的输出信号 的相位差在30°?45°范围内。
8. -种集成半导体器件，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的滤波电路。
9. 一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的半导体器件。
10. -种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的滤波电路。
【文档编号】H03H9/64GK104124941SQ201310150646
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】石彬 申请人:联想(北京)有限公司