CN1092569A - 多带宽表面声波滤波器 - Google Patents

Abstract

一种用于一输入信号的多带宽SAW滤波器，其 包括一个有相应于滤波器所需带宽的可选长度的 SAW换能器。SAW滤波器响应与滤波器可选带宽 相应的控制信号，将输入信号提供给长度适当的 SAW换能器。

Description

本发明一般涉及表面声波（SAW）装置，更具体地说是涉及一种有多个带宽的SAW滤波器装置。

SAW元件用的是以声速传播的声波。由于在工作频率下声波实际上具有比以光速传播的电磁波更短的波长，SAW元件在广泛采用的传输线元件中是最佳的。因而，对一给定工作频率，SAW滤波器提供了一种比传输线结构更小的结构，从而使其适于小型化的射频应用。此外，SAW装置易于与其它采用常规集成电路技术生产的有源电路（如放大器和混频器）集成。鉴于以上原因，SAW装置在射频应用、尤其是滤波器应用中的普遍性正稳步提高。

SAW滤波器主要用于通讯设备，以提供接收机各个级的选择性，如接收机的前端级或中频（IF）级。SAW滤波器的选择性由其带宽决定，带宽定义为滤波器频率响应的3分贝（dB）点之间限定的频谱。

当用于接收机的IF级时，IF    SAW滤波器的带宽取决于接收机所用的调制类型。随着近来电子通讯技术发展，尤其是个人通讯系统如第二代无绳电话（也称作CT2），欧洲和日本的数字无绳电话系统（分别称作DECT和JDCT）的出现，更为复杂的调制技术被用于交换信息。这些新的数字设备需要的带宽比通常用于常规通讯系统的更宽。例如，CT2系统采用的是具有频分多址访问（FDMA）技术的时分双路传输（TDD）。FDMA技术支持每通道每秒72千比特数字数据率，每通道有一个每秒32千比特的自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）的音频信号。CT2系统需要一个100KHz的带宽用于交换信息。另一方面，欧洲的数字式无绳电话系统（DECT）利用一时分多址访问（TDMA）系统支持每通道每秒1152千比特的数字数据，每个通道用的是一个每秒32千比特的ADPCM音频信号。DECT需要约1200KHz的中频（IF）带宽，而日本的数字无绳电话系统（JDCT）采用每通道每秒384千比特的四相相移键控（QPSK）调制，每个通道有一个要求240KHz    IF带宽的每秒32千比特的ADCPM音频信号。在美国，具有不同调制和IF带宽要求的几种系统正在考虑中。所考虑的调制是IF带宽约400-500KHz的GFSK或QPSK。

希望提供一种通用的IF电路，它可以支持不同的调制技术并相应地适应其带宽要求。一种通用的IF电路，除提供一个更加灵活的无线电接收机外，还可减少设计及制造成本。然而，常规SAW滤波器设计提供的是一个固定带宽，不适于要求多带宽的应用场合。因而就需要一个多带宽SAW滤波器，它可以（比如说）用于能工作在具有不同调制要求的通讯系统中的无线电设备。

简要地说，根据本发明所述，一种多带宽SAW滤波器包括置于一压电基片上的多个SAW换能器。SAW换能器具有与SAW滤波器的可选带宽相应的不同的长度。该SAW滤波器响应一个控制信号，给所选的SAW换能器中的一个提供输入信号。

图1给出了一个利用本发明的多带宽SAW滤波器的无线电设备的框图。

图2给出图1的多带宽SAW滤波器的第一实施例。

图3示出图1的多带宽SAW滤波器的第二实施例。

图4示出图1的多带宽SAW滤波器的第三实施例。

图5示出图1的多逞宽SAW滤波器的第四实施例。

图6示出图1的多带宽SAW滤波器的第五实施例。

现在给出本发明的详细描述。将下文与附图结合起来考虑可以更好地理解这一描述，附图中类似的参考标号将递增。

参考图1，给出的是一个装有根据本发明原理的多带宽波器的无线电设备100的框图。该无线电设备100是一个可以在接收和发送方式下工作的双向通讯装置。无线电设备100是一个微处理器控制的通讯装置，包括控制一个其全部操作的控制器110。在接收方式下，一个通讯信号由天线101接收并将其加到用于接收器前端初始选择性的滤波器103上。所接收的信号通过一个天线开关105，在控制器110的控制下该天线开关105将信号加到前置放大级107。前置放大级107放大所接收信号并将其加到混频器109上。混频器109通过一个本机振荡放大器139接收一个由合成器127产生的本机振荡（LO）信号，以提供一个IF信号108。正如大家所熟知的，在控制器110的控制下，合成器127产生适当的本机振荡频率来调谐该无线电设备，以接收预定载波频率下的通讯信号。

IF信号108被加到一个包括本发明的多带宽SAW滤波器120的IF滤波级。该IF级响应控制器产生的控制信号，按一预定原则给IF信号108提供适当的带宽。因而，IF信号可在为IF信号108提供不同带宽的端口10和20间选择转换。IF级的输出提供在端口30。根据有无线电设备100工作的通讯系统所用调制技术的类型，可以提供合适的带宽。这种带宽信息可以预存在控制器110中，以选择一个与通讯系统所提供的调制技术相应的特定IF带宽。换句话说，调制信息可以可变更地存储在控制器110中，以适应无线电设备100工作在不止一种提供不同调制技术的通讯系统的情况。这样，无线电设备100可以确定用于特定通讯系统的调制类型并使控制器110产生相应的控制信号以提供适当的IF带宽。例如，如果通讯设备100工作在DECT无绳电话系统中，由控制器110产生的控制信号使得多带宽SAW滤波器120提供给IF信号108一个1200KHz的IF带宽。另一方面，如果无线电设备100工作在JDCT系统中，控制器产生的控制信号使多带宽滤波器120提供一个240KHz的带宽。这样，IF信号108便按控制信号的规定由多带宽SAW滤波器120进行适当滤波。

多带宽SAW滤波器120的输出被加到众所周知的解调器/音频级129。级129也在控制器110控制下工作。解调/音频级129可用熟知的软件或硬件控制方案安排以提供不止一种解调技术。这样，控制器110也可规定再现接收的信息所需的解调技术的类型（仍基于通讯系统提供的调制）。解调/音频级129的输出被加到扬声器131上以使所传输信号变得可听。

在发送方式下，通过麦克风133输入的通讯信息被加到在控制器110控制下工作的调制器125上。控制器110也可根据所用的通讯为调制器规定所需要的调制技术类型。调制器的输出被加到发送器IF混频器135，其接收来自合成器127的发送器本机振荡信号。发送器IF混频器135的输出由放大器137放大。通讯设备100的通讯信息在被加到天线开关105和滤波器103后，通过天线101发射。

描述了无线电设备100的工作后，将描述根据本发明所述的多带宽SAW滤波器的不同结构的实施例。众所周知，SAW滤波器采用压电材料实现电能到声能的转换或相反。压电材料可以包括构成基片的石英、铌酸锂和钽酸锂，基片上有用来实现所需要的声电和电声能量转换的声波换能器装置。因为声波换能器的带宽反比于其长度，本发明的申请人欲提供一种机构，从而将输入信号提供给一个或多个具有相应于SAW滤波器带宽要求的长度的换能器。

参考图2，示出的是能提供两种不同可选带宽的多带宽SAW滤波器200的结构图。在结构上，滤波器200包括压电基片205，其片上分布有形成第一输入换能器202、第二输入换能器204和输出换能器206的导电图形。导电图形可采用任何技术如薄膜或厚膜工艺，排布在压电基片205上。换能器通过将输出换能器206置于输入换能器202和204间而声耦合。这样，输出换能器206在其相对两端接收从输入换能器202和204传过来的声波。换能器202、204和206每一个的图形包括有叉指207的电极对203（如图示）。每个电极对包括一个第一接地电极和一个第二非地电极，非地电极提供换能器202、204和206的输入或输出端口10、20和30。压电材料的性质以及叉指203间的间距决定SAW滤波器的响应频率。

根据本发明，输入换能器202和204具有相应于多带宽SAW滤波器200不同带宽的不同长度。如图示，输入换能器202的长度为Lc，而输入换能器204的长度为Lb，长度Lb比长度Lc要短。因为声波换能器的长度反比于其带宽，所以短换能器204提供一个比长换能器202更宽的带宽。SAW滤波器200能够在输入端口10和20接收输入信号，在输出端口30提供一个输出信号。因而，如果希望一个窄带宽，输入信号可以加到输入端口10;如果希望宽带宽，输入信号就加到输入端口20。例如，在所描述的与图1有关的无线电接收机应用中，IF信号108可根据调制技术的带宽要求在输入端口10和20间转换。于是，滤波器200的多个带宽通过为输入换能器202和204选择不同长度来提供。因而，依靠输入信号所加的端口，SAW换能器200提供与输入换能器长度相应的带宽。

本领域的普通技术人员可能知道，这里称作“输入换能器”和“输出换能器”的术语可互换使用，因为多端口SAW换能器是双向器件，能够在其端口接线端互换接收输入和输出信号，以提供与其几何尺寸相应的频率响应。这就是说，称作输入端口的端口也可用作输出端口。反之亦然。因而，输入信号可以加到图2的端口30，在端口10和20提供具有与其各自SAW换能器长度相应的带宽特性的输出信号。于是，SAW换能器206可以用作输入换能器，而SAW换能器202和204可能用作输出换能器。为便于理解，申请人在本说明书的其余部分都提及“输入换能器”和“输出换能器”。然而应该注意到，输入和输出换能器是可互换的，本发明的真正精神不受这种名称的限制。

参考图3，示出的是本发明的多带宽SAW滤波器300的另一个实施例。多带宽SAW滤波器300包括四个输入换能器302、304、306和308以及一个输出换能器310，这使得它能够提供四种不同的可选带宽。四个输入换能器302、304、306和308及输出换能器310由用叉指309形成电极的导电图形构成。如前所述，导电图形分布在压电基片305上。在这个实施例中，输入换能器302和304通过共用一个公共接地路径303的相对的电极配对在一起。这样，相对电极的指形区从公共路径303相对的两边延伸。相仿地，输入换能器306笔308通过共用一个公共接地路径307的相对的电极配对。输入换能器302、304、306和308分别接收输入端口40、50、60和70的信号。输出换能器310位于输入换能器对302-304和306-308之间，在输出端口80提供一个输出信号。另外，根据本发明，输入换能器302、304、306和308的长度彼此不同，且与滤波器300的可选带宽相应。在这种布置下，一个输入信号（如图1的IF信号108）可以通过有选择地将其加到输入端口40、50、60和70来提供不同的带宽。输入信号可加到通过众所周知的控制电路选择的一个输入端口，控制电路响应相应于所需带宽的控制信号。

现在参考图4，示出的是多带宽滤波器400的另一个实施例。滤波器400包括一个压电基片405，其上有带叉指403的导电图形407、422、426、428和431分布。这些导电图形构成可变长度的输入换能器402和输出换能420。在这一实施例中，输入换能器402包括多个顺次排布的子换能器412、414、416和418，它们的长度分别为La、Lb、Lc和Ld。输入换能器402包括一个单块导电图形407。该导电图形将子换能器412、414、416和418的接地电极串接起来。导电图形407包括一个公共路径409，从其一边伸出子换能器412、414、416和418的接地电极的指形区。几个导电图形422、424、426和428也分布于压电基片405上，它们的指形区与单导电图形407的指形区相互交叉排列，构成SAW子换能器412、414、416和418。SAW滤波器400也包括一个控制电路430，该控制电路响应二进制的控制信号432，可闭合或打开几个串行连接的继电器开关a、b和c。继电器开关a、b和c位于接收输入信号（如图1的IF信号108）的输入端口90和SAW子换能器412、414、416和418之间。响应控制信号432，开关a、b和c可选择性地闭合或打开，以提供一个长度可变的输入换能器给输入信号。控制信号432可以是一个提供预定条件（如滤波器的带宽要求）的二进制信号。开关a、b、c的端子与输入子换能器412、414、416和418相连以使输入换能器402的长度通过顺次闭合开关a、b、c增加。反过来，输入换能器402的长度通过顺次打开开关a、b、c减小。如图示，开关c的一端与电极428相连，开关b和c的公共端与电极426相连，开关a和b的公共端与电极424相连，开关a的另一端与电极422和输入端口90都相连。由此可知，通过顺次转换开关a、b、c，滤波器400的输入换能器的长度可以改变。比如，如果所有的开关都断开。输入信号便仅提供给子换能器412，其单独的长度La决定滤波器400的带宽。如果开关a闭合而其余开关（即开关b和c）保持断开，输入换能器就由子换能器412和414组合成，其长度为La+Lb。然而，如果开关a和b关闭，输入信号便被加到由子换能器412、414和416组成的输入换能器，其长度为La+Lb+Lc。那么，如果关闭所有的开关，输入信号便被加到长度为La+Lb+Lc+Ld包括子换能器412、414、416和418的输入换能器上。因而，靠关闭和打开哪个开关，端口90的输入信号可提供给一个长度可变、包括子换能器412、414、416和418中的一个或多个的输入换能器402上。于是，在这种布置中，所提供的是有多个带宽的SAW滤波器，其包括用于响应一个控制信号、有选择地改变输入换能器长度的装置。

本领域的普通技术人员可能知道，控制电路430和开关a、b、c可采用常规集成电路技术布于压电基片405上，从而提供一个集成的多带宽SAW滤滤器单元。

参考图5，示出的是一个多带宽SAW滤波器500的图，该滤波器的开关并行排布，与图4所用的串联开关排布相反。滤波器500包括分布于压电基片505上的导电图形，这些图形构成一个包括多个子换能器512、514、516、518和520的输入换能器和输出换能器522。响应控制信号532的多个并行连接的继电器开关a′、b′、c′、d′和e′连接在输入端口95和SAW子换能器512、514、516、518和520间，以提供一个输入信号给所选的一个具有相应于所需带宽的长度的SAW换能器。响应控制信号532的控制电路530控制开关a′、b′、c′、d′和e′。当控制电路530响应控制信号532闭合任一开关时，输入信号便被提供给长度适当的输入子换能器512、514、516、518或520中的一个或多个。

参考图6，示出的多带宽SAW滤波器600通过有选择地控制声波的方向然后使用具有长度与所需带宽相应的SAW换能器来提供多个带宽。SAW滤波器600包括一个位于两SAW换能器616和614间的SAW中央换能器612，这些换能器布于一压电基片605上。这样，SAW换能器616和614便位于中央SAW换能器612相对的两边。SAW换能器614和616的长度与滤波器600的可选带宽相应。

中央换能器612包括一个多相位的单向换能器，它可以响应一对相位差分信号607间特定的相位差、有选择地引导声波穿过其相对边的一个或另一个。例如，如果相位差分信号间的相位差为+90°，声波可能在中央SAW换能器612右边范围内（双向）传播，而设有声波从左边传来。相反，如果相位差是-90°，声波就在左边传播而没有声波传过右边。通过在端口613为相位控制电路630施加一个输入信号而提供相位差分信号607，电路630响应控制信号632以设定相位差。在最佳实施例中，相位差可根据SAW滤波器600的可选带宽有选择地设为+90度和-90度。相位差分信号607被加到一对并行路径609上，其中一个位置远低于中央SAW换能器612。多相位单向换能器为人熟知，其由几组叉指603组成，这些叉指根据波长加或减四分之一波长的总数（n和m）彼此错开。沿中央SAW换能器612预定位置的特定的叉指通过跳接线615与路径609中较远的一个连接，从而产生中央SAW换能器612选择性的单向特性。这样，有选择地被分为+或-90度相位差分信号的输入信号被加到单向SAW换能器612。在SAW换能器612内，靠相位差，相位差分信号的合成将在一个方向上相长，在另一个方向上相消。于是，换能器将电输入信号转换为一个等效的以单向方式传播的声波信号。传播方向（即左边或右边）将取决于相位差分信号607的相位差。

根据本发明的这个实施例，SAW滤波器的带宽通过选择声波在中央SAW换能器612中的传播方向来选取。如果选择在左边的传播方向，SAW滤波器600提供与SAW换能器616的长度相应的带宽。而如果选择在右边的传播方向，SAW滤波器600的SAW带宽由SAW换能器614确定。

如上所述，本发明的不同实施例提供了这样一种滤波器，其在保证提供可选带宽能力的同时，利用了SAW结构尺寸小且可集成的优点。可选带宽不仅利于要求多带宽的通讯装置的生产，而且利于多系统操作。

Claims (10)

1、一种给输入信号提供可选带宽的多带宽SAW滤波器，它包括：

一个压电基片；

多个布置于所述压电基片上、具有不同长度的SAW换能器，其中所述SAW换能器的长度与滤波器的可选带宽相应。

2、根据权利要求1所述的多带宽SAW滤波器，还包括：

响应一个控制信号、将一信号有选择地连接到所述多个SAW换能器中的一个的装置，所述控制信号与所需带宽相应。

3、根据权利要求1所述的SAW滤波器，还包括一个能选择性引导声波的多相位单向SAW换能器，其响应一个相位差来选择声波方向。

4、根据权利要求3所述的SAW滤波器，还包括一个与多相位单向SAW换能器相连的一个分相装置，所述分相装置响应与SAW滤波器的可选带宽相应的控制信号来提供相差。

5、根据权利要求1所述的SAW滤波器，还包括在输入信号和多个SAW换能器间串行连接的多个开关。

6、根据权利要求1所述的SAW滤波器，还包括位于输入信号和多个SAW换能器间并行连接的多个开关。

7、一种无线电设备，它包括：

一个接收输入信号的接收器装置;

一个多带宽SAW滤波器，它包括：

一个压电基片;和

多个布置于所述压电基片上长度不同的SAW换能器，其中所述SAW换能器的长度与滤波器的可选带宽相应;

响应一控制信号将一信号选择连接到所述多个SAW换能器中的其中之一的装置，所述控制信号与一所需带宽相应。

8、根据权利要求7所述的无线电设备，其中SAW换能器有从公共路径的相对边伸出的指形区。

9、根据权利要求7所述的无线电设备，还包括一个多相位单向SAW换能器，其选择性地引导声波并响应声波的相位差来选择声波的方向。

10、根据权利要求9所述的无线电设备，还包括与多相位单向SAW换能器相连的一个分相装置，所述分相装置响应与SAW滤波器的可选带宽相应的控制信号来提供相位差。

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