本發(fā)明是有關(guān)于一種聲波裝置，且特別是有關(guān)于一種具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置。

背景技術(shù)：

請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示聲波裝置(acoustic-wavedevice)900的示意圖。聲波裝置900包括一壓電材料基板(piezoelectricsubstrate)910、一壓電薄膜層(piezofilmlayer)920及一指叉電容結(jié)構(gòu)930。表面聲波在指叉電容結(jié)構(gòu)930上傳播，并利用壓電薄膜層920，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)應(yīng)用后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

隨著表面聲波技術(shù)的發(fā)展，聲波裝置900已在各方面有不同的應(yīng)用。例如，聲波裝置900可作為移動(dòng)電話的濾波器、振蕩器、變壓器和傳感器。聲波裝置900亦可應(yīng)用于無(wú)線電和電視方面，使無(wú)線電接收的頻率范圍很窄和準(zhǔn)確?；蛘撸暡ㄑb置900可利用表面聲波和聲波在地球表層傳播的性質(zhì)，監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)地震。

然而，由于指叉電容結(jié)構(gòu)930與壓電薄膜層920的熱膨脹系數(shù)不同，可能產(chǎn)生翹曲的現(xiàn)象。請(qǐng)參照?qǐng)D2a，其繪示聲波裝置900位于低溫狀態(tài)的示意圖。當(dāng)聲波裝置900位于低溫狀態(tài)時(shí)，指叉電容結(jié)構(gòu)930收縮程度大于壓電薄膜層920的收縮程度，而造成兩側(cè)向上翹曲的現(xiàn)象。在低溫時(shí)，指叉電容結(jié)構(gòu)930的間距(pitch)縮小，而將使信號(hào)朝向高頻偏移。

請(qǐng)參照?qǐng)D2b，其繪示聲波裝置900位于高溫狀態(tài)的示意圖。當(dāng)聲波裝置900位于高溫狀態(tài)時(shí)，指叉電容結(jié)構(gòu)930擴(kuò)張程度大于壓電薄膜層920的擴(kuò)張程度，而造成兩側(cè)向下翹曲的現(xiàn)象。在高溫時(shí)，指叉電容結(jié)構(gòu)930的間距(pitch)拉大，而將使信號(hào)朝向低頻偏移。

請(qǐng)參照?qǐng)D3a，其繪示聲波裝置900在不同溫度的插入損耗(insertionloss)曲線圖。頻率響應(yīng)曲線l11為攝氏20度所量測(cè)的插入損耗曲線，頻率 響應(yīng)曲線l12為攝氏50度所量測(cè)的插入損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l13為攝氏85度所量測(cè)的插入損耗曲線。由三條頻率響應(yīng)曲線l11、l12、l13可知，隨著溫度的上升，插入損耗逐漸往低頻飄移。

請(qǐng)參照?qǐng)D3b，其繪示聲波裝置900在不同溫度的反射損耗(returnloss)曲線圖。頻率響應(yīng)曲線l21為攝氏20度所量測(cè)的反射損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l22為攝氏50度所量測(cè)的反射損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l23為攝氏85度所量測(cè)的反射損耗曲線。由三條頻率響應(yīng)曲線l21、l22、l23可知，隨著溫度的上升，反射損耗逐漸往低頻飄移。

此外，除了溫度所產(chǎn)生的信號(hào)變異以外，制程的偏差也會(huì)使聲波裝置900產(chǎn)生信號(hào)變異。舉例來(lái)說(shuō)，指叉電容結(jié)構(gòu)930的間距過(guò)小時(shí)，將使信號(hào)朝向高頻偏移。指叉電容結(jié)構(gòu)930的間距過(guò)大時(shí)，將使信號(hào)朝向低頻偏移。

如上所述，溫度與制程所造成的信號(hào)變異一直是難以克服的技術(shù)瓶頸，研究人員均致力于改善這方面的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明有關(guān)于一種具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置，其利用復(fù)制的校準(zhǔn)共振腔，來(lái)了解傳送共振腔與接收共振腔因溫度因素或制程因素所發(fā)生的信號(hào)變異，進(jìn)而執(zhí)行主動(dòng)校準(zhǔn)的動(dòng)作。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置(acoustic-wavedevice)。具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置包括至少一聲波雙工器(acoustic-waveduplexer)、一壓控振蕩器(voltage-controlledoscillator,vco)、一頻率鑒別器(frequencydiscriminator)及一控制電路。聲波雙工器包括一傳送濾波器(txfilter)及一接收濾波器(rxfilter)。壓控振蕩器包括一校準(zhǔn)共振腔及一可調(diào)制負(fù)阻抗電路。傳送濾波器、接收濾波器及校準(zhǔn)共振腔設(shè)置于同一壓電材料基板上。頻率鑒別器依據(jù)校準(zhǔn)共振腔的一頻偏程度，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一校準(zhǔn)信號(hào)?？刂齐娐愤B接聲波雙工器及頻率鑒別器?？刂齐娐吩僖罁?jù)校準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)整傳送濾波器或接收濾波器的操作頻率。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置(acoustic-wavedevice)。具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置包括至少一聲波雙工器(acoustic-waveduplexer)、一鎖相回路(phase-lockedloop,pll)及 一控制電路。聲波雙工器包括一傳送濾波器(txfilter)及一接收濾波器(rxfilter)。鎖相回路至少包括一壓控振蕩器(voltage-controlledoscillator,vco)。壓控振蕩器包括一校準(zhǔn)共振腔及一可調(diào)制負(fù)阻抗電路。傳送濾波器、接收濾波器及校準(zhǔn)共振腔設(shè)置于同一壓電材料基板上。鎖相回路依據(jù)校準(zhǔn)共振腔的一頻偏程度，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一校準(zhǔn)信號(hào)。控制電路連接聲波雙工器及鎖相回路?？刂齐娐吩僖罁?jù)校準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)整傳送濾波器或接收濾波器的操作頻率。

為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下：

附圖說(shuō)明

圖1繪示聲波裝置(acoustic-wavedevice)的示意圖。

圖2a繪示聲波裝置位于低溫狀態(tài)的示意圖。

圖2b繪示聲波裝置位于高溫狀態(tài)的示意圖。

圖3a繪示聲波裝置在不同溫度的插入損耗(insertionloss)曲線圖。

圖3b繪示聲波裝置在不同溫度的反射損耗(returnloss)曲線圖。

圖4繪示一實(shí)施例的具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置的示意圖。

圖5繪示聲波雙工器的示意圖。

圖6a繪示可變電容設(shè)定于不同電容值的插入損耗曲線圖。

圖6b繪示可變電感設(shè)定于不同電感值的插入損耗曲線圖。

圖7a～7c繪示可變電感的不同設(shè)計(jì)的示意圖。

圖8繪示圖4數(shù)字式調(diào)頻的壓控振蕩器的示意圖。

圖9繪示另一實(shí)施例的具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置的示意圖。

圖10繪示圖9模擬式調(diào)頻的壓控振蕩器的示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

100、200：具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置

110：聲波雙工器

111：傳送濾波器

112：接收濾波器

115：相位偏移器

120：壓控振蕩器

121、2211：可調(diào)制負(fù)阻抗電路

130：頻率鑒別器

140、240：控制電路

180：切換器

190、910：壓電材料基板

220：鎖相回路

221：壓控振蕩器

222：時(shí)脈信號(hào)源

223：第一分頻器

224：鑒頻鑒相器

225：充電泵

226：二階rc濾波器

227：第二分頻器

900：傳統(tǒng)的聲波裝置

920：壓電薄膜層

930：指叉電容結(jié)構(gòu)

c1、c2、c4：可變電容

c3：二位元電容

i1、i2：可變電感

ia：切換型電感

ib：微機(jī)電型電感

ic：電壓器型電感

l11、l12、l13、l21、l22、l23、l31、l32、l33、l41、l42、l43：頻率響應(yīng)曲線

s11：調(diào)整信號(hào)

s12：反饋信號(hào)

s13、s23：校準(zhǔn)信號(hào)

u1：傳送共振腔

u2：接收共振腔

u3：校準(zhǔn)共振腔

t0：晶體管

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示一實(shí)施例的具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置(acoustic-wavedevice)100的示意圖。聲波裝置100包括至少一聲波雙工器(acoustic-waveduplexer)110、一壓控振蕩器(voltage-controlledoscillator,vco)120、一頻率鑒別器(frequencydiscriminator)130及一控制電路140。聲波雙工器110包括一傳送濾波器(txfilter)111及一接收濾波器(rxfilter)112。傳送濾波器111用以傳送信號(hào)，接收濾波器112用以接收信號(hào)。在一實(shí)施例中，聲波裝置100可以包括多組聲波雙工器110，以處理多組不同頻段的信號(hào)。多組聲波雙工器110可藉由切換器180來(lái)進(jìn)行切換。

請(qǐng)參照?qǐng)D5，其繪示聲波雙工器110的示意圖。接收濾波器112連接一相位偏移器(phaseshifter)115。傳送濾波器111包括數(shù)個(gè)傳送共振腔u1、二個(gè)可變電容c1及一可變電感i1。接收濾波器112包括數(shù)個(gè)接收共振腔u2、二個(gè)可變電容c2及一可變電感i2。傳送共振腔u1及接收共振腔u2為指叉結(jié)構(gòu)，其容易受到溫度或制程等因素而造成間距(pitch)的改變。

請(qǐng)參照?qǐng)D6a，其繪示可變電容c1設(shè)定于不同電容值的插入損耗曲線圖。以傳送濾波器111為例，在可變電感i1固定為1.5nh之下，頻率響應(yīng)曲線l31為可變電容c1設(shè)定為0.25pf的插入損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l32為可變電容c1設(shè)定為0.40pf的插入損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l33為可變電容c1設(shè)定為0.55pf的插入損耗曲線。由三條頻率響應(yīng)曲線l31、l32、l33可知，透過(guò)可變電容c1的控制，能夠改變傳送濾波器111的操作頻率。同樣地，透過(guò)可變電容c2的控制，也能夠改變接收濾波器112的操作頻率。如此一來(lái)，如圖4所示，控制電路140可以控制可變電容c1或可變電容c2，以調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。

請(qǐng)參照?qǐng)D6b，其繪示可變電感i1設(shè)定于不同電感值的插入損耗曲線圖。以傳送濾波器111為例，在可變電容c1固定為0.25pf之下，頻率響應(yīng)曲線l41為可變電感i1設(shè)定為0.5nh的插入損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l42為可變電感i1設(shè)定為1.5nh的插入損耗曲線，頻率響應(yīng)曲線l43為可變電感i1設(shè)定 為2.5nh的插入損耗曲線。由三條頻率響應(yīng)曲線l41、l42、l43可知，透過(guò)可變電感i1的控制，能夠改變傳送濾波器111的操作頻率。同樣地，透過(guò)可變電感i2的控制，也能夠改變接收濾波器112的操作頻率。如此一來(lái)，如圖4所示，控制電路140可以控制可變電感i1或可變電感i2，以調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。

請(qǐng)參照?qǐng)D7a～7c，其繪示可變電感i1、i2的不同設(shè)計(jì)的示意圖。在各種實(shí)施例中，可變電感i1、i2可以采用各種不同的設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖7a所示，可變電感i1、i2可以是一切換型電感(switch-typeinductor)ia。如圖7b所示，可變電感i1、i2可以是一微機(jī)電型電感(mens-typeinductor)ib。如圖7c所示，可變電感i1、i2可以是一電壓器型電感(transformer-typeinductor)ic。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D4，壓控振蕩器120包括一校準(zhǔn)共振腔u3及一可調(diào)制負(fù)阻抗電路(tunablenegativeimpedancecircuit)121。傳送濾波器111的傳送共振腔u1(繪示于圖5)、接收濾波器112的接收共振腔u2(繪示于圖5)及校準(zhǔn)共振腔u3設(shè)置于同一壓電材料基板190上。各個(gè)傳送共振腔u1、各個(gè)接收共振腔u2及校準(zhǔn)共振腔u3的尺寸、形狀、厚度實(shí)質(zhì)上大致相同，且皆在同一制程中形成。因此，傳送共振腔u1與接收共振腔u2因溫度因素或制程因素所發(fā)生的信號(hào)變異，也同樣會(huì)發(fā)生在校準(zhǔn)共振腔u3。如此一來(lái)，只要透過(guò)校準(zhǔn)共振腔u3的分析，即可得知如何對(duì)聲波雙工器110進(jìn)行主動(dòng)校準(zhǔn)。

請(qǐng)參照?qǐng)D8，其繪示圖4數(shù)字式調(diào)頻的壓控振蕩器120的示意圖。壓控振蕩器120包括校準(zhǔn)共振腔u3及可調(diào)制負(fù)阻抗電路121。可調(diào)制負(fù)阻抗電路121包括數(shù)個(gè)二位元電容c3。此些二位元電容c3分別連接于一晶體管t0，使得此些二位元電容c3可以數(shù)字的方式分別被開(kāi)啟或關(guān)閉。

請(qǐng)參照?qǐng)D4，頻率鑒別器130以數(shù)字的方式輸入一調(diào)整信號(hào)s11至可調(diào)制負(fù)阻抗電路121，以控制此些二位元電容c3，進(jìn)而獲得對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)s12。透過(guò)調(diào)整信號(hào)s11的不斷調(diào)整并接收對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)s12，頻率鑒別器130可以獲得校準(zhǔn)共振腔u3的頻偏程度。

頻率鑒別器130再依據(jù)校準(zhǔn)共振腔u3的頻偏程度，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一校準(zhǔn)信號(hào)s13。

控制電路140連接于聲波雙工器110及頻率鑒別器130。控制電路140再 依據(jù)校準(zhǔn)信號(hào)s13，以數(shù)字的方式調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。如上所述，控制電路140可以上述可變電容c1、c2或可變電感i1、i2來(lái)調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。

根據(jù)上述實(shí)施例，具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置100可以透過(guò)復(fù)制的校準(zhǔn)共振腔u3，來(lái)了解傳送共振腔u1與接收共振腔u2因溫度因素或制程因素所發(fā)生的信號(hào)變異，進(jìn)而執(zhí)行主動(dòng)校準(zhǔn)的動(dòng)作。

請(qǐng)參照?qǐng)D9，其繪示另一實(shí)施例的具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置200的示意圖。在此實(shí)施例中，聲波裝置200包括至少一聲波雙工器110、一鎖相回路(phase-lockedloop,pll)220及一控制電路240。聲波雙工器110的相關(guān)說(shuō)明已敘述于圖5～7c，在此不再重復(fù)敘述。

鎖相回路220包括一壓控振蕩器221、一時(shí)脈信號(hào)源222、一第一分頻器(firstdivider)223、一鑒頻鑒相器(phasefrequencydetector,pfd)224、一充電泵(chargepump)225、一二階rc濾波器(second-orderrcfilter)226及一第二分頻器(seconddivider)227。時(shí)脈信號(hào)源222用以提供一時(shí)脈信號(hào)。第一分頻器223連接時(shí)脈信號(hào)源222。鑒頻鑒相器連接第一分頻器224。充電泵225連接鑒頻鑒相器224。二階rc濾波器226連接充電泵225及壓控振蕩器221。第二分頻器227連接壓控振蕩器221及鑒頻鑒相器224。

鎖相回路220是一種利用反饋(feedback)控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步技術(shù)，其作用是將電路輸出的時(shí)脈與其外部的參考時(shí)脈保持同步。當(dāng)參考時(shí)脈的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相回路220會(huì)檢測(cè)到這種變化，并且通過(guò)其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步，這種同步又稱為“鎖相”(phase-locked)。

在本實(shí)施例中，壓控振蕩器221包括校準(zhǔn)共振腔u3及可調(diào)制負(fù)阻抗電路2211。請(qǐng)參照?qǐng)D10，其繪示圖9模擬式調(diào)頻的壓控振蕩器221的示意圖。校準(zhǔn)共振腔u3的相關(guān)說(shuō)明同上所述，在此不再贅述。可調(diào)制負(fù)阻抗電路2211包括一可變電容c4。此可變電容c3可以模擬的方式被調(diào)整，以達(dá)到鎖相回路220的時(shí)脈同步。

請(qǐng)參照?qǐng)D9，鎖相回路220達(dá)到時(shí)脈同步時(shí)，可以獲得校準(zhǔn)共振腔u3的一頻偏程度，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一校準(zhǔn)信號(hào)s23。

控制電路240連接聲波雙工器110及鎖相回路220?？刂齐娐?40再依據(jù) 校準(zhǔn)信號(hào)s23，以模擬的方式調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。如上所述，控制電路240可以上述可變電容c1、c2或可變電感i1、i2來(lái)調(diào)整傳送濾波器111或接收濾波器112的操作頻率。

根據(jù)上述實(shí)施例，具主動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)制的聲波裝置200可以透過(guò)復(fù)制的校準(zhǔn)共振腔u3，來(lái)了解傳送共振腔u1與接收共振腔u2因溫度因素或制程因素所發(fā)生的信號(hào)變異，進(jìn)而執(zhí)行主動(dòng)校準(zhǔn)的動(dòng)作。

綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書(shū)保護(hù)范圍所界定者為準(zhǔn)。