專利名稱：可調(diào)濾波器及便攜電話的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變電容器的可調(diào)濾波器，其中可變電容器的電容由薄膜壓電致動(dòng)器(thin-film piezoelectric actuator)和電感元件可變地控制。
背景技術(shù)：
在無線通信領(lǐng)域中，存在實(shí)現(xiàn)可連續(xù)和自由改變通帶及阻帶的可調(diào)濾波器的強(qiáng)烈要求。例如，可調(diào)濾波器所需的特性是大頻帶變化寬度，連續(xù)頻帶變化，小插入損耗及作為濾波器的陡峭屏蔽特性(precipitous shielding characteristic)(即，高Q特性)，緊湊和輕便，以及高可靠性和極好可還原性。然而，當(dāng)前可以實(shí)現(xiàn)的濾波器只具有非常有限的性能。
濾波器是主要具有電感元件和電容器組合的電路。當(dāng)電感元件的電感或電容器的電容被改變時(shí)，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)濾波器。
電感元件的電感由傳送路徑的長度和形狀及空間磁導(dǎo)率確定。實(shí)際使用這樣的可變電感器，其通過在利用低Q電感元件的線圈的中心放置和取出鐵磁體心來改變磁導(dǎo)率。然而，利用在便攜電話等等的數(shù)百兆赫或更高的高頻頻帶中使用的高Q電感元件，獲得大可變電感的嘗試未被了解。
另一方面，電容器的電容由一對(duì)相對(duì)電極的面積和間隔，以及空間磁導(dǎo)率確定。諸如鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛的鐵電物質(zhì)具有這樣的特性，即當(dāng)直流偏壓被施加于這個(gè)鐵電物質(zhì)時(shí)，其介電常數(shù)最多改變?nèi)舾杀?。因此，使用這些鐵電物質(zhì)可以構(gòu)成可變電容器。然而，鐵電物質(zhì)普遍地具有較大介電損耗并且具有低Q。
當(dāng)電極之間的距離可變時(shí)，能夠配置可變電容器，因此，可以使用諸如馬達(dá)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置。然而，這樣的響應(yīng)慢并且尺寸大。因此，電磁驅(qū)動(dòng)裝置不適用于諸如蜂窩電話的移動(dòng)無線終端。
近來，使用靜電驅(qū)動(dòng)型MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的可變電容器引起注意。例如，介紹了把環(huán)形線圈(troidal coil)和許多靜電驅(qū)動(dòng)型可變電容器連接在一起的可調(diào)濾波器的試驗(yàn)例(參見2003 IEEE MicrowaveTheory and Technique Symposium Digest p.1781)。
然而，靜電驅(qū)動(dòng)型可變電容器在操作中存在稱作引入(pull-in)的現(xiàn)象。當(dāng)電容在開關(guān)操作中按大約2位(digit)的量級(jí)改變時(shí)，電容不利地在1.5倍范圍內(nèi)連續(xù)改變。因此，當(dāng)靜電驅(qū)動(dòng)型可變電容器被應(yīng)用于可調(diào)濾波器時(shí)，盡管能夠大比例地?cái)?shù)字切換頻帶，然而難以實(shí)現(xiàn)大比例連續(xù)改變頻帶的最期望特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可調(diào)濾波器，其能夠在寬頻率范圍改變通帶，能夠連續(xù)改變通帶，具有小插入損耗，具有陡峭屏蔽特性，能夠以小型化，并且具有極好的可靠性及可還原性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可調(diào)濾波器包括多個(gè)可變電容器及多個(gè)電感元件，均在公共基底上形成；濾波電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件構(gòu)成；監(jiān)視電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件構(gòu)成；檢測(cè)電路，檢測(cè)所述監(jiān)視電路的指定電路常數(shù)；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考電路常數(shù)的信息；以及電容控制電路，根據(jù)由所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的信息，控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容及所述濾波電路中所述可變電容器的電容。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，便攜電話包括
天線，用于發(fā)送和接收相位調(diào)制的無線信號(hào)；接收器，用于接收所述天線所接收的接收信號(hào)；以及發(fā)送器，用于發(fā)送所述天線所發(fā)送的發(fā)送信號(hào)，其中所述接收器包含高頻放大器，用于放大相位調(diào)制的接收信號(hào)；以及可調(diào)濾波器，在所述高頻放大器的前級(jí)或后級(jí)提供，并且提取指定頻率分量中的接收信號(hào)，所述可調(diào)濾波器具有多個(gè)可變電容器及多個(gè)電感元件，均在相同基底上形成；濾波電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件構(gòu)成；監(jiān)視電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件構(gòu)成；檢測(cè)電路，檢測(cè)所述監(jiān)視電路的指定電路常數(shù)；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考電路常數(shù)的信息；以及電容控制電路，根據(jù)由所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的信息，控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容及所述濾波電路中所述可變電容器的電容。


圖1是基于本發(fā)明的第一實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。
圖2是在圖1顯示的可調(diào)濾波器中使用的可變電容器7和9的頂視圖。
圖3是沿圖2中的A-A′切線分割的可變電容器的剖面圖。
圖4圖解說明了施加到薄膜壓電致動(dòng)器35和36的驅(qū)動(dòng)電壓及可變電容器7和9的電容之間的關(guān)系。
圖5是薄膜體聲諧振器(thin-film bulk acoustic resonator)8的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是說明薄膜體聲諧振器8的阻抗特性的圖。
圖7是說明薄膜體聲諧振器8的相位特性的圖。
圖8是說明圖1示出的可調(diào)濾波器的操作原理的圖。
圖9是說明圖1中所示出的可調(diào)濾波器的通過特性(passagecharacteristics)的圖。
圖10是基于第二實(shí)施例的濾波器主體11的電路圖。
圖11是說明使用圖10中所示出的濾波器主體11的可調(diào)濾波器的通過特性的圖。
圖12是基于第三實(shí)施例的濾波器主體11的電路圖。
圖13是說明使用圖12中所示出的濾波器主體11的可調(diào)濾波器的通過特性的圖。
圖14是基于本發(fā)明的第四實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。
圖15A及15B是解釋圖14所示可調(diào)濾波器的操作原理的圖。
圖16是基于本發(fā)明的第五實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。
圖17A及17B是解釋圖16所示可調(diào)濾波器的操作原理的圖。
圖18是基于本發(fā)明的第六實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。
圖19是基于本發(fā)明的第七實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。
圖20圖解說明了一個(gè)致動(dòng)器121被用于在多個(gè)諧振器內(nèi)驅(qū)動(dòng)可變電容器的狀態(tài)的例子。
圖21是說明表面聲波元件(surface acoustic wave element)的一個(gè)例子的頂視圖。
圖22是沿A-A切線分割圖21示出的表面聲波元件的剖面圖。
圖23圖解說明了由串聯(lián)連接的可變電容器和薄膜體聲諧振器及與它們并聯(lián)連接的可變電容器構(gòu)成的諧振器的例子。
圖24的模塊圖說明了引入基于上述實(shí)施例的可調(diào)濾波器的便攜電話的示意結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式
此后，參照附圖更具體地描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是基于本發(fā)明的第一實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。圖1所示的可調(diào)濾波器包含濾波器主體11及控制濾波器主體11的控制電路12。
濾波器主體11是梯狀濾波器(ladder filter)，包含具有2個(gè)串聯(lián)連接的諧振單元1和2的串聯(lián)諧振單元3，和分別連接到諧振單元1和2的一端和輸入/輸出公共端之間的并聯(lián)諧振單元4和5。每個(gè)諧振單元1，2，4和5具有并聯(lián)連接的可變電容器7和薄膜壓電諧振器，即薄膜體聲諧振器(FBAR)8，以及與它們串聯(lián)連接的可變電容器9。串聯(lián)諧振單元3內(nèi)的薄膜體聲諧振器8的上電極和并聯(lián)諧振單元6內(nèi)的薄膜體聲諧振器8的上電極相互具有厚度?；诖耍?lián)諧振單元3的諧振頻率和并聯(lián)諧振單元6的諧振頻率彼此略微不同。以后描述可變電容器7和9以及薄膜體聲諧振器8的結(jié)構(gòu)。
控制電路12包含以第一振蕩頻率振蕩的第一壓控振蕩器(VCO1)13，以第二振蕩頻率振蕩的第二壓控振蕩器(VCO2)14，產(chǎn)生參考頻率信號(hào)的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)15，控制第一壓控振蕩器13的振蕩頻率的PLL(鎖相環(huán))電路(PLL1)16，控制可調(diào)濾波器內(nèi)一部分可變電容器的電容的電壓施加電路17，控制第二壓控振蕩器14的振蕩頻率的PLL電路(PLL2)18，控制可調(diào)濾波器內(nèi)其它部分可變電容器的電容的電壓施加電路19，基帶電路20，以及存儲(chǔ)第一和第二壓控振蕩器13和14的參考頻率的存儲(chǔ)電路21。第一壓控振蕩器13和第二壓控振蕩器14構(gòu)成監(jiān)視電路。
圖2是在圖1顯示的可調(diào)濾波器中使用的可變電容器7和9的頂視圖。圖3是沿圖2中的A-A′切線分割的可變電容器的剖面圖。如這些圖所示，每個(gè)可變電容器7和9具有在硅質(zhì)基底31上形成的固定電極32，在固定電極32上表面形成的電介質(zhì)薄膜33，以及在電介質(zhì)薄膜33上方相對(duì)布置的可變電極34。
雙壓電晶片型薄膜壓電致動(dòng)器35和36在可變電極34的左和右側(cè)形成。每個(gè)薄膜壓電致動(dòng)器35和36具有經(jīng)由固定器(anchor)37在硅質(zhì)基底31上形成的第一電極38，在第一電極38的上表面上形成的壓電薄膜39，在壓電薄膜39上形成的第二電極40，以及在第二電極40的上表面上形成的支梁(support beam)41。
當(dāng)電壓被施加到第一電極38和第二電極40之間時(shí)，發(fā)生雙壓電晶片操作以移動(dòng)致動(dòng)器35和36。當(dāng)可變電極34和電介質(zhì)薄膜33彼此產(chǎn)生接觸時(shí)，獲得最大電容。當(dāng)可變電極34距離電介質(zhì)薄膜33最遠(yuǎn)時(shí)，獲得最小電容。在固定電極32的上表面上形成的電介質(zhì)薄膜33阻止在固定電極32和可變電極34之間出現(xiàn)短路。
圖4圖解說明了施加到薄膜壓電致動(dòng)器35和36的驅(qū)動(dòng)電壓及可變電容器7和9的電容之間的關(guān)系。電極之間距離與所施加電壓成比例變化。電容與電極之間距離成反比變化。電容能夠按照大約2個(gè)位的量級(jí)連續(xù)變化。當(dāng)電極具有較大薄膜厚度以具有較低直流電阻時(shí)，Q也變得非常大。
通過考慮電阻，薄膜壓電致動(dòng)器35和36的第一電極38和第二電極40，以及可變電容器7和9的可變電極34和固定電極32可以分別具有10納米到1微米范圍內(nèi)的厚度?；诒緦?shí)施例，假設(shè)這些電極分別具有50納米的厚度。通過考慮位移(displacement)，壓電薄膜39可以具有10納米到1微米范圍內(nèi)的厚度?；诒緦?shí)施例，假設(shè)壓電薄膜39具有500納米的厚度。假設(shè)電介質(zhì)薄膜33具有50納米厚度，并且假設(shè)可變電容器7和9的等價(jià)區(qū)域?yàn)?400微米。
通過在0到3伏范圍內(nèi)改變施加到薄膜壓電致動(dòng)器35和36的控制電壓Vtune，測(cè)量可變電容器7和9的電容。結(jié)果，最小電容是34pF并且最大電容是286pF，這說明8.4倍的較大變化。
圖5是薄膜體聲諧振器8的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖5示出的薄膜體聲諧振器8包含經(jīng)由固定器52在硅質(zhì)基底51上形成的下電極53，覆蓋下電極53周圍的壓電單元54，以及在壓電單元54的上表面上形成的上電極55。沿軸C指示的取向生長的氮化鋁薄膜被用于壓電單元54。鋁被分別用于上電極55和下電極53。包含下電極53，壓電單元54和上電極55的諧振器56通過固定器52被固定到基底上。
當(dāng)交流電被施加到上電極55和下電極53之間時(shí)，由于壓電逆效應(yīng)，交變應(yīng)力出現(xiàn)，從而以厚度垂直模式激勵(lì)彈性波的諧振。壓電單元54的薄膜厚度基本上對(duì)應(yīng)于諧振頻率的半波。
圖6是說明薄膜體聲諧振器8的阻抗特性的圖。圖7是說明薄膜體聲諧振器8的相位特性的圖。阻抗在諧振點(diǎn)Fr變得最小，并且阻抗在反諧振點(diǎn)Fa變得最大。電感器可以在Fr和Fa之間具有非常高的Q。
當(dāng)?shù)X或氧化鋅的取向薄膜被用于壓電單元54時(shí)，F(xiàn)r和Fa之間的距離可以占百分之5到6。因此，可以構(gòu)造具有相對(duì)寬的頻帶的濾波器。
通過圖3和圖5之間的比較可以明白，用薄膜壓電致動(dòng)器35和36驅(qū)動(dòng)的可變電容器7和9和薄膜體聲諧振器8具有非常類似的結(jié)構(gòu)。因此，這些單元可以在普通制造工藝中制造。當(dāng)它們被挖空密封時(shí)，可以獲得更大好處。特別當(dāng)在相同基底上制備多個(gè)單元時(shí)，單元之間的差異可以降低，這利于改進(jìn)濾波器的性能。
基于本實(shí)施例，為了獲得2GHz的諧振頻率，壓電單元54具有1100納米的薄膜厚度，下電極53具有100納米的薄膜厚度，以及上電極55具有150納米的薄膜厚度。
圖1示出的第一壓控振蕩器13具有并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電路61和放大器62。第二壓控振蕩器14具有并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電路63和放大器64。儲(chǔ)能電路61具有串聯(lián)連接的薄膜體聲諧振單元65和可變電容器66。儲(chǔ)能電路63也具有串聯(lián)連接的薄膜體聲諧振單元67和可變電容器68。儲(chǔ)能電路61和63內(nèi)的薄膜體聲諧振器65和67具有類似于圖5示出的結(jié)構(gòu)?？勺冸娙萜?6和68具有類似于圖3示出的結(jié)構(gòu)。
電壓施加電路17控制第一壓控振蕩器13內(nèi)可變電容器的電容，并且控制串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器9的電容以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器9的電容。
電壓施加電路19控制第二壓控振蕩器14內(nèi)可變電容器68的電容，并且控制串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器7的電容以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器7的電容。
圖8是解釋圖1所示可調(diào)濾波器的操作原理的圖。通過從電壓施加電路17輸出的控制電壓V1確定第一壓控振蕩器13的振蕩頻率。通過從電壓施加電路19輸出的控制電壓V2確定第二壓控振蕩器14的振蕩頻率。
存儲(chǔ)電路21存儲(chǔ)涉及第一壓控振蕩器13和第二壓控振蕩器的振蕩頻率的信息，使得在制造可調(diào)濾波器時(shí)獲得對(duì)于選擇專用于通信系統(tǒng)的信道而言最優(yōu)的頻帶通過特性。基帶電路20讀取這個(gè)信息，并且控制PLL電路16和18，從而精確控制第一壓控振蕩器13和第二壓控振蕩器14的振蕩頻率。
通過從電壓施加電路17和19分別輸出的控制電壓V1和V2確定梯狀濾波器(即，濾波器主體)11的通過特性中的中心頻率和帶寬。更具體地如圖8所示，通過從電壓施加電路19輸出的控制電壓V2確定濾波器的中心頻率，并且通過從電壓施加電路17輸出的控制電壓V1確定濾波器的帶寬。
圖9是說明圖1中所示出的可調(diào)濾波器的通過特性的圖。如圖9所示，當(dāng)通過電壓施加電路17和19施加的電壓在0到3伏范圍內(nèi)變化時(shí)，中心頻率在2.95兆赫到3.08兆赫范圍內(nèi)變化，從而獲得百分之51的大頻率變化范圍。同時(shí)，可以獲得非常陡峭的屏蔽特性。
如上所述，基于第一實(shí)施例，通信期間連續(xù)執(zhí)行反饋控制，其中根據(jù)作為監(jiān)視電路的第一和第二壓控振蕩器13和14內(nèi)的振蕩頻率控制濾波器主體11內(nèi)可變電容器7和9的電容。使用這個(gè)方案，不受設(shè)備溫度上升導(dǎo)致的頻率漂移的影響地獲得穩(wěn)定濾波器特性。
雖然在圖1中使用包含第一和第二壓控振蕩器13和14的監(jiān)視電路，然而監(jiān)視電路的結(jié)構(gòu)不限于此。通過使用這類監(jiān)視電路，操作期間可變電容器的電容被精確測(cè)量。此外，與電感元件組合的諧振電路的諧振頻率被精確監(jiān)視?；诒O(jiān)視諧振頻率的結(jié)果計(jì)算電容，并且電容被反饋到驅(qū)動(dòng)可變電容器的電壓施加電路17和19。結(jié)果，包括可變電容器7和9和薄膜體聲諧振器8的濾波電路的特性可以被精確控制。
(第二實(shí)施例)除了濾波器主體11的電路結(jié)構(gòu)不同外，基于第二實(shí)施例的可調(diào)濾波器與基于第一實(shí)施例的可調(diào)濾波器相同。因此，此后主要解釋差異。
圖10是基于第二實(shí)施例的濾波器主體11的電路圖。圖10示出的濾波器主體11包含串聯(lián)連接的2個(gè)電容器71和72，和具有分別連接在電容器71和72的一端和輸入/輸出公共端之間的2個(gè)諧振單元73和74的并聯(lián)諧振單元75。每個(gè)諧振單元73和74具有并聯(lián)連接的薄膜體聲諧振器8和可變電容器7，以及與它們串聯(lián)連接的可變電容器9，這類似圖1所示的諧振器。構(gòu)成并聯(lián)諧振單元6的諧振器的數(shù)量沒有特別限于2個(gè)。
圖11是說明使用圖10中所示出的濾波器主體11的可調(diào)濾波器的通過特性的圖解。圖11說明了當(dāng)從圖1所示的電壓施加電路17和19輸出的施加電壓變化時(shí)通過特性的變化。
從圖1和圖10之間的比較可以明白，圖10示出的濾波器主體11的單元數(shù)量小于圖1所示濾波器主體的單元數(shù)量。因此，形成單元的面積可以被降低，并且通過帶寬變成圖9中通過帶寬的一半。此外，當(dāng)可變電容器7和9的電容變化時(shí)，濾波器阻抗的總變化較小。另一方面，衰減特性比圖9中的衰減特性緩和。在除了通過頻帶之外的區(qū)域的屏蔽特性在低頻側(cè)和高頻側(cè)之間是不同的。
如上所述，基于第二實(shí)施例，濾波器主體11可以更小。
(第三實(shí)施例)除了濾波器主體11的電路結(jié)構(gòu)不同外，基于第三實(shí)施例的可調(diào)濾波器與基于第一實(shí)施例的可調(diào)濾波器相同。因此，主要解釋差異。
圖12是基于第三實(shí)施例的濾波器主體11的電路圖。圖12示出的濾波器主體11具有由橋接的4個(gè)諧振器76構(gòu)成的網(wǎng)格濾波器。每個(gè)諧振單元76具有并聯(lián)連接的薄膜體聲諧振器8和可變電容器7，以及與它們串聯(lián)連接的可變電容器9，這類似于圖1所示的諧振器。
在圖12示出的4個(gè)諧振器76中，包含在一個(gè)對(duì)角線方向上的2個(gè)諧振器中的薄膜體聲諧振器8，和包含在另一個(gè)對(duì)角線方向上的2個(gè)諧振器中的薄膜體聲諧振器8在其上電極55具有互不相同的厚度。因此，一個(gè)對(duì)角線方向上諧振器的諧振頻率和另一個(gè)對(duì)角線方向上諧振器的諧振頻率彼此相差預(yù)定水平。
圖13是說明使用圖12中所示出的濾波器主體11的可調(diào)濾波器的通過特性的圖解。這個(gè)圖解說明了當(dāng)電壓施加電路在控制電壓為0到3伏范圍內(nèi)控制可變電容器7和9的電容時(shí)的通過特性。中心頻率在2.98兆赫到3.12兆赫的范圍內(nèi)變化，從而獲得百分之5.2的大頻率變化范圍。同時(shí)，可以獲得非常大的帶外衰減特性。
如上所述，當(dāng)網(wǎng)格濾波器由多個(gè)諧振器構(gòu)成時(shí)，可以基于第一實(shí)施例以類似方式獲得較大可變頻率范圍。
(第四實(shí)施例)基于第四實(shí)施例，控制電路12的電路結(jié)構(gòu)不同于基于第一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。
圖14是基于本發(fā)明第四實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。圖14示出的可調(diào)濾波器具有控制電路12，其中控制電路12具有不同于圖1所示的電路結(jié)構(gòu)。圖14示出的控制電路12具有構(gòu)成壓控振蕩器的監(jiān)視電路81，溫度補(bǔ)償晶體振蕩器15，電壓施加電路17和19，基帶電路20，存儲(chǔ)電路21以及運(yùn)算電路82。
監(jiān)視電路81具有并聯(lián)連接的放大器62和諧振單元83。諧振單元83具有并聯(lián)連接的薄膜體聲諧振器8和可變電容器7，以及與它們串聯(lián)連接的可變電容器9，這類似于圖1所示的諧振器。
電壓施加電路17控制監(jiān)視電路81內(nèi)可變電容器的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器9的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器9的電容。電壓施加電路19控制監(jiān)視電路81內(nèi)可變電容器7的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器7的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器7的電容。
圖15A及15B是解釋圖14所示可調(diào)濾波器的操作原理的圖解。如圖15A所示，當(dāng)電壓施加電路17控制提供給監(jiān)視電路81的控制電壓V1時(shí)，監(jiān)視電路81的振蕩頻率在Fr到Fa范圍內(nèi)變化。如圖15B所示，通過從電壓施加電路19輸出的控制電壓V2確定中心頻率，并且通過從電壓施加電路17輸出的控制電壓V1確定通過帶寬。
存儲(chǔ)電路21在制造時(shí)預(yù)先存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于頻帶通過特性的監(jiān)視電路81的振蕩頻率，該頻帶通過特性對(duì)于選擇特定于通信系統(tǒng)的信道而言是最優(yōu)的。使用這個(gè)方案，與通信期間的期望通過特性相對(duì)應(yīng)地，運(yùn)算電路82可以精確控制監(jiān)視電路81的振蕩頻率。在通信期間連續(xù)執(zhí)行振蕩頻率的這個(gè)反饋控制。
如上所述，基于第四實(shí)施例，能夠不受設(shè)備溫度上升導(dǎo)致的頻率漂移的影響地，以基于第一實(shí)施例的類似方式獲得穩(wěn)定濾波器特性。
(第五實(shí)施例)基于第五實(shí)施例，監(jiān)視電路的電路結(jié)構(gòu)不同于基于第四實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。
圖16是基于本發(fā)明的第五實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。圖16示出的可調(diào)濾波器的監(jiān)視電路91具有不同于圖14示出的監(jiān)視電路81的電路結(jié)構(gòu)。來自外部提供的壓控振蕩器的預(yù)定頻率的振蕩信號(hào)被輸入圖16示出的可調(diào)濾波器。
圖16示出的監(jiān)視電路91包含諧振器，其類似于圖1所示的諧振器。每個(gè)諧振器具有并聯(lián)連接的薄膜體聲諧振器8和可變電容器7，以及與薄膜體聲諧振器8和可變電容器7串聯(lián)連接的可變電容器9。
電壓施加電路17控制監(jiān)視電路91內(nèi)可變電容器9的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器9的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器9的電容。電壓施加電路19控制監(jiān)視電路91內(nèi)可變電容器7的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器7的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器7的電容。
圖17A及17B是解釋圖16所示可調(diào)濾波器的操作原理的圖。如圖所示，分別基于從電壓施加電路17輸出的控制電壓V1和從電壓施加電路19輸出的控制電壓V2控制監(jiān)視電路91內(nèi)可變電容器7和9的電容。結(jié)果，振蕩頻率變化，并且濾波器主體11的通過帶寬和中心頻率被控制。主要地，如圖17B所示，基于控制電壓V1控制濾波器主體11的中心頻率，并且基于控制電壓V2控制濾波器主體11的帶寬。
在通信期間，電壓施加電路間歇控制控制電壓V1和V2。
如上所述，基于第五實(shí)施例，能夠不受設(shè)備溫度上升導(dǎo)致的頻率漂移的影響地，以基于第一實(shí)施例的類似方式獲得穩(wěn)定濾波器特性。
(第六實(shí)施例)
基于第六實(shí)施例，濾波器主體11的可變電容器7和9及薄膜體聲諧振器8被用作控制電路12的一部分。
圖18是基于本發(fā)明的第六實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。圖18示出的可調(diào)濾波器具有控制電路12，其中控制電路12的電路結(jié)構(gòu)不同于圖1所示的電路結(jié)構(gòu)。
圖18示出的控制電路12具有溫度補(bǔ)償晶體振蕩器15，電壓施加電路101，基帶電路20，存儲(chǔ)電路21，運(yùn)算電路82，開關(guān)電路102，103和104，檢測(cè)濾波電路11輸出信號(hào)幅度的檢測(cè)電路106，以及檢測(cè)環(huán)境溫度的溫度檢測(cè)器107。濾波器主體11的電路類似于圖1所示電路。在調(diào)整濾波器特性時(shí)，外部壓控振蕩器92通過開關(guān)電路104向?yàn)V波器主體11輸入具有預(yù)定頻率的振蕩信號(hào)。
作為監(jiān)視電路81的一部分，開關(guān)電路103利用濾波器主體11的任何一個(gè)諧振器的可變電容器7和9，并且用于控制這些可變電容器7和9的電容。
當(dāng)這些可變電容器被連接到開關(guān)電路102之前時(shí)，開關(guān)電路102未選擇的可變電容器7和9保持所充的電荷。
在監(jiān)視濾波器主體11的任何一個(gè)諧振器的可變電容器7和9時(shí)，切換開關(guān)電路103。
基于本實(shí)施例，當(dāng)電源啟動(dòng)或在通信期間時(shí)，壓控振蕩器的輸出通過開關(guān)電路104被間歇掃描輸入到濾波器主體11。檢測(cè)電路106檢測(cè)濾波器主體11輸出信號(hào)的幅度?；跈z測(cè)電路106檢測(cè)幅度的結(jié)果以及溫度檢測(cè)器107檢測(cè)溫度的結(jié)果，運(yùn)算電路82控制可變電容器7和9的電容。更具體地，運(yùn)算電路82控制可變電容器7和9的電容，使得濾波器主體11的輸出信號(hào)的幅度最大。使用這個(gè)方案，能夠不受設(shè)備溫度上升導(dǎo)致的頻率漂移的影響地，獲得穩(wěn)定濾波器特性。
如上所述，基于第六實(shí)施例，通過切換開關(guān)電路102至104，能夠把濾波器主體11用作監(jiān)視電路。結(jié)果，專用監(jiān)視電路不必要，從而簡化電路結(jié)構(gòu)。
(第七實(shí)施例)基于第七實(shí)施例，監(jiān)視電路的電路結(jié)構(gòu)不同于基于前面實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。
圖19是基于本發(fā)明的第七實(shí)施例的可調(diào)濾波器的等價(jià)電路圖。圖19示出的可調(diào)濾波器包含電壓施加電路17和19，基帶電路20，存儲(chǔ)電路21，監(jiān)視電路111和112，以及溫度檢測(cè)電路113。
每個(gè)監(jiān)視電路111和112具有并聯(lián)連接的可變電容器113和電容檢測(cè)電路114。電容檢測(cè)電路114測(cè)量并聯(lián)連接的可變電容器7和9的電容，并且向運(yùn)算電路82發(fā)送測(cè)量結(jié)果。
電壓施加電路17控制監(jiān)視電路111內(nèi)可變電容器113的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器9的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器9的電容。電壓施加電路19控制監(jiān)視電路112內(nèi)可變電容器113的電容，濾波器主體11的串聯(lián)諧振單元3內(nèi)可變電容器7的電容，以及并聯(lián)諧振單元6內(nèi)可變電容器7的電容。
此后解釋圖19示出的可調(diào)濾波器的操作原理。基于下列表達(dá)式(1)和(2)(使用薄膜體聲諧振器8的諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa，并聯(lián)連接的可變電容器7的電容VC1，以及串聯(lián)連接的可變電容器9的電容VC2)能夠計(jì)算濾波器主體11中諧振器的諧振頻率Fr′和反諧振頻率Fa′。
fR=fR1+C1C0+VC1+VC2---(1)]]>fA=fR1+C1C0+VC1---(2)]]>當(dāng)通過BVD模型等價(jià)電路表示薄膜體聲諧振器8時(shí)，電容器C0和C1分別對(duì)應(yīng)于等價(jià)電容和并聯(lián)等價(jià)電容。
因此，當(dāng)基于監(jiān)視電路111和112內(nèi)可變電容器113的測(cè)量電容控制濾波器主體11中每個(gè)諧振器的諧振頻率和反諧振頻率，以及每個(gè)諧振器內(nèi)并聯(lián)連接的可變電容器7和串聯(lián)連接的可變電容器9的電容時(shí)，濾波電路的頻帶通過特性可以被設(shè)置成對(duì)于選擇特定于通信系統(tǒng)的信道而言最優(yōu)的值。
如上所述，基于第七實(shí)施例，可以簡化監(jiān)視電路111和112的結(jié)構(gòu)。使用比基于第一實(shí)施例的電路簡單的電路，能夠不受設(shè)備溫度上升導(dǎo)致的頻率漂移的影響地獲得穩(wěn)定濾波器特性。
(第八實(shí)施例)基于第四，第五和第七實(shí)施例，當(dāng)監(jiān)視電路111和112內(nèi)的可變電容器113和濾波器主體11內(nèi)的可變電容器7和9向相應(yīng)壓電驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器施加相同電壓時(shí)，需要獲得相同電容。此外，濾波器主體11內(nèi)的諧振器中并聯(lián)連接的可變電容器7或串聯(lián)連接的可變電容器9需要表現(xiàn)出相同特性和相同響應(yīng)。
基于半導(dǎo)體工藝在相同基底上形成的MEMS元件，即使當(dāng)批次或晶片中間存在較大差異時(shí)，通常也能至少在相同晶片的窄區(qū)域內(nèi)獲得相同特性。因此，可以使用基于第四，第五和第七實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
為了使諧振器能夠通過接收來自電壓施加電路的控制電壓而具有相同電容，與單獨(dú)向可變電容器提供致動(dòng)器的方式不同，可以如圖20所示共享一個(gè)致動(dòng)器。
圖20示出了一個(gè)致動(dòng)器121被用于在多個(gè)諧振器內(nèi)驅(qū)動(dòng)可變電容器的情況的例子。使用這個(gè)方案，可以降低個(gè)體可變電容器的特性差異。
由一個(gè)電壓施加電路提供控制電壓的所有可變電容器的致動(dòng)器可以被合成一個(gè)致動(dòng)器。所有串聯(lián)連接的諧振器3內(nèi)可變電容器的致動(dòng)器可以被合成一個(gè)致動(dòng)器。所有并聯(lián)連接的諧振器6內(nèi)可變電容器的致動(dòng)器可以被合成一個(gè)致動(dòng)器。
如上所述，基于第八實(shí)施例，一個(gè)致動(dòng)器被用于控制多個(gè)可變電容器的電容。因此，可變電容器7和9的特性可以得到安排。
(其它實(shí)施例)在上述實(shí)施例中，薄膜體聲諧振器被用于電感元件?？蛇x地，可以使用表面聲波元件(即，SAW器件)。還可以使用包含普通波導(dǎo)和線圈的電感器。
圖21是說明表面聲波元件的一個(gè)例子的頂視圖。圖22是沿圖21示出的A-A切線分割的表面聲波元件的剖面圖。如這些圖所示，表面聲波元件具有梳型電極132和在壓電單晶基底131上形成的輸入/輸出電極133。
上述可變電容器的監(jiān)視電路可以具有各種形式。例如，可以使用得用薄膜體聲諧振器和可變電容器的壓控振蕩器，或可以使用具有串聯(lián)或并聯(lián)連接的薄膜體聲諧振器和可變電容器的濾波器模塊?？蛇x地，可調(diào)濾波器自身可以被用于在操作期間實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。
由可變電容器和電感元件構(gòu)造的濾波器主體具有諸如梯狀型和網(wǎng)格型的不同類型。許多電路系統(tǒng)還可以被應(yīng)用于監(jiān)視電路。
在上述實(shí)施例中，諧振器使用并聯(lián)連接的可變電容器7和薄膜體聲諧振器8，以及與它們串聯(lián)連接的可變電容器9。然而，諧振器的電路結(jié)構(gòu)不限于此。例如，圖23示出了由串聯(lián)連接的可變電容器和薄膜體聲諧振器，以及與它們并聯(lián)連接的可變電容器構(gòu)造的諧振器的例子。圖23中示出的諧振器可以被用于圖1所示的濾波器主體11等等，以及圖14中示出的監(jiān)視電路83。
在上面實(shí)施例中解釋的可調(diào)濾波器被用于各種電氣設(shè)備。因?yàn)榛诒景l(fā)明的可調(diào)濾波器在半導(dǎo)體基底上形成，所以設(shè)備可以較小。因此，可調(diào)濾波器可以被應(yīng)用于諸如便攜電話的各種便攜設(shè)備。
圖24的模塊圖說明了引入基于上述實(shí)施例的可調(diào)濾波器的便攜電話的示意結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。這個(gè)便攜電話是直接轉(zhuǎn)換型的。圖24中示出的便攜電話包含天線141，在發(fā)送和接收之間切換的有向耦合器142，發(fā)送器143，接收器144，以及基帶處理器145。
接收器144包含上述可調(diào)濾波器146，低噪聲放大器(LNA)147，解調(diào)LNA 147輸出信號(hào)相位的相位解調(diào)器148，以及A/D轉(zhuǎn)換相位調(diào)制信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器149。發(fā)送器143包含D/A轉(zhuǎn)換基帶處理器產(chǎn)生的發(fā)送信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器151，只提取D/A轉(zhuǎn)換器151輸出信號(hào)的預(yù)定頻率分量的低通濾波器152，調(diào)制低通濾波器152輸出相位的相位調(diào)制器153，以及調(diào)制相位調(diào)制信號(hào)幅度的幅度調(diào)制器154。
可調(diào)濾波器可以被連接到LNA的后級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)濾波器，包括多個(gè)可變電容器及多個(gè)電感元件，均在公共基底上形成；濾波電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件而形成；監(jiān)視電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件而形成；檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述監(jiān)視電路的指定電路常數(shù)；存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考電路常數(shù)的信息；以及電容控制電路，其根據(jù)由所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的信息，控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容及所述濾波電路中所述可變電容器的電容。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述監(jiān)視電路是壓控振蕩器；所述檢測(cè)電路檢測(cè)所述監(jiān)視電路的振蕩頻率以作為指定電路常數(shù)；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考振蕩頻率的信息；所述電容控制電路控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容和所述濾波電路中所述可變電容器的電容，使得所述監(jiān)視電路以參考振蕩頻率振蕩。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述檢測(cè)電路檢測(cè)所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容以作為指定電路常數(shù)；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考電容的信息；以及所述電容控制電路控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容以及所述濾波電路中所述可變電容器的電容，使得所述監(jiān)視電路中所述可變電容器變成參考電容。
4.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，還包括薄膜壓電致動(dòng)器，其在所述基底上形成，并且可變控制對(duì)應(yīng)可變電容器的電容，其中所述電容控制電路基于所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的信息，驅(qū)動(dòng)所述薄膜壓電致動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)濾波器，其中所述濾波電路中的至少一部分所述可變電容器和所述監(jiān)視電路中的至少一部分所述可變電容器被相同薄膜壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)濾波器，其中所述濾波電路中的所述多個(gè)可變電容器被相同薄膜壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述多個(gè)電感元件是薄膜壓電諧振器或表面聲波元件。
8.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述濾波電路包含串聯(lián)諧振器，具有在輸入端子和輸出端子之間串聯(lián)連接的一或多個(gè)諧振單元；以及并聯(lián)諧振器，其被連接在串聯(lián)連接的所述串聯(lián)諧振器的輸入部分和輸出部分中的至少一個(gè)，和參考電壓端之間，并且具有一或多個(gè)諧振單元，其中所述串聯(lián)諧振器和所述并聯(lián)諧振器中的所述諧振單元通過組合所述可變電容器和所述電感元件而形成。
9.如權(quán)利要求8所述的可調(diào)濾波器，其中所述串聯(lián)諧振器中的所述諧振單元的諧振頻率和所述串聯(lián)諧振器中的所述諧振單元的諧振頻率彼此相差指定的量。
10.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述監(jiān)視電路具有以互不相同的振蕩頻率振蕩的第一和第二壓控振蕩器；其中所述檢測(cè)電路包含第一檢測(cè)器，其檢測(cè)所述第一壓控振蕩器的振蕩頻率；以及第二檢測(cè)器，其檢測(cè)所述第二壓控振蕩器的振蕩頻率，所述電容控制電路包含第一電壓施加電路，其基于所述第一檢測(cè)器檢測(cè)的結(jié)果控制所述第一壓控振蕩器的振蕩頻率，并且控制所述濾波電路中所述可變電容器的電容；以及第二電壓施加電路，其基于所述第二檢測(cè)器檢測(cè)的結(jié)果控制所述第二壓控振蕩器的振蕩頻率，并且控制所述濾波電路中所述可變電容器的電容。
11.如權(quán)利要求10所述的可調(diào)濾波器，其中所述濾波電路包含串聯(lián)諧振器，具有在輸入端子和輸出端子之間串聯(lián)連接的一或多個(gè)諧振單元；以及并聯(lián)諧振器，其被連接在串聯(lián)連接的所述串聯(lián)諧振器的輸入部分和輸出部分中的至少一個(gè)，和參考電壓端之間，并且具有一或多個(gè)諧振單元，其中所述第一和第二電壓施加部分控制所述串聯(lián)諧振器和所述并聯(lián)諧振器中彼此不同的所述可變電容器的電容。
12.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述監(jiān)視電路具有壓控振蕩器，該壓控振蕩器包含通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器和至少一部分所述多個(gè)電感元件而形成的諧振單元；所述檢測(cè)電路檢測(cè)所述壓控振蕩器的振蕩頻率；以及所述電容控制電路包含第一電壓施加部分，其基于所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果控制所述諧振單元中一部分所述可變電容器的電容；以及第二電壓施加部分，其基于所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果控制所述諧振單元中至少另一部分所述可變電容器的電容。
13.如權(quán)利要求8所述的可調(diào)濾波器，其中所述串聯(lián)諧振器和所述并聯(lián)諧振器中的所述諧振單元具有并聯(lián)連接的第一可變電容器和電感元件，以及與它們串聯(lián)連接的第二可變電容器。
14.如權(quán)利要求8所述的可調(diào)濾波器，其中所述串聯(lián)諧振器和所述并聯(lián)諧振器中的所述諧振單元具有串聯(lián)連接的第一可變電容器和電感元件，以及與它們并聯(lián)連接的第二可變電容器。
15.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中所述濾波電路包含在輸入端子和輸出端子之間串聯(lián)連接的多個(gè)電容器；以及多個(gè)諧振單元，其被連接在所述多個(gè)電容器的相應(yīng)端子和參考電壓端子之間，并且通過組合所述可變電容器和所述電感元件而形成。
16.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中通過以橋接形式連接經(jīng)由組合所述可變電容器和所述電感元件而形成的多個(gè)諧振單元，形成所述濾波電路。
17.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)濾波器，其中至少一部分所述多個(gè)可變電容器能夠被用作所述濾波電路和所述監(jiān)視電路，所述可調(diào)濾波器還包括開關(guān)電路，用于在使用所述可變電容器作為所述濾波電路，以及作為所述監(jiān)視電路之間切換。
18.如權(quán)利要求17所述的可調(diào)濾波器，還包括振蕩器，其在由所述開關(guān)電路使用所述可變電容器作為所述監(jiān)視電路的情況下，向所述濾波電路輸入具有指定頻率的振蕩信號(hào)，其中當(dāng)振蕩信號(hào)被輸入到所述濾波電路時(shí)，所述檢測(cè)電路檢測(cè)通過所述濾波電路的信號(hào)的幅度；以及所述電容控制電路控制所述濾波電路中至少一部分所述可變電容器的電容，使得所述檢測(cè)電路檢測(cè)的幅度最大。
19.如權(quán)利要求18所述的可調(diào)濾波器，還包括檢測(cè)溫度的溫度檢測(cè)器，其中所述電容控制電路基于所述溫度檢測(cè)器檢測(cè)的結(jié)果，控制所述濾波電路中至少一部分所述可變電容器的電容。
20.一種便攜電話，包括天線，用于發(fā)送和接收相位調(diào)制的無線信號(hào)；接收器，用于接收所述天線所接收的接收信號(hào)；以及發(fā)送器，用于發(fā)送所述天線所發(fā)送的發(fā)送信號(hào)，其中所述接收器包含高頻放大器，用于放大相位調(diào)制的接收信號(hào)；以及可調(diào)濾波器，其在所述高頻放大器的前級(jí)或后級(jí)提供，并且提取指定頻率分量中的接收信號(hào)，所述可調(diào)濾波器具有多個(gè)可變電容器及多個(gè)電感元件，均在相同基底上形成；濾波電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件而形成；監(jiān)視電路，通過使用至少一部分所述多個(gè)可變電容器及一部分所述多個(gè)電感元件而形成；檢測(cè)電路，其檢測(cè)所述監(jiān)視電路的指定電路常數(shù)；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)涉及所述監(jiān)視電路的參考電路常數(shù)的信息；以及電容控制電路，其根據(jù)由所述檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的信息，控制所述監(jiān)視電路中所述可變電容器的電容及所述濾波電路中所述可變電容器的電容。
全文摘要
可調(diào)濾波器具有均在公共基底上形成的多個(gè)可變電容器和多個(gè)電感元件，通過使用至少一部分多個(gè)可變電容器和一部分多個(gè)電感元件形成的濾波電路，通過使用至少一部分多個(gè)可變電容器和一部分多個(gè)電感元件形成的監(jiān)視電路，檢測(cè)電路用于檢測(cè)監(jiān)視電路的指定電路常數(shù)，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)涉及監(jiān)視電路的參考電路常數(shù)的信息，以及電容控制電路基于檢測(cè)電路檢測(cè)的結(jié)果以及存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息控制監(jiān)視電路中可變電容器的電容和濾波電路中可變電容器的電容。
文檔編號(hào)H03H9/60GK1649265SQ200510006848
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者川久保隆, 尾原亮一, 阿部和秀, 吉田弘, 鶴見博史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝