CN114492263A - 滤波器设计系统、方法及计算机可读取介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供能在对滤波器设计进行优化之前使各设计参数趋近于优化目标的滤波器设计系统、方法及计算机可读取介质。滤波器设计系统对滤波器进行设计，包括：基于滤波器设计参数来生成初始滤波器电路模型的前处理模块；根据初始滤波器电路模型来计算滤波器的频率响应曲线的仿真计算模块；对频率响应曲线与特定目标曲线进行比较从而对滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别的判别模块；对判别为不符合优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正并将修正后的滤波器电路模型提供给仿真计算模块来重新计算频率响应曲线的修正模块；以及对判别为符合优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行优化从而获得滤波器的最优设计方案的优化模块。

Description

滤波器设计系统、方法及计算机可读取介质

技术领域

本发明涉及一种滤波器设计系统和滤波器设计方法，特别涉及一种基于滤波器组的频率响应来进行查错和自动修正的系统和方法、以及存储有结果为执行该滤波器设计方法的程序的计算机可读取介质。

背景技术

以往，在滤波器的设计过程中，为了使得设计出的滤波器满足特定的性能要求，通常将设计过程划分为三个阶段。在第一阶段，进行仿真参数选择和电路搭建等前处理，生成相关的电路模型。在第二阶段，进行仿真计算，获得滤波器的频率响应曲线。在第三阶段，根据频率响应曲线来进行设计优化，获得满足特定的设计目标的滤波器。

以通讯设备、数据传输设备、视听设备和定位导航设备中所广泛使用的SAW(Surface Acoustic Wave：声表面波)滤波器为例，通过上述三个阶段的设计，主要对其中的叉指换能器的设计参数进行优化，从而能获得性能指标符合市场需求的SAW滤波器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，在现有的滤波器设计过程中，经常出现优化所希望达到的设计目标与前处理所获得的初始设计之间存在较大差异的情况。在这种情况下，由于初始设计中的部分参数超出了能够实现优化的范围，从而无法对这些超出优化范围的参数进行优化，这将导致滤波器设计无法实现最终的设计目标。

另外，即使初始设计的参数未超出优化范围，但若其与优化目标之间的差距过大，也会导致优化时间的延长，从而会影响到滤波器设计的整体效率。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种滤波器设计系统、滤波器设计方法、以及存储有结果为执行该滤波器设计方法的程序的计算机可读取介质，能在对滤波器设计进行优化之前使各设计参数趋近于优化目标，由此，能减少优化时间，提高整体的设计效率，获得满足设计目标的滤波器。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统对滤波器进行设计，该滤波器设计系统包括：前处理模块，该前处理模块基于所输入的滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型；仿真计算模块，该仿真计算模块根据来自所述前处理模块的所述初始滤波器电路模型，来计算所述滤波器的频率响应曲线；判别模块，该判别模块对来自所述仿真计算模块的所述频率响应曲线与特定目标曲线进行比较，从而对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别；修正模块，该修正模块对经所述判别模块判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正，并将修正后的所述滤波器电路模型提供给所述仿真计算模块来重新计算频率响应曲线；以及优化模块，该优化模块对经所述判别模块判别为符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行优化，从而获得所述滤波器的最优设计方案。

另外，优选为在本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统中，所述滤波器是声表面波滤波器，所述滤波器设计参数包括仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数。

另外，优选为在本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统中，所述修正模块依次对经所述判别模块判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数进行调整，以使得所述滤波器电路模型符合所述优化条件。

另外，优选为在本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统中，所述仿真计算模块通过耦合模模型方法、有限元边界元法、快速有限元边界元法、有限元结合边界元法、二维层次级联方法和三维层次级联方法中的任意一种方法来计算所述频率响应曲线。

另外，优选为在本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统中，所述判别模块对所述频率响应曲线与所述特定目标曲线的比值进行计算，判别所述比值是否在规定范围内，当所述比值在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型符合所述优化条件，当所述比值不在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型不符合所述优化条件。

另外，优选为在本发明的第一方面所涉及的滤波器设计系统中，所述判别模块基于从外部获取的判别标准，来对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别。

为了解决上述技术问题，本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法对滤波器进行设计，该滤波器设计方法包括：前处理步骤，在该前处理步骤中，基于所输入的滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型；仿真计算步骤，在该仿真计算步骤中，根据来自所述前处理步骤的所述初始滤波器电路模型，来计算所述滤波器的频率响应曲线；判别步骤，在该判别步骤中，对来自所述仿真计算步骤的所述频率响应曲线与特定目标曲线进行比较，从而对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别；修正步骤，在该修正步骤中，对经所述判别步骤判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正，并将修正后的所述滤波器电路模型提供给所述仿真计算步骤来重新计算频率响应曲线；以及优化步骤，在该优化步骤中，对经所述判别步骤判别为符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行优化，从而获得所述滤波器的最优设计方案。

另外，优选为在本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法中，所述滤波器是声表面波滤波器，所述滤波器设计参数包括仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数。

另外，优选为在本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法中，在所述修正步骤中，依次对经所述判别步骤判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数进行调整，以使得所述滤波器电路模型符合所述优化条件。

另外，优选为在本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法中，在所述仿真计算步骤中，通过耦合模模型方法、有限元边界元法、快速有限元边界元法、有限元结合边界元法、二维层次级联方法和三维层次级联方法中的任意一种方法来计算所述频率响应曲线。

另外，优选为在本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法中，在所述判别步骤中，对所述频率响应曲线与所述特定目标曲线的比值进行计算，判别所述比值是否在规定范围内，当所述比值在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型符合所述优化条件，当所述比值不在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型不符合所述优化条件。

另外，优选为在本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法中，在所述判别步骤中，基于从外部获取的判别标准，来对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别。

为了解决上述问题，本发明的第三方面所涉及的计算机可读取介质存储有如下程序，该程序用于执行本发明的第二方面所涉及的滤波器设计方法。

发明效果

根据本发明所涉及的滤波器设计系统、滤波器设计方法、以及结果为执行该滤波器设计方法的程序的计算机可读取介质，能在对滤波器设计进行优化之前使各设计参数趋近于优化目标，由此，能减少优化时间，提高整体的设计效率，获得满足设计目标的滤波器。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的滤波器设计系统的结构的框图。

图2是表示本发明所涉及的滤波器设计方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本实施方式所涉及的滤波器设计系统进行说明。

图1是表示本实施方式所涉及的滤波器设计系统的结构的框图。

如图1所示，滤波器设计系统包括前处理模块1、仿真计算模块2、判别模块3、修正模块4以及优化模块5。

前处理模块1例如从外部获取滤波器设计参数，并基于该滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型。以SAW滤波器为例，作为其滤波器设计参数，例如包括仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数等。其中，仿真参数包括频率范围、结构参数、电路图结构和仿真方法等。叉指换能器设计参数包括滤波器的基片材料、电极材料、切型、指条数、周期、金属化比等。电路拓扑结构参数包括已知的各种用于搭建电路的各种参数。在一些实施例中，可由电子设计工程师根据工程经验来完成上述仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数的初步设计，然后通过未图示的输入设备等输入至前处理模块1中，由此来生成初始滤波器电路模型。

仿真计算模块2从前处理模块1获取所生成的初始滤波器电路模型，并根据该电路模型，来计算滤波器的频率响应曲线。以SAW滤波器为例，可以通过对初始滤波器电路模型进行声学、电磁学的耦合仿真计算，来获得滤波器的总频率响应曲线。

此外，作为利用SAW器件精确仿真模型来计算滤波器的总频率响应曲线的具体方法，例如可以采用COM模型(Coupling of Modes：耦合模模型) 方法、FEMBEM(有限元边界元)法、Fast-FEMBEM(快速有限元边界元)法、 FEM/BEM(有限元结合边界元)法、2D-HCT法(二维层次级联方法)和 3D-HCT法(三维层次级联方法)中的任意一种方法。

判别模块3从仿真计算模块2获取所计算出的频率响应曲线，并从外部获取作为比较基准的特定目标曲线，然后，将所获取到的频率响应曲线与特定目标曲线进行比较，从而对前处理模块1所生成的初始滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别。

此处，作为比较基准的特定目标曲线一般可以通过以下两种途径来获得。第一，可以从其他设计较好的竞品获取其频率响应曲线，然后将所获取的频率响应曲线作为特定目标曲线来输入至判别模块3中。第二，可以由设计人员根据自身所需的滤波器性能设定指标来生成频率响应曲线，然后通过未图示的输入设备将其作为特定目标曲线来输入至判别模块3中。

作为判别滤波器电路模型是否符合优化条件的具体示例，判别模块3 可以对所获取的频率响应曲线与特定目标曲线的比值进行计算，并判别该比值是否在预先设定的规定范围内。当该比值在上述规定范围内时，判别模块3判别为滤波器电路模型符合优化条件。另一方面，当该比值不在上述规定范围内时，判别模块3判别为滤波器电路模型不符合优化条件。

在一些实施例中，判别模块3例如可以对每个频率点的比值进行计算，当比值满足0.9≤ratio≤1.1时，判别为该模型是较为理想的初始模型，可以作为初始模型由后述的优化模块5来进行下一步的优化。另一方面，当比值为ratio＜0.9或ratio＞1.1时，判别为需要对该模型进行修正后再由后述的优化模块5来进行优化。

作为判别标准的来源，例如可以通过未图示的输入设备，由电子设计工程师根据工程经验来决定并输入，也可以将判别标准预先存储于未图示的判别标准数据库，并由判别模块3来进行调用等。

修正模块4从判别模块3获取被判别为不符合优化条件的滤波器电路模型、即需要进行修正的滤波器电路模型的各项设计参数，对这些设计参数进行修正，并将修正后的滤波器电路模型提供给仿真计算模块2来重新计算频率响应曲线。

作为修正设计参数的具体方法，例如可以根据频率响应曲线的比对结果，依次对不符合优化条件的滤波器电路的仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数进行调整，使调整后的滤波器电路的频率响应曲线尽可能向特定目标曲线靠拢，由此，使得滤波器电路模型尽可能变得符合上述优化条件。仿真计算模块2对修正后的滤波器电路模型重新计算频率响应曲线，并将其提供给判别模块3再次判别是否符合优化条件。依此类推，可以在仿真计算模块2、判别模块3和修正模块4之间反复进行循环，直至各个频率点的比值均符合优化条件，获得最优的修正结果。

以上对通过循环处理来获得最优修正结果的方案进行了说明，但本发明并不局限于此。例如，修正模块4也可以直接通过未图示的输入设备，由电子设计工程师根据理论计算或者工程经验，对判别为不符合优化条件的滤波器电路模型的设计参数进行修正，再将修正后的滤波器电路模型提供给仿真计算模块2来进行仿真。

优化模块5对经判别模块3判别为符合优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进一步进行优化，从而获得滤波器的最优设计方案。以SAW 滤波器为例，优化模块5可以对其叉指换能器的设计参数，如滤波器的膜厚、指条数、周期、金属化比、权重等参数设定优化范围和优化目标，并通过已知的各种优化算法，寻求满足优化条件的最优解。其中，优化目标可以根据特定滤波器的性能需求来设定，以市场导入的需求为主，或满足理论效果较好的需求。只要满足优化目标，优化模块5即可判断为优化完成，同时向后级输出滤波器的最优设计方案。

下面，参照附图对本实施方式所涉及的滤波器设计方法进行说明。

图2是表示本实施方式所涉及的滤波器设计方法的流程图。

如图2所示，首先，由前处理模块1从外部获取滤波器设计参数，并基于所获取到的滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型，以完成所谓的前处理(步骤S1)。其中，关于滤波器设计参数的具体示例，已在上述滤波器设计系统的说明中进行了详细描述，此处省略说明。

接着，由仿真计算模块2从前处理模块1获取初始滤波器电路模型，并根据该初始滤波器电路模型，来进行仿真计算，以计算出滤波器的频率响应曲线(步骤S2)。其中，关于仿真所采用的具体方法，已在上述滤波器设计系统的说明中进行了详细描述，此处省略说明。

然后，由判别模块3从仿真计算模块2获取频率响应曲线，从外部获取特定目标曲线，并对该频率响应曲线与该特定目标曲线进行比较，从而对滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别(步骤S3)。其中，关于判别滤波器电路模型是否符合优化条件的具体方法的示例，已在上述滤波器设计系统的说明中进行了详细描述，此处省略说明。

当在步骤S3中判别为滤波器电路模型不符合优化条件时(步骤S3为“否”)，由修正模块4对该滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正(步骤S4)，并将修正后的滤波器电路模型提供给仿真计算模块2，之后，处理步骤返回至步骤S2，由仿真计算模块2来重新计算频率响应曲线。其中，关于修正滤波器设计参数的具体方法的示例，已在上述滤波器设计系统的说明中进行了详细描述，此处省略说明。

另一方面，当在步骤S3中判别为滤波器电路模型符合优化条件时(步骤 S3为“是”)，由优化模块5对符合优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进一步进行优化，从而获得滤波器的最优设计方案(步骤S5)，并结束处理。其中，关于优化滤波器设计参数的具体方法的示例，已在上述滤波器设计系统的说明中进行了详细描述，此处省略说明。

如上所述，根据本实施方式所涉及的滤波器设计系统和滤波器设计方法，由于在滤波器设计过程中在进行优化设计之前引入了基于初始滤波器电路模型的频率响应曲线与特定目标曲线的比较结果来判别初始滤波器电路模型是否符合优化条件的步骤，因此，能够识别滤波器设计的响应曲线图并判断图形的正确性，由此，能够对滤波器设计过程中的错误进行提示。

另外，由于进一步引入了对不符合优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正的修正步骤，因此，能够在优化之前实现一定程度的纠错，减小后续优化步骤的负担，减少优化设计的时间，获得更好的设计方案。

以上在一些实施例中对以SAW(声表面波)滤波器为设计对象来进行滤波器设计的情况进行了说明，但本发明并不局限于此。只要是能够通过仿真结果来进行查错的滤波器的设计，均可以根据该滤波器的特点设定设计标准，并运用本发明的系统和方法来进行设计。

以上对通过硬件来实现本发明的滤波器设计方法的情况进行了说明，但本发明并不局限于此。也可以通过软件来实现本发明的滤波器设计方法，或者通过软件与硬件的结合来实现本发明。此外，也可以将用于执行本发明的滤波器设计方法的程序存储于各种计算机可读取介质，并在需要时将其加载至例如CPU等中来执行。作为计算机可读取介质并无特别限定，例如可使用HDD、CD-ROM、CD-R、MO、MD、DVD等光盘、IC卡、软盘、以及掩模ROM、EPROM、EEPROM、闪存ROM等半导体存储器等。

此外，应当认为本次披露的实施方式的所有方面仅是举例表示，并非是限制性的。本发明的范围由权利要求书来表示，而并非由上述实施方式来表示，本发明的范围还包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有的修正和变形。

工业上的实用性

如上所述，根据本发明的滤波器设计系统、滤波器设计方法、以及存储有结果为执行该滤波器设计方法的程序的计算机可读取介质，对于声表面波滤波器等能够根据频率响应来进行仿真查错和自动修正的滤波器的设计是有用的。

标号说明

1前处理模块

2仿真计算模块

3判别模块

4修正模块

5优化模块。

Claims (13)

1.一种滤波器设计系统，对滤波器进行设计，其特征在于，包括：

前处理模块，该前处理模块基于所输入的滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型；

仿真计算模块，该仿真计算模块根据来自所述前处理模块的所述初始滤波器电路模型，来计算所述滤波器的频率响应曲线；

判别模块，该判别模块对来自所述仿真计算模块的所述频率响应曲线与特定目标曲线进行比较，从而对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别；

修正模块，该修正模块对经所述判别模块判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正，并将修正后的所述滤波器电路模型提供给所述仿真计算模块来重新计算频率响应曲线；以及

优化模块，该优化模块对经所述判别模块判别为符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行优化，从而获得所述滤波器的最优设计方案。

2.如权利要求1所述的滤波器设计系统，其特征在于，

所述滤波器是声表面波滤波器，

所述滤波器设计参数包括仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数。

3.如权利要求2所述的滤波器设计系统，其特征在于，

所述修正模块依次对经所述判别模块判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数进行调整，以使得所述滤波器电路模型符合所述优化条件。

4.如权利要求1所述的滤波器设计系统，其特征在于，

所述仿真计算模块通过耦合模模型方法、有限元边界元法、快速有限元边界元法、有限元结合边界元法、二维层次级联方法和三维层次级联方法中的任意一种方法来计算所述频率响应曲线。

5.如权利要求1至4的任一项所述的滤波器设计系统，其特征在于，

所述判别模块

对所述频率响应曲线与所述特定目标曲线的比值进行计算，判别所述比值是否在规定范围内，

当所述比值在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型符合所述优化条件，

当所述比值不在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型不符合所述优化条件。

6.如权利要求1至4的任一项所述的滤波器设计系统，其特征在于，

所述判别模块基于从外部获取的判别标准，来对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别。

7.一种滤波器设计方法，对滤波器进行设计，其特征在于，包括：

前处理步骤，在该前处理步骤中，基于所输入的滤波器设计参数，来生成初始滤波器电路模型；

仿真计算步骤，在该仿真计算步骤中，根据来自所述前处理步骤的所述初始滤波器电路模型，来计算所述滤波器的频率响应曲线；

判别步骤，在该判别步骤中，对来自所述仿真计算步骤的所述频率响应曲线与特定目标曲线进行比较，从而对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别；

修正步骤，在该修正步骤中，对经所述判别步骤判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行修正，并将修正后的所述滤波器电路模型提供给所述仿真计算步骤来重新计算频率响应曲线；以及

优化步骤，在该优化步骤中，对经所述判别步骤判别为符合所述优化条件的滤波器电路模型的滤波器设计参数进行优化，从而获得所述滤波器的最优设计方案。

8.如权利要求7所述的滤波器设计方法，其特征在于，

所述滤波器是声表面波滤波器，

所述滤波器设计参数包括仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数。

9.如权利要求8所述的滤波器设计方法，其特征在于，

在所述修正步骤中，依次对经所述判别步骤判别为不符合所述优化条件的滤波器电路模型的仿真参数、叉指换能器设计参数和电路拓扑结构参数进行调整，以使得所述滤波器电路模型符合所述优化条件。

10.如权利要求7所述的滤波器设计方法，其特征在于，

在所述仿真计算步骤中，通过耦合模模型方法、有限元边界元法、快速有限元边界元法、有限元结合边界元法、二维层次级联方法和三维层次级联方法中的任意一种方法来计算所述频率响应曲线。

11.如权利要求7至10的任一项所述的滤波器设计方法，其特征在于，

在所述判别步骤中，

对所述频率响应曲线与所述特定目标曲线的比值进行计算，判别所述比值是否在规定范围内，

当所述比值在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型符合所述优化条件，

当所述比值不在所述规定范围内时，判别为所述滤波器电路模型不符合所述优化条件。

12.如权利要求7至10的任一项所述的滤波器设计方法，其特征在于，

在所述判别步骤中，基于从外部获取的判别标准，来对所述滤波器电路模型是否符合优化条件进行判别。

13.一种计算机可读取介质，该计算机可读取介质存储有如下程序，该程序用于执行如权利要求7至12的任一项所述的滤波器设计方法。

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