CN107562990A - 基于bvd模型的baw滤波器设计方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法、装置及设备。该方法包括：根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数；提取单个所述谐振子的电路模型参数；依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局；优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数；若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合所述预设范围。本发明实现了BAW滤波器设计中物理场仿真与电路模型之间的准确等效，为滤波器的制作提供更加准确的结果。
Description
【技术领域】
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法、装置及设备。
【背景技术】
随着通信技术的发展，性能优良的小型化滤波器受到通信设备制造商的广泛青睐，其中非常重要的一类是基于微机电系统(MEMS)工艺的BAW(Bulk Acoustic Wave体声波)滤波器，它属于中小功率产品，在未来第五代(5G)移动通信设备中具有广泛的应用前景，使得BAW滤波器的设计方法成为研究的热点。
过去，人们对常规的腔体滤波器的开发进行了广泛研究，目前其仿真设计比较成熟，而且该类滤波器场仿真中只涉及单一的电磁场，易于用相关软件完成建模分析。然而，对于BAW滤波器在不同应用中的指标可能差异相当大，因而设计流程的简便和快捷是一个重要环节。一些BAW滤波器的设计要求是要有极低的插入损耗和良好的阻抗匹配，而另一些设计对阻带衰减的要求才是首位的。对于BAW器件的建模又是基于不同的层次，基本物理层模型需要进行三维的互相耦合的电、声模拟，这实际上不可能用公式表示并解析出正常结果。
若是像现有技术中只对单个谐振子进行场仿真，其间并没有考虑多个谐振子之间的影响，这样会给设计带来很多误差，降低了仿真设计对滤波器制造的指导作用，进而导致滤波器设计参数的不准确。
【发明内容】
为克服上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，特提出以下技术方案：
本发明提供一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法，包括以下步骤：
(1)根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数；
(2)提取单个所述谐振子的电路模型参数；
(3)依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局；
(4)优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数；
(5)若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合所述预设范围。
具体的，步骤(2)具体还包括：
(2.1)根据构建的所述单个所述谐振子的物理场仿真模型进行多物理场仿真计算；
(2.2)根据仿真计算结果得出端口导纳矩阵数据以依据该端口导纳矩阵数据提取所述单个所述谐振子对应的电路模型参数。
具体的，步骤(4)具体包括：
(4.1)获取所述BAW滤波器的初始布局，并根据所述初始布局构建物理场仿真模型；
(4.2)根据所述物理场仿真模型进行多物理场仿真计算后，得出端口导纳矩阵数据；
(4.3)根据所述端口导纳矩阵数据提取所述BAW滤波器对应的电路模型参数。
具体的，所述初始布局包括单个所述谐振子的尺寸和/或若干所述谐振子排布的位置，其中所述谐振子的尺寸的调整包括调整该谐振子的覆盖面积和/或厚度。
具体的，步骤(5)包括：
(5.1)获取预先设置的最优参数以及步骤(4)得出的优化参数；
(5.2)将所述最优参数和优化参数进行比对并得出所述差异值以判断其是否超出预设范围。
优选的，步骤(2)具体包括：
(2.3)依据所述原始等效电路模型，构建单个所述谐振子的物理场仿真模型；
(2.4)根据物理场仿真模型进行仿真得出对应的相关参数；
(2.5)判断所述相关参数的收敛情况；
(2.6)根据其收敛情况确定电路模型参数。
优选的，所述收敛情况的判断步骤如下：
将所述最优参数代入仿真模拟器中并生成对应的特性曲线，当确定所述特性曲线与相关参数相应曲线间的拟合程度满足预设差异要求时定义两者为收敛状态；否则，定义两者为不收敛状态。
具体的，所述最优参数、优化参数和相关参数均包括如下至少一种或多种参数：静态电容C0、机械振动相关联的等效电容Cm、电感Lm、与损耗相关的电阻Rm、串联谐振子的串联谐振频率fs以及并联谐振子的并联谐振频率fp。
具体的，所述参数依据以下任意一项或多项公式计算得出：
其中，为机电耦合系数，Q为谐振子的品质因数，两者取决于谐振子材料和结构特性。
相应的，本发明还提供一种基于BVD模型的BAW滤波器设计装置，包括：
设置模块：用于根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数；
提取模块：用于提取单个所述谐振子的电路模型参数；
排腔模块：用于依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局；
优化模块：用于优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数；
调整模块：用于若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合设计要求。
相应的，本发明还提供一种设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行；
所述一个或多个程序用于驱动所述一个或多个处理器构造用于执行上述任意所述的方法。
与现有技术相比，本发明具备如下优点：
本发明基于BVD模型，创建了BAW滤波器的等效电路，通过对部分参数的优化(即设置最优参数)得到滤波器电路的优化参数。其中根据最优参数建立滤波器的真实物理模型，并利用多物理场仿真计算给出结果，再从中提取出其对应的电路模型参数。通过对比两种模型参数的差异，进一步调整初始布局，直至两者差异满足预设范围，最后实现滤波器的优化设计。本发明实现了BAW滤波器设计中物理场仿真模型与电路模型之间的准确等效，另外应用的紧凑性BVD模型为BAW滤波器的设计提供更加准确的参数，通过对优化后的初始布局进行调整提供了良好的阻抗匹配，实现了低插入损耗的滤波器特性。
【附图说明】
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明中一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法实施例流程图；
图2为本发明中一种基于BVD模型的BAW滤波器设计装置实施例的结构框图；
图3为本发明单个谐振子的BVD等效电路图；
图4为本发明的BAW滤波器的连接结构图的一示例；
图5为本发明的图4所示BAW滤波器进行多物理场仿真时的频率响应曲线。
【具体实施方式】
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。以下实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
有必要先对本发明的应用场景及原理进行如下的先导性说明。
在本发明的BAW滤波器设计中，通过计算机仿真实现优化设计。其分为电路模型仿真和场仿真，前者是对滤波器原始等效电路模型进行优化分析，使其特性满足指标要求，从而为后者建模提供依据，即依此建立真实的滤波器物理结构，最后通过多物理场(电场、磁场、声波场等)仿真计算得到滤波器的特性。
正常工作中，BAW滤波器可以用紧凑(或更高级)模型来模拟，在不考虑导线上的寄生效应时，BAW的等效电路与Butterworth-van-Dyke模型是一致的，这种紧凑模型使用一个被称为”Butterworth-van-Dyke“模型的简单等效电路。
在本发明中，BVD模型的基本参数有：C0滤波器“静态”电容、fs串联谐振频率、Q谐振子品质因数、B滤波器相对带宽。这些基本参数可以通过实际测量或对BVD模型的仿真中获得。通过阻抗测量，可提取出fs、并联谐振频率fp和C0。从基本参数出发，等效电路中各元件的值都可以算出。这里需要指出的是所有这些值都是紧密相关的，不可能通过单独调整某个元件值来改善滤波器。
请参阅附图1-5所示的本发明实施例流程图，本发明提供一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法，包括以下步骤：
步骤(1)，根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数。
本发明实施例中，所述BVD(Butterworth-Van Dyke)电路模型，如图3本发明单个谐振子的BVD等效电路图，该等效电路图主要由四个电学元件组成：动态电阻Rm，动态电容Cm，动态电感Lm和静态夹持电容C0，其中静态夹持电容C0为可供进行选择性设置。
本发明实施例中，从BAW滤波器的优化特性出发，所述BAW滤波器所用的材料需要考虑的几个参数如下：
1、机电耦合系数它决定了电域与机械域间能量交换的程度。耦合系数太低的压电层将不能用来制作满足移动终端应用的带宽要求的滤波器；其中所述压电层指的是滤波器若干谐振子组合成的具有厚度和覆盖面积的层面；
2、介电常数εr，滤波器的阻抗水平由滤波器的谐振子的覆盖面积、谐振子的厚度和介电常数εr共同决定，有较高的介电常数εr，则可减小滤波器的尺寸；
3、固有材料损耗，ZnO和AIN电子薄膜材料在本发明BAW滤波器中经过验证，并具有损耗低的特点；
4、温度系数，由于压电层决定了谐振频率，因而它的温度系数对器件的温漂有巨大的影响。
本发明实施例中，所述BAW滤波器的优化特性包括如下多项要求：谐振子品质因数高、带宽窄、固有材料损耗小、矩形系数小、温度系数小。
本发明实施例中，上述BAW滤波器的优化特性可通过设置静态电容C0、串联谐振子的串联谐振频率fs和并联谐振子的并联谐振频率fp中任意一项或多项的参数值来实现，故该参数值称为最优参数，另外，其谐振子品质因数Q和上述机电耦合系数均取决于材料和结构特性，在BAW滤波器的优化设计中，在所用的介质不变的情况下，可通过调整谐振子的布局改变其覆盖面积以及厚度，进而改变BAW滤波器的特性。
本发明实施例中，所述依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数，形成原始等效电路，其中所述最优参数可通过软件进行设置。该软件需针对所述BAW滤波器的优化特性进行数据库搜索工作，搜索后进行综合分析得出所述最优参数。再者，所述最优参数还可依据物理环境的需求进行人工测算而获得，此外，所述最优参数的设置还可以通过其他方式实现，在此不多加赘述。
本发明实施例中，所述步骤(1)中还包括步骤：依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数，形成原始等效电路，根据BVD电路模型以及原始等效电路构建BAW滤波器的原始等效电路模型。
步骤(2)，提取单个所述谐振子的电路模型参数。
本发明所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)根据构建的所述单个所述谐振子的物理场仿真模型进行多物理场仿真计算；
(2.2)根据仿真计算结果得出端口导纳矩阵数据以依据该端口导纳矩阵数据提取所述单个所述谐振子对应的电路模型参数。
本发明实施例中，所述导纳矩阵为根据仿真计算结果得到的对称的稀疏矩阵，其中导纳矩阵包括自导纳Yii和互导纳Yij，其Yij＝Yji，所述自导纳Yii表示在第i个节点施加单位电压，其余各节点全部接地，经节点i注入网络的电流；所述互导纳Yij表示在j节点施加单位电压，其余节点全部接地时，i节点的注入电流。其中运用的方程式包括：I＝Y*U。例如对于n个节点，列写n个节点方程式为：
即其导纳矩阵可表示为：
本发明实施例中，根据所述导纳矩阵，得出导纳矩阵Y的值，后从导纳矩阵Y中提取出所述单个所述谐振子对应的电路模型参数。
本发明实施例中，所述电路模型参数包括如下任意一项或多项：单个谐振子的电容、电感、串联谐振频率fs和并联谐振频率fp等。
本发明实施例中，步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.3)依据所述原始等效电路模型，构建单个所述谐振子的物理场仿真模型；
(2.4)根据物理场仿真模型进行仿真得出对应的相关参数；
(2.5)判断所述相关参数的收敛情况；
(2.6)根据其收敛情况确定电路模型参数。
本发明实施例中，所述收敛情况的判断步骤如下：
将所述最优参数代入仿真模拟器中并生成对应的特性曲线，当确定所述特性曲线与相关参数相应曲线间的拟合程度满足预设差异要求时定义两者为收敛状态；否则，定义两者为不收敛状态。
本发明实施例中，所述特征曲线指的是BAW滤波器或单个谐振子在进行多物理场仿真时，其端口导纳(或阻抗)随频率变化的曲线，以描述不同频率信号间处理能力的差异。
所述特征曲线也称为频率响应曲线，在仿真时，信号在传输过程中其幅度和相位发生变化，信号在传输过程中难免失真，故本发明利用多物理场进行多次仿真以确认所述频率响应曲线；其中所述多物理场包括电场、磁场、引力场。
本发明实施例中，所述频率响应曲线包括幅频特性曲线和相频特性曲线。其所述幅频特性曲线为输出振幅与输入振幅的比值随频率的变化曲线；所述相频特性曲线为输出相角值与输入相角值的差值随频率的变化曲线，需要说明的是，本发明在针对频率响应曲线的确定有分析法和实验法两种。
分析法主要基于物理机理的理论计算方法，运用相应的物理定律通过推导计算等确定系统的频率响应曲线。
实验法主要利用仪器仪表对其进行直接的测量，一般以正弦信号为实验信号，在考查范围内设定多个频率值，分别测量各频率值相对应的输入输出信号的振幅和相角值，由此即可得出幅频特性曲线和相频特性曲线。
具体的，所述步骤(2.5)中“判断所述相关参数的收敛情况”包括将所述特征曲线对应的曲线参数与相关参数进行比对，当两者的差异值在预设范围内时，则判定为收敛状态，否则为不收敛状态。
需要说明的是，本发明提供的关于电路模型参数的提取方法不仅仅包括上述的根据收敛情况确定电路模型参数和根据端口导纳矩阵数据提取电路模型参数，还可以包括其他方法，在此不多加赘述。
步骤(3)，依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局。
步骤(3)还包括：
依据单个谐振子的物理场仿真模型并获取单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局。
在本发明实施例中，所述初始布局包括单个所述谐振子的尺寸和/或若干所述谐振子排布的位置，其中所述谐振子的尺寸的调整包括调整该谐振子的覆盖面积和/或厚度。
其中，所述谐振子的覆盖面积或厚度的改变导致了谐振频率的变化，通过改变谐振频率来达到BAW滤波器的优化参数。
所述依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局包括针对若干个谐振子进行位置的排布，其排布的位置根据BAW滤波器所需的优化特性进行自动排腔和/或人工布局，其所述若干谐振子的排布位置将依据预先设置的排腔规则进行排布，该排腔规则依据BAW滤波器的优化特性进行设定，旨在于稳定BAW滤波器的优化特性，高效实现BAW滤波器的设计任务。
步骤(4)，优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数。
本发明步骤(4)具体包括：
(4.1)获取所述BAW滤波器的初始布局，并根据所述初始布局构建物理场仿真模型；
(4.2)根据所述物理场仿真模型进行多物理场仿真计算后，得出端口导纳矩阵数据；
(4.3)根据所述端口导纳矩阵数据提取所述BAW滤波器对应的电路模型参数。
本发明实施例中，所述多物理场仿真基于仿真平台，借助该仿真平台所述物理场仿真模型实现两种或者两种以上的物理场相互影响下的仿真模拟实验，该实验下多种物理场形成多场域，其中存在有耦合关系；其具体体现在描述各自场的偏微分方程之间存在某些变量的耦合。
本发明实施例中，所述BAW滤波器中谐振子形成的初始布局存在多种情况，该布局可根据现实元件的大小和需求进行设置。
本发明实施例中，步骤(4)中提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，目的在于如下任意一项或多项：
1、将所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数与原始等效电路模型的最优参数数据进行比对，根据比对结果再计算得出优化参数；
2、记录针对初始布局进行优化调整的过程中存在的最佳的优化参数；
3、将根据提取的单个所述谐振子的电路模型参数构建所述初始布局，以进行步骤(3)的内容；
4、记录参数数据以备后续布局的调整。
另外的，本发明实施例中，步骤(4)中还包括只提取所述BAW滤波器的电路模型参数，并依据BAW滤波器的电路模型参数进行优化参数的计算和/或调用。所述调用的执行前提在于仿真模型中的元件为真实参数值；所述计算的执行前提在于根据已知的调用的参数值在预置计算公式的基础上可运算得出的。
本发明实施例中，所述参数依据以下任意一项或多项公式计算得出：
其中，为机电耦合系数，Q为谐振子的品质因数，两者取决于谐振子材料和结构特性。
需要说明的是，本发明所述参数的计算公式并不局限于上述所示的公式，还可以包括其他公式，例如:Q＝1/ωsCmRm、等，在此便不多加赘述。
需要说明的是，步骤(4.3)中提到的提取BAW滤波器对应的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数的方式与步骤(2)中的提取单个所述谐振子的电路模型参数具备有相同的技术原理，在此不多加赘述。
步骤(5)，若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合所述预设范围。
本发明步骤(5)具体包括：
(5.1)获取预先设置的最优参数以及步骤(4)得出的优化参数；
(5.2)将所述最优参数和优化参数进行比对并得出所述差异值以判断其是否超出预设范围。
具体的，所述最优参数、优化参数和相关参数均包括如下至少一种或多种参数：静态电容C0、机械振动相关联的等效电容Cm、电感Lm、与损耗相关的电阻Rm、串联谐振子的串联谐振频率fs以及并联谐振子的并联谐振频率fp。其中参数的计算依据为上述公式。
本发明实施例中，所述继续对所述优化后的初始布局进行调整具体包括针对谐振子的排布位置进行调整，例如依据图4的结构对布局进行调整，即调整谐振子的覆盖面积和/或厚度以改变其电路模型参数，提供了良好的阻抗匹配，进而实现与所述最优参数的无限靠近，以确定所述优化参数，以此确定BAW滤波器的尺寸。本发明应用了紧凑性BVD模型，实现了BAW滤波器设计中物理场仿真模型与电路模型之间的准确等效，实现了滤波器的良好匹配，减小了插入插损。
另外，本发明进行多物理场仿真，将所述最优参数和优化参数进行比对，并根据比对结果绘制相关的仿真频率响应曲线图，如图5所示通过多物理场仿真得到的图4所示BAW滤波器频率响应曲线，其中多物理场仿真的S11和S21与电路仿真后得到的曲线高度相互吻合，实现高精度仿真和滤波器优化设计的效果。
请参阅附图2所示的本发明实施例结构框图，本发明还提供一种基于BVD模型的BAW滤波器设计装置，包括：
设置模块11：用于根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数。
本发明实施例中，所述BVD(Butterworth-Van Dyke)电路模型，如图3本发明单个谐振子的BVD等效电路图，该电路图主要由四个电学元件组成：动态电阻Rm，动态电容Cm，动态电感Lm和静态夹持电容C0，其中静态夹持电容C0为可供进行选择性设置。
本发明实施例中，所述BAW滤波器的优化特性包括如下多项要求：谐振子品质因数高、带宽窄、固有材料损耗小、矩形系数小、温度系数小。
本发明实施例中，上述BAW滤波器的优化特性可通过设置静态电容C0、串联谐振子的串联谐振频率fs和并联谐振子的并联谐振频率fp中任意一项或多项的参数值来实现，故该参数值称为最优参数，另外，其谐振子品质因数Q和上述机电耦合系数均取决于材料和结构特性，在BAW滤波器的优化设计中，在所用的介质不变的情况下，可通过调整谐振子的布局改变其覆盖面积以及厚度，进而改变BAW滤波器的特性。
本发明实施例中，所述依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数，形成原始等效电路，其中所述最优参数可通过软件进行设置。该软件需针对所述BAW滤波器的优化特性进行数据库搜索工作，搜索后进行综合分析得出所述最优参数。再者，所述最优参数还可依据物理环境的需求进行人工测算而获得，此外，所述最优参数的设置还可以通过其他方式实现，在此不多加赘述。
本发明实施例中，所述设置模块11中还用于执行步骤：依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数，形成原始等效电路，根据BVD电路模型以及原始等效电路构建BAW滤波器的原始等效电路模型。
提取模块12：用于提取单个所述谐振子的电路模型参数。
本发明所述提取模块12包括：
仿真计算单元21：用于根据构建的所述单个所述谐振子的物理场仿真模型进行多物理场仿真计算；
第一提取单元22：用于根据仿真计算结果得出端口导纳矩阵数据以依据该端口导纳矩阵数据提取所述单个所述谐振子对应的电路模型参数。
本发明实施例中，所述电路模型参数包括如下任意一项或多项：单个谐振子的电容、电感、覆盖面积、串联谐振频率fs和并联谐振频率fp等。
本发明实施例中，提取模块12具体包括以下模块：
第一构建单元23：用于依据所述原始等效电路模型，构建单个所述谐振子的物理场仿真模型；
仿真单元24：用于根据物理场仿真模型进行仿真得出对应的相关参数；
判断单元25：用于判断所述相关参数的收敛情况；
确定单元26：用于根据其收敛情况确定电路模型参数。
本发明实施例中，所述特征曲线指的是BAW滤波器或单个谐振子在进行多物理场仿真时，其端口导纳(或阻抗)随频率变化的曲线，以描述不同频率信号间处理能力的差异。
所述特征曲线也称为频率响应曲线，在仿真时，信号在传输过程中其幅度和相位发生变化，信号在传输过程中难免失真，故本发明利用多物理场进行多次仿真以确认所述频率响应曲线；其中所述多物理场包括电场、磁场、引力场。
需要说明的是，本发明提供的关于电路模型参数的提取不仅仅包括上述判断单元25和确定单元26中根据收敛情况确定电路模型参数以及第一提取单元22中根据端口导纳矩阵数据提取电路模型参数，还可以包括其他，在此不多加赘述。
排腔模块13：用于依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局。
本发明实施例中所述排腔模块13还用于依据单个谐振子的物理场仿真模型并获取单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局。
在本发明实施例中，所述初始布局包括单个所述谐振子的尺寸和/或若干所述谐振子排布的位置，其中所述谐振子的尺寸的调整包括调整该谐振子的覆盖面积和/或厚度。
其中，所述谐振子的覆盖面积或厚度的改变导致了谐振频率的变化，通过改变谐振频率来达到BAW滤波器的优化参数。
优化模块14：用于优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数。
本发明优化模块14具体包括：
第二构建单元41：用于获取所述BAW滤波器的初始布局，并根据所述初始布局构建物理场仿真模型；
矩阵单元42：用于根据所述物理场仿真模型进行多物理场仿真计算后，得出端口导纳矩阵数据；
第二提取单元43：用于根据所述端口导纳矩阵数据提取所述BAW滤波器对应的电路模型参数。
本发明实施例中，所述多物理场仿真基于仿真平台，借助该仿真平台所述物理场仿真模型实现两种或者两种以上的物理场相互影响下的仿真模拟实验，该实验下多种物理场形成多场域，其中存在有耦合关系；其具体体现在描述各自场的偏微分方程之间存在某些变量的耦合。
本发明实施例中，所述BAW滤波器中谐振子形成的初始布局存在多种情况，该布局可根据现实元件的大小和需求进行设置。
调整模块15：用于若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合设计要求。
本发明调整模块15具体包括：
获取单元51：用于获取预先设置的最优参数以及优化模块14得出的优化参数；
比对单元52：用于将所述最优参数和优化参数进行比对并得出所述差异值以判断其是否超出预设范围。
具体的，所述最优参数、优化参数和相关参数均包括如下至少一种或多种参数：静态电容C0、机械振动相关联的等效电容Cm、电感Lm、与损耗相关的电阻Rm、串联谐振子的串联谐振频率fs以及并联谐振子的并联谐振频率fp。其中参数的计算依据为上述公式。
本发明实施例中，所述继续对所述优化后的初始布局进行调整具体包括针对谐振子的排布位置进行调整，如图4所示的本发明BAW滤波器连接结构图，例如，依据上述模块及单元，针对谐振子进行排布布局的调整，即调整谐振子的覆盖面积和/或厚度以改变其电路模型参数，提供了良好的阻抗匹配，进而实现与所述最优参数的无限靠近，以确定所述优化参数，以此确定BAW滤波器的尺寸。本发明应用了紧凑性BVD模型，实现了BAW滤波器设计中物理场仿真模型与电路模型之间的准确等效，实现了滤波器的良好匹配，减小了插入插损。
另外，本发明进行多物理场仿真，将所述最优参数和优化参数进行比对，并根据比对结果绘制相关的仿真频率响应曲线图，如图5所示通过多物理场仿真得到的图4所示BAW滤波器频率响应曲线，其中多物理场仿真的S11和S21与电路仿真后得到的曲线高度相互吻合，实现高精度仿真和滤波器优化设计的效果。
相应的，本发明还提供一种设备，包括：一个或多个处理器；存储器；一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行；
本发明实施例中，所述一个或多个程序用于驱动所述一个或多个处理器构造用于执行上述任意所述的方法。
综上所述，本发明基于BVD模型，创建了BAW滤波器的等效电路，通过对部分参数的优化(即设置最优参数)得到滤波器电路的优化参数。其中根据最优参数建立滤波器的真实物理模型，并利用多物理场仿真计算给出结果，再从中提取出其对应的电路模型参数。通过对比两种模型参数的差异，进一步调整初始布局，直至两者差异满足预设范围，最后实现滤波器的优化设计。本发明应用了紧凑性BVD模型，实现了BAW滤波器设计中物理场仿真模型与电路模型之间的准确等效，通过对优化后的初始布局进行调整提供了良好的阻抗匹配，减小了滤波器的插入插损，为BAW滤波器的设计提供更加准确的参数。
在此处所提供的说明书中，虽然说明了大量的具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实施例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种基于BVD模型的BAW滤波器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数；
(2)提取单个所述谐振子的电路模型参数；
(3)依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局；
(4)优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数；
(5)若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合所述预设范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：
(2.1)根据构建的单个所述谐振子的物理场仿真模型进行多物理场仿真计算；
(2.2)根据仿真计算结果得出端口导纳矩阵数据以依据该端口导纳矩阵数据提取所述单个所述谐振子对应的电路模型参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)具体包括：
(4.1)获取所述BAW滤波器的初始布局，并根据所述初始布局构建物理场仿真模型；
(4.2)根据所述物理场仿真模型进行多物理场仿真计算后，得出端口导纳矩阵数据；
(4.3)根据所述端口导纳矩阵数据提取所述BAW滤波器对应的电路模型参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初始布局包括单个所述谐振子的尺寸和/或若干所述谐振子排布的位置，其中所述谐振子的尺寸的调整包括调整该谐振子的覆盖面积和/或厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：
(5.1)获取预先设置的最优参数以及步骤(4)得出的优化参数；
(5.2)将所述最优参数和优化参数进行比对并得出所述差异值以判断其是否超出预设范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体还包括：
(2.3)依据所述原始等效电路模型，构建单个所述谐振子的物理场仿真模型；
(2.4)根据物理场仿真模型进行仿真得出对应的相关参数；
(2.5)判断所述相关参数的收敛情况；
(2.6)根据其收敛情况确定电路模型参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述收敛情况的判断步骤如下：
将所述最优参数代入仿真模拟器中并生成对应的特性曲线，当确定所述特性曲线与相关参数相应曲线间的拟合程度满足预设差异要求时定义为收敛状态；否则，定义为不收敛状态。
8.根据权利要求5、7任意所述的方法，其特征在于，所述最优参数、优化参数和相关参数均包括如下至少一种或多种参数：静态电容C0、机械振动相关联的等效电容Cm、电感Lm、与损耗相关的电阻Rm、串联谐振子的串联谐振频率fs以及并联谐振子的并联谐振频率fp。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述参数依据以下任意一项或多项公式计算得出：
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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</msub>
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<mi>C</mi>
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</msub>
</mrow>
</msqrt>
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</mfrac>
<mo>,</mo>
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<mi>f</mi>
<mi>p</mi>
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<mo>=</mo>
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<mn>1</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>L</mi>
<mi>m</mi>
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<mi>C</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
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<mi>C</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>/</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>C</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
<msubsup>
<mi>k</mi>
<mi>t</mi>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msup>
<mi>&pi;</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mn>4</mn>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>f</mi>
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</msub>
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<msub>
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</msub>
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<mi>f</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>,</mo>
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<mo>=</mo>
<mfrac>
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<mn>2</mn>
<msub>
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<msub>
<mi>L</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
其中，为机电耦合系数，Q为谐振子的品质因数，两者取决于谐振子材料和结构特性。
10.一种基于BVD模型的BAW滤波器设计装置，其特征在于，包括：
设置模块：用于根据BVD电路模型构建BAW滤波器的由若干串联和/或并联谐振子组成的原始等效电路模型，并依据该BAW滤波器的优化特性设置其最优参数；
提取模块：用于提取单个所述谐振子的电路模型参数；
排腔模块：用于依据所提取的单个谐振子的电路模型参数构建所述BAW滤波器初始布局；
优化模块：用于优化所述初始布局之后再提取所述BAW滤波器的电路模型参数和单个所述谐振子的电路模型参数，以获得优化参数；
调整模块：用于若所述最优参数与所述优化参数之间的差异值超出预设范围，继续对所述优化后的初始布局进行调整，直至所述差异值符合设计要求。
11.一种设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行；
所述一个或多个程序用于驱动所述一个或多个处理器构造用于执行权利要求1至9中任意一项所述的方法。
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