CN106992797A - 电子设备及滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子设备及滤波器。该电子设备包括：天线，所述天线用于接收射频信号；信号处理电路，所述信号处理电路用于处理从天线接收到的射频信号；以及滤波电路，所述滤波电路由第一射频微带线构成，且连接所述天线和所述信号处理电路。其中，所述滤波电路用于对所述天线接收到的射频信号进行滤波，并将已滤波的射频信号传递给所述信号处理电路，其中，形成所述滤波电路的第一射频微带线被排布为适合于容纳在所述滤波电路所在的电路板能够提供的空间中。上述方案可在满足系统性能要求的情况下有效地利用电路空间。

Description

电子设备及滤波器

技术领域

本发明涉及射频信号收发领域，具体涉及一种电子设备及滤波器。

背景技术

随着电子设备(例如终端设备，如智能手机、平板设备等)的发展，越来越多的应用模块(例如，相机模块、GPS模块等)被添加到电子设备上。这些应用模块的添加在丰富电子设备功能的同时，也使得电子设备上能够用于射频信号收发处理的电路(例如，用于实现天线、放大器、滤波器、变频器中的一项或多项的电路)的空间越来越小。与此同时，随着较低频率的通信频段的用尽，更高频率的通信频段被投入到使用中。更高的频率可能造成更大的信号损耗，并要求损耗更低的射频滤波器件。现在的电路设计中通常使用市场上可买到的射频滤波器来满足该要求。但这种射频滤波器可能会占据电路板上的较大空间，使得电子设备内部(例如电路板)的空间分配愈加困难。

因此，需要一种既能够满足系统性能要求，又能够有效利用电路空间的电路设计方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种电子设备及滤波器，以实现既能够满足系统性能要求又能够有效利用电路空间的电路设计方案。

根据本发明的一个方案，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

天线，所述天线用于接收射频信号；

信号处理电路，所述信号处理电路用于处理从天线接收到的射频信号；以及

滤波电路，所述滤波电路由第一射频微带线构成，且连接所述天线和所述信号处理电路，

其中，所述滤波电路用于对所述天线接收到的射频信号进行滤波，并将已滤波的射频信号传递给所述信号处理电路，

其中，形成所述滤波电路的第一射频微带线被排布为适合于容纳在所述滤波电路所在的电路板能够提供的空间中。

根据本发明的另一方案，提供了一种滤波器，包括：

第一匹配电路，所述第一匹配电路由第一集总参数元件集合构成；

第二匹配电路，所述第二匹配电路由第二集总参数元件集合构成

滤波电路，所述滤波电路设置在所述第一匹配电路和第二匹配电路之间，所述滤波电路是由第一微带线形成的滤波网络，并具有第一端口和第二端口，其中，所述第一端口连接到所述第一匹配电路，所述第二端口连接到所述第二匹配电路。

上述方案利用射频微带线来设计滤波器电路。与现有市场上可买到的滤波器器件相比，射频微带线本身具有较小尺寸，且不需要器件封装等部件，因此有效地减小了滤波器电路所需的电路空间，在满足系统性能要求的情况下有效地利用电子设备的电路空间。

附图说明

通过下面结合附图对发明进行的详细描述，将使本发明的上述特征和优点更加明显，其中：

图1示出了现有技术的滤波电路的工作原理的示意性框图；

图2示出了根据本发明实施例的滤波电路的工作原理的示意性框图；

图3示出了根据本发明实施例的使用图2所示滤波器电路的电子设备的示意性框图；

图4示出了根据本发明实施例的用于构建滤波器的方法的简要流程图；

图5示出了根据本发明实施例的5G WIFI滤波器电路的仿真曲线与现有的5G WIFI滤波器的性能曲线的对比示意图；以及

图6示出根据本发明实施例的装置的示例硬件布置的示意性框图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，以避免使本发明的主题不清楚。

为了更清楚地描述技术方案，下面使用5G Hz WIFI为具体示例来描述本发明实施例的技术方案。然而要理解，本发明实施例的技术方案也可以应用于其他各种信号频段和通信标准，只要其面临电路空间紧缺的问题。

图1示出了现有技术的5G WIFI滤波电路工作原理的示意性框图。如图1所示，天线110接收到的5G射频信号通过射频微带线120并经由第一外部匹配电路130传递给滤波器140。滤波器140对接收到的5G射频信号进行滤波，并将滤波后的5G射频信号经由第二外部匹配电路140传递给WIFI集成芯片，以进行WIFI相关功能的进一步处理。本发明发明人在实施该技术方案时发现，滤波器140本身占据了较大的空间，且由于市场所售滤波器器件是通用类型，并不针对于具体电路，因此在例如滤波器140外部通常还需要布置外部匹配电路(例如第一外部匹配电路130和第二外部匹配电路140)来进行阻抗匹配，导致使用这样的滤波器器件实现滤波功能占用了较大的电路板空间。

为解决该问题，本发明实施例提供了一种滤波器。如图2所示，该滤波器包括第一匹配电路210、滤波电路220和第二匹配电路230。第一匹配电路210由第一集总参数元件集合构成。第二匹配电路230由第二集总参数元件集合构成。滤波电路220设置在第一匹配电路210和第二匹配电路230之间。滤波电路220是由第一微带线形成的滤波网络，并具有第一端口和第二端口。从图2可以看出，第一端口连接到第一匹配电路210，第二端口连接到第二匹配电路230。

通过第一射频微带线的使用，由于射频微带线本身具有较小尺寸，且不需要器件封装及内部匹配等部件，因此有效地减小了滤波器电路所需的电路空间，在满足系统性能要求的情况下有效地利用电子设备的电路空间。

此外，由于第一射频微带线(且因此滤波电路)的形状可适合于电路板所能够提供的空间，使得能够在首先布置其他应用模块的情况下来布置用于射频信号处理的电路，电路设计更加灵活，空间利用率也更高。

此外，使用射频微带线实现滤波器消除了购买市场上出售的滤波器器件的需求，节省了电子设备的成本。

上述实施例中的第一集总参数元件集合和第二集总参数元件集合可分别包括一个或多个电容器(C)以及一个或多个电感器(L)的集合。例如，第一匹配电路210和第二匹配电路220可分别是仅包括一个电容器和一个电感器的简单的LC匹配电路，也可以是包括更多器件的更复杂的匹配电路，或可以是本领域中任何可实现匹配功能的适用电路。本发明不对此进行限制。

根据本发明的一些实施例，基于第一射频微带线的阻抗特性，滤波电路220的第一端口具有第一阻抗特性；以及基于第一射频微带线的阻抗特性，滤波电路220的第二端口具有第二阻抗特性。根据具体的实现，第一阻抗特性与第二阻抗特性可以相同，也可以不同。

根据本发明的一些实施例，第一匹配电路210和第二匹配电路230还可用于增强滤波电路的滤波性能。例如，通过调整所使用的电感和电容的参数值来调整滤波电路220的第一端口和第二端口分别与第一匹配电路210和第二匹配电路230的阻抗匹配，可以增强滤波电路220的一项或多项性能参数。

根据本发明的一些实施例，滤波电路220的性能参数可包括插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制。第一匹配电路210和第二匹配电路230所使用的电容器和电感器的参数值可根据这些性能参数来设置。在一些实施例中，可首先选择能够实现滤波电路220的各项性能参数基本要求的电容器和电感器的初始参数值，并基于该初始参数值进行参数细调，选择能够实现所需的一项或多项性能参数优化的参数值来作为所使用的电容器和电感器的最终参数值。

根据本发明的一些实施例，第一射频微带线的排布可根据电路板能够提供的空间而不同，且第一射频微带线的不同排布所形成的滤波电路的性能可相同。例如，第一射频微带线可能由于应用模块的添加或删减占据不同形状或大小的电路板空间，并因此具有不同的形状(排布)，但在可容忍的范围内仍然能够保持滤波电路的性能不变。

图2所示的滤波器可应用于各种不同的设备中。图3示出了这样的一种电子设备。如图3所示，该电子设备包括天线310、滤波电路320和信号处理电路330。天线310用于接收射频信号。信号处理电路230用于处理从天线接收到的射频信号。滤波电路320由第一射频微带线构成，且连接天线310和信号处理电路330。滤波电路320用于对天线310接收到的射频信号进行滤波，并将已滤波的射频信号传递给信号处理电路330，以供其进行进一步处理，例如变频、ADC变换、基带处理等等。形成所述滤波电路的第一射频微带线被排布为适合于容纳在滤波电路所在的电路板能够提供的空间中。

通过第一射频微带线的使用，由于射频微带线本身具有较小尺寸，且不需要器件封装及内部匹配等部件，因此有效地减小了滤波器电路所需的电路空间，在满足系统性能要求的情况下有效地利用电子设备的电路空间。

此外，由于第一射频微带线(且因此滤波电路)的形状可适合于电路板所能够提供的空间，使得能够在首先布置其他应用模块的情况下来布置用于射频信号处理的电路，电路设计更加灵活，空间利用率也更高。

此外，使用射频微带线实现滤波器消除了购买市场上出售的滤波器器件的需求，节省了电子设备的成本。

在本发明的一些实施例中，滤波电路320还包括分别设置在第一射频微带线的第一端口处和第二端口处的第一匹配网络和第二匹配网络，且第一匹配网络由至少一个第一电容和至少一个第一电感组成，第二匹配网络由至少一个第二电容和至少一个第二电感组成。

根据本发明的一些实施例，基于第一射频微带线的阻抗特性，滤波电路320的第一端口具有第一阻抗特性；以及基于第一射频微带线的阻抗特性，滤波电路320的第二端口具有第二阻抗特性。根据具体的实现，第一阻抗特性与第二阻抗特性可以相同，也可以不同。

根据本发明的一些实施例，第一匹配网络和第二匹配网络还用于增强滤波电路320的滤波性能。例如，通过调整所使用的电感和电容的参数值来调整滤波电路320的第一端口和第二端口分别与第一匹配网络和第二匹配网络的阻抗匹配，可以增强滤波电路320的一项或多项性能参数。

根据本发明的一些实施例，滤波电路320的性能参数可包括插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制。第一匹配网络和第二匹配网络所使用的电容器和电感器的参数值可根据这些性能参数来设置。在一些实施例中，可首先选择能够实现滤波电路320的各项性能参数基本要求的电容器和电感器的初始参数值，并基于该初始参数值进行参数细调，选择能够实现所需的一项或多项性能参数优化的参数值来作为所使用的电容器和电感器的最终参数值。

根据本发明的一些实施例，第一射频微带线的排布可根据电路板能够提供的空间而不同，且第一射频微带线的不同排布所形成的滤波电路的性能可相同。例如，第一射频微带线可能由于应用模块的添加或删减占据不同形状或大小的电路板空间，并因此具有不同的形状(排布)，但在可容忍的范围内仍然能够保持滤波电路的性能不变。

如图3所示，根据本发明一些实施例，该电子设备还可包括第二微带线340。第二微带线340连接在天线310和滤波电路320之间。

当在图3所示的电子设备中使用图2所示的滤波器时，可将该滤波器单独使用在接收电路或发送电路中(例如，在频分双工(FDD)情况下)，或在接收电路和发送电路中使用同一滤波器(例如，在时分双工(TDD)情况下)。下面以5G WIFI为例，分别按照接收路径和发送路径来描述滤波器的使用。

在发送路径中，5G WIFI信号由信号处理电路330(例如WIFI芯片)的输出端口输出，进入到滤波电路320中，进行对用户希望发送的5G信号的滤波处理。当进入滤波电路320时，可首先通过匹配电路(例如图2中示出的第二匹配电路230)，将信号更好的传输到由分布参数搭建的微带滤波电路320中。在滤波电路320中筛选出用户希望发送的5G信号，达到对有用信号尽量小的信号损耗，对带外无用信号做到尽量大的抑制衰减。滤波后的5G信号通过另一匹配电路(例如，图2中示出的第一匹配电路210)实现对第二微带线340的良好衔接过渡，降低信号的反射，并保证信号的完整性。然后，在信号经由第二微带线340发送给天线310后，天线310将信号辐射到空间中。

在接收路径中，当天线310从空间中接收到5G WIFI信号后，经由第二微带线340将信号传递给滤波电路310。在滤波电路320接收到该信号前，该信号首先经过匹配电路(例如，图2中示出的第一匹配电路210)。滤波电路320从接收到的5G信号中滤出用户希望接收的信号，抑制带外干扰信号，并通过另一匹配电路(例如，图2中示出的第二匹配电路220)发送给信号处理电路330(例如WIFI芯片)，以由信号处理电路330进行进一步的信号处理，例如放大、下变频、A/D变换、解调等等。

根据本发明实施例，还提供了一种用于构建滤波器的方法。图4中示出了该方法。如图4所示，该方法包括：步骤410，使用第一微带线构建滤波电路，该滤波电路具有第一端口和第二端口；步骤420，使用第一集总参数元件集合构建第一匹配电路，将第一匹配电路连接到滤波电路的第一端口；步骤430，使用第二集总参数元件集合构建第二匹配电路，将第二匹配电路连接到滤波电路的第二端口。

需要注意的是，上述步骤编号仅是为了描述的方便，并不意味着根据本发明实施例的滤波器必须按照该步骤编号顺序来构建。相反，可根据需要来调整步骤的执行顺序。

根据本发明的一些实施例，该方法还可包括对已构建的滤波电路单独进行电路优化，以使得优化后的滤波电路实现所需信号滤波要求。该方法还可包括对第一匹配电路和第二匹配电路进行电路优化，以调整第一匹配电路和第二匹配电路对滤波电路的性能影响，例如，增强滤波电路的一些性能指标。可重复执行上述针对滤波电路的电路优化以及针对第一匹配电路和第二匹配电路的电路优化，以实现更优的性能。

可通过各种方式执行上述的方法。在一些实现中，可利用仿真软件(例如但不限于ADS仿真软件)来执行上述方法。需要注意的是，可采用任何可能的方式来执行本发明上述的方法，本发明不受该方法的具体实现方式的限制。

在一个实际的电路设计中，可能已经在电路板上大致地规划了各个模块或部件所占用的区域的尺寸和形状，并因此可用于布置根据本发明实施例的滤波器的区域也能够被大致确定。下面将基于该假设来阐述具体的设计示例，然而需要注意的是，可应用本发明实施例的方案的其他情况也是可能的。

首先，根据实际电路板提供的滤波器(例如，5G WIFI滤波器)区域的位置和尺寸，初步确定搭建的滤波器的及其匹配电路区域的尺寸大小及走线区域。

然后，在仿真软件中搭建分布参数的微带滤波器网络模型，设置仿真优化的目标参数值以及仿真变量的个数和变量的优化范围。具体地，可考虑电路板加工厂的实际加工能力来设置微带线阻抗控制和线宽以及线间距大小，同时兼顾电路板能够提供的空间区域，设置变量参数的仿真优化范围(即仿真优化参数的最大值和最小值)。此外，还根据要设计的滤波器的插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制要求等设置仿真优化目标。

在一系列的仿真优化调整后，可得到一组满足滤波器性能要求的微带滤波网络参数，并可得到对应的滤波器网络的电路布局(layout)。

然后，在所得到的滤波器网络的两端分别加载上由电感器和电容器等集总参数元件构成的匹配网络。

通过设置匹配网络的电感器和电容器的参数值，可进一步优化和调整匹配电路添加的对滤波器性能的影响，加强滤波器的可调性，并满足所希望的射频信号(例如，5G WIFI信号)的滤波指标要求。

在上述的插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制要求中，可通过对匹配网络的参数调整来增强其中的一项或多项，或更灵活地实现这些性能指标之间的折中。

以5G WIFI滤波器电路为例，图5示出了根据本发明实施例的5G WIFI滤波器电路的仿真曲线与现有的5G WIFI滤波器的性能曲线的对比。

在图5中，加星点的曲线表示现有滤波器的频率响应性能曲线，未加星点的曲线表示根据本发明实施例的5G WIFI滤波器电路的频率响应性能曲线。从图中可见，与现有滤波器相比，根据本发明实施例的5G WIFI滤波器电路具有更佳的性能，例如更低的插入损耗和更高的带外抑制能力。这使得有用信号尽量低的被损耗掉，而带外无用的信号最大程度的被抑制掉。

图6是示出了用于根据本发明实施例的图4所示方法的示例硬件布置600的框图。该硬件布置包括处理器606(例如，微处理器(μP)、数字信号处理器(DSP)等)。处理器606可以是用于执行本文描述的流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。布置还可以包括用于从其他实体接收信号的输入单元602、以及用于向其他实体提供信号的输出单元604。输入单元602和输出单元604可以被布置为单一实体或者是分离的实体。

此外，布置可以包括具有非易失性或易失性存储器形式的至少一个可读存储介质608，例如是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、和/或硬盘驱动器。可读存储介质608包括计算机程序610，该计算机程序610包括代码/计算机可读指令，其在由布置600中的处理器606执行时使得硬件布置600和/或包括硬件布置600在内的设备可以执行例如上面结合图4所描述的流程及其任何变形。

计算机程序610可被配置为具有例如计算机程序模块610A～610C架构的计算机程序代码。因此，在例如设备中使用硬件布置600时的示例实施例中，布置600的计算机程序中的代码包括：模块610A，用于使用第一微带线构建滤波电路，该滤波电路具有第一端口和第二端口。计算机程序中的代码还包括：模块610B，用于使用第一集总参数元件集合构建第一匹配电路，将第一匹配电路连接到滤波电路的第一端口：以及模块610C，用于使用第二集总参数元件集合构建第二匹配电路，将第二匹配电路连接到滤波电路的第二端口。

尽管上面结合图6所公开的实施例中的代码手段被实现为计算机程序模块，其在处理器606中执行时使得硬件布置执行上面结合图4所描述的动作，然而在备选实施例中，该代码手段中的至少一项可以至少被部分地实现为硬件电路。

处理器可以是单个CPU(中央处理单元)，但也可以包括两个或更多个处理单元。例如，处理器可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))。处理器还可以包括用于缓存用途的板载存储器。

计算机程序可以由连接到处理器的计算机程序产品来承载。计算机程序产品可以包括其上存储有计算机程序的计算机可读介质。例如，计算机程序产品可以是闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、EEPROM，且上述计算机程序模块在备选实施例中可以用UE内的存储器的形式被分布到不同计算机程序产品中。

需要注意的是，本发明实施例所记载的技术方案在不冲突的情况下可以任意组合。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个第二处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电子设备，所述电子设备包括：

天线，所述天线用于接收射频信号；

信号处理电路，所述信号处理电路用于处理从天线接收到的射频信号；以及

滤波电路，所述滤波电路由第一射频微带线构成，且连接所述天线和所述信号处理电路，

其中，所述滤波电路用于对所述天线接收到的射频信号进行滤波，并将已滤波的射频信号传递给所述信号处理电路，

其中，形成所述滤波电路的第一射频微带线被排布为适合于容纳在所述滤波电路所在的电路板能够提供的空间中。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述滤波电路还包括分别设置在所述第一射频微带线的第一端口处和第二端口处的第一匹配网络和第二匹配网络，且所述第一匹配网络由至少一个第一电容和至少一个第一电感组成，所述第二匹配网络由至少一个第二电容和至少一个第二电感组成。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，

基于所述第一射频微带线的阻抗特性，所述滤波电路的所述第一端口具有第一阻抗特性；以及

基于所述第一射频微带线的阻抗特性，所述滤波电路的所述第二端口具有第二阻抗特性。

4.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络还用于增强所述滤波电路的滤波性能。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述第一电容、所述第一电感、所述第二电容和所述第二电感的参数值是基于所述滤波电路的插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制来设置的。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一射频微带线的排布根据所述电路板能够提供的空间而不同，且所述第一射频微带线的不同排布所形成的所述滤波电路的性能相同。

7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

第二微带线，连接在所述天线和所述滤波电路之间。

8.一种滤波器，包括：

第一匹配电路，所述第一匹配电路由第一集总参数元件集合构成；

第二匹配电路，所述第二匹配电路由第二集总参数元件集合构成

滤波电路，所述滤波电路设置在所述第一匹配电路和所述第二匹配电路之间，所述滤波电路是由第一微带线形成的滤波网络，并具有第一端口和第二端口，其中，所述第一端口连接到所述第一匹配电路，所述第二端口连接到所述第二匹配电路。

9.根据权利要求8所述的滤波器，其中，

基于所述第一射频微带线的阻抗特性，所述滤波电路的所述第一端口具有第一阻抗特性；以及

基于所述第一射频微带线的阻抗特性，所述滤波电路的所述第二端口具有第二阻抗特性。

10.根据权利要求8所述的滤波器，其中，所述第一集总参数元件集合和所述第二集总参数元件集合的参数值是基于所述滤波电路的插入损耗、回波损耗、通带带宽以及带外抑制来设置的。