專利名稱：多帶寬表面聲波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及表面聲波(SAW)裝置，更具體地說是涉及一種有多個帶寬的SAW濾波器裝置。
SAW元件用的是以聲速傳播的聲波。由于在工作頻率下聲波實際上具有比以光速傳播的電磁波更短的波長，SAW元件在廣泛采用的傳輸線元件中是最佳的。因而，對一給定工作頻率，SAW濾波器提供了一種比傳輸線結(jié)構(gòu)更小的結(jié)構(gòu)，從而使其適于小型化的射頻應(yīng)用。此外，SAW裝置易于與其它采用常規(guī)集成電路技術(shù)生產(chǎn)的有源電路(如放大器和混頻器)集成。鑒于以上原因，SAW裝置在射頻應(yīng)用、尤其是濾波器應(yīng)用中的普遍性正穩(wěn)步提高。
SAW濾波器主要用于通訊設(shè)備，以提供接收機各個級的選擇性，如接收機的前端級或中頻(IF)級。SAW濾波器的選擇性由其帶寬決定，帶寬定義為濾波器頻率響應(yīng)的3分貝(dB)點之間限定的頻譜。
當用于接收機的IF級時，IFSAW濾波器的帶寬取決于接收機所用的調(diào)制類型。隨著近來電子通訊技術(shù)發(fā)展，尤其是個人通訊系統(tǒng)如第二代無繩電話(也稱作CT2)，歐洲和日本的數(shù)字無繩電話系統(tǒng)(分別稱作DECT和JDCT)的出現(xiàn)，更為復雜的調(diào)制技術(shù)被用于交換信息。這些新的數(shù)字設(shè)備需要的帶寬比通常用于常規(guī)通訊系統(tǒng)的更寬。例如，CT2系統(tǒng)采用的是具有頻分多址訪問(FDMA)技術(shù)的時分雙路傳輸(TDD)。FDMA技術(shù)支持每通道每秒72千比特數(shù)字數(shù)據(jù)率，每通道有一個每秒32千比特的自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)的音頻信號。CT2系統(tǒng)需要一個100KHz的帶寬用于交換信息。另一方面，歐洲的數(shù)字式無繩電話系統(tǒng)(DECT)利用一時分多址訪問(TDMA)系統(tǒng)支持每通道每秒1152千比特的數(shù)字數(shù)據(jù)，每個通道用的是一個每秒32千比特的ADPCM音頻信號。DECT需要約1200KHz的中頻(IF)帶寬，而日本的數(shù)字無繩電話系統(tǒng)(JDCT)采用每通道每秒384千比特的四相相移鍵控(QPSK)調(diào)制，每個通道有一個要求240KHzIF帶寬的每秒32千比特的ADCPM音頻信號。在美國，具有不同調(diào)制和IF帶寬要求的幾種系統(tǒng)正在考慮中。所考慮的調(diào)制是IF帶寬約400-500KHz的GFSK或QPSK。
希望提供一種通用的IF電路，它可以支持不同的調(diào)制技術(shù)并相應(yīng)地適應(yīng)其帶寬要求。一種通用的IF電路，除提供一個更加靈活的無線電接收機外，還可減少設(shè)計及制造成本。然而，常規(guī)SAW濾波器設(shè)計提供的是一個固定帶寬，不適于要求多帶寬的應(yīng)用場合。因而就需要一個多帶寬SAW濾波器，它可以(比如說)用于能工作在具有不同調(diào)制要求的通訊系統(tǒng)中的無線電設(shè)備。
簡要地說，根據(jù)本發(fā)明所述，一種多帶寬SAW濾波器包括置于一壓電基片上的多個SAW換能器。SAW換能器具有與SAW濾波器的可選帶寬相應(yīng)的不同的長度。該SAW濾波器響應(yīng)一個控制信號，給所選的SAW換能器中的一個提供輸入信號。


圖1給出了一個利用本發(fā)明的多帶寬SAW濾波器的無線電設(shè)備的框圖。
圖2給出圖1的多帶寬SAW濾波器的第一實施例。
圖3示出圖1的多帶寬SAW濾波器的第二實施例。
圖4示出圖1的多帶寬SAW濾波器的第三實施例。
圖5示出圖1的多逞寬SAW濾波器的第四實施例。
圖6示出圖1的多帶寬SAW濾波器的第五實施例。
現(xiàn)在給出本發(fā)明的詳細描述。將下文與附圖結(jié)合起來考慮可以更好地理解這一描述，附圖中類似的參考標號將遞增。
參考圖1，給出的是一個裝有根據(jù)本發(fā)明原理的多帶寬波器的無線電設(shè)備100的框圖。該無線電設(shè)備100是一個可以在接收和發(fā)送方式下工作的雙向通訊裝置。無線電設(shè)備100是一個微處理器控制的通訊裝置，包括控制一個其全部操作的控制器110。在接收方式下，一個通訊信號由天線101接收并將其加到用于接收器前端初始選擇性的濾波器103上。所接收的信號通過一個天線開關(guān)105，在控制器110的控制下該天線開關(guān)105將信號加到前置放大級107。前置放大級107放大所接收信號并將其加到混頻器109上?；祛l器109通過一個本機振蕩放大器139接收一個由合成器127產(chǎn)生的本機振蕩(LO)信號，以提供一個IF信號108。正如大家所熟知的，在控制器110的控制下，合成器127產(chǎn)生適當?shù)谋緳C振蕩頻率來調(diào)諧該無線電設(shè)備，以接收預定載波頻率下的通訊信號。
IF信號108被加到一個包括本發(fā)明的多帶寬SAW濾波器120的IF濾波級。該IF級響應(yīng)控制器產(chǎn)生的控制信號，按一預定原則給IF信號108提供適當?shù)膸挕Ｒ蚨?，IF信號可在為IF信號108提供不同帶寬的端口10和20間選擇轉(zhuǎn)換。IF級的輸出提供在端口30。根據(jù)有無線電設(shè)備100工作的通訊系統(tǒng)所用調(diào)制技術(shù)的類型，可以提供合適的帶寬。這種帶寬信息可以預存在控制器110中，以選擇一個與通訊系統(tǒng)所提供的調(diào)制技術(shù)相應(yīng)的特定IF帶寬。換句話說，調(diào)制信息可以可變更地存儲在控制器110中，以適應(yīng)無線電設(shè)備100工作在不止一種提供不同調(diào)制技術(shù)的通訊系統(tǒng)的情況。這樣，無線電設(shè)備100可以確定用于特定通訊系統(tǒng)的調(diào)制類型并使控制器110產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號以提供適當?shù)腎F帶寬。例如，如果通訊設(shè)備100工作在DECT無繩電話系統(tǒng)中，由控制器110產(chǎn)生的控制信號使得多帶寬SAW濾波器120提供給IF信號108一個1200KHz的IF帶寬。另一方面，如果無線電設(shè)備100工作在JDCT系統(tǒng)中，控制器產(chǎn)生的控制信號使多帶寬濾波器120提供一個240KHz的帶寬。這樣，IF信號108便按控制信號的規(guī)定由多帶寬SAW濾波器120進行適當濾波。
多帶寬SAW濾波器120的輸出被加到眾所周知的解調(diào)器/音頻級129。級129也在控制器110控制下工作。解調(diào)/音頻級129可用熟知的軟件或硬件控制方案安排以提供不止一種解調(diào)技術(shù)。這樣，控制器110也可規(guī)定再現(xiàn)接收的信息所需的解調(diào)技術(shù)的類型(仍基于通訊系統(tǒng)提供的調(diào)制)。解調(diào)/音頻級129的輸出被加到揚聲器131上以使所傳輸信號變得可聽。
在發(fā)送方式下，通過麥克風133輸入的通訊信息被加到在控制器110控制下工作的調(diào)制器125上?？刂破?10也可根據(jù)所用的通訊為調(diào)制器規(guī)定所需要的調(diào)制技術(shù)類型。調(diào)制器的輸出被加到發(fā)送器IF混頻器135，其接收來自合成器127的發(fā)送器本機振蕩信號。發(fā)送器IF混頻器135的輸出由放大器137放大。通訊設(shè)備100的通訊信息在被加到天線開關(guān)105和濾波器103后，通過天線101發(fā)射。
描述了無線電設(shè)備100的工作后，將描述根據(jù)本發(fā)明所述的多帶寬SAW濾波器的不同結(jié)構(gòu)的實施例。眾所周知，SAW濾波器采用壓電材料實現(xiàn)電能到聲能的轉(zhuǎn)換或相反。壓電材料可以包括構(gòu)成基片的石英、鈮酸鋰和鉭酸鋰，基片上有用來實現(xiàn)所需要的聲電和電聲能量轉(zhuǎn)換的聲波換能器裝置。因為聲波換能器的帶寬反比于其長度，本發(fā)明的申請人欲提供一種機構(gòu)，從而將輸入信號提供給一個或多個具有相應(yīng)于SAW濾波器帶寬要求的長度的換能器。
參考圖2，示出的是能提供兩種不同可選帶寬的多帶寬SAW濾波器200的結(jié)構(gòu)圖。在結(jié)構(gòu)上，濾波器200包括壓電基片205，其片上分布有形成第一輸入換能器202、第二輸入換能器204和輸出換能器206的導電圖形。導電圖形可采用任何技術(shù)如薄膜或厚膜工藝，排布在壓電基片205上。換能器通過將輸出換能器206置于輸入換能器202和204間而聲耦合。這樣，輸出換能器206在其相對兩端接收從輸入換能器202和204傳過來的聲波。換能器202、204和206每一個的圖形包括有叉指207的電極對203(如圖示)。每個電極對包括一個第一接地電極和一個第二非地電極，非地電極提供換能器202、204和206的輸入或輸出端口10、20和30。壓電材料的性質(zhì)以及叉指203間的間距決定SAW濾波器的響應(yīng)頻率。
根據(jù)本發(fā)明，輸入換能器202和204具有相應(yīng)于多帶寬SAW濾波器200不同帶寬的不同長度。如圖示，輸入換能器202的長度為Lc，而輸入換能器204的長度為Lb，長度Lb比長度Lc要短。因為聲波換能器的長度反比于其帶寬，所以短換能器204提供一個比長換能器202更寬的帶寬。SAW濾波器200能夠在輸入端口10和20接收輸入信號，在輸出端口30提供一個輸出信號。因而，如果希望一個窄帶寬，輸入信號可以加到輸入端口10;如果希望寬帶寬，輸入信號就加到輸入端口20。例如，在所描述的與圖1有關(guān)的無線電接收機應(yīng)用中，IF信號108可根據(jù)調(diào)制技術(shù)的帶寬要求在輸入端口10和20間轉(zhuǎn)換。于是，濾波器200的多個帶寬通過為輸入換能器202和204選擇不同長度來提供。因而，依靠輸入信號所加的端口，SAW換能器200提供與輸入換能器長度相應(yīng)的帶寬。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可能知道，這里稱作“輸入換能器”和“輸出換能器”的術(shù)語可互換使用，因為多端口SAW換能器是雙向器件，能夠在其端口接線端互換接收輸入和輸出信號，以提供與其幾何尺寸相應(yīng)的頻率響應(yīng)。這就是說，稱作輸入端口的端口也可用作輸出端口。反之亦然。因而，輸入信號可以加到圖2的端口30，在端口10和20提供具有與其各自SAW換能器長度相應(yīng)的帶寬特性的輸出信號。于是，SAW換能器206可以用作輸入換能器，而SAW換能器202和204可能用作輸出換能器。為便于理解，申請人在本說明書的其余部分都提及“輸入換能器”和“輸出換能器”。然而應(yīng)該注意到，輸入和輸出換能器是可互換的，本發(fā)明的真正精神不受這種名稱的限制。
參考圖3，示出的是本發(fā)明的多帶寬SAW濾波器300的另一個實施例。多帶寬SAW濾波器300包括四個輸入換能器302、304、306和308以及一個輸出換能器310，這使得它能夠提供四種不同的可選帶寬。四個輸入換能器302、304、306和308及輸出換能器310由用叉指309形成電極的導電圖形構(gòu)成。如前所述，導電圖形分布在壓電基片305上。在這個實施例中，輸入換能器302和304通過共用一個公共接地路徑303的相對的電極配對在一起。這樣，相對電極的指形區(qū)從公共路徑303相對的兩邊延伸。相仿地，輸入換能器306筆308通過共用一個公共接地路徑307的相對的電極配對。輸入換能器302、304、306和308分別接收輸入端口40、50、60和70的信號。輸出換能器310位于輸入換能器對302-304和306-308之間，在輸出端口80提供一個輸出信號。另外，根據(jù)本發(fā)明，輸入換能器302、304、306和308的長度彼此不同，且與濾波器300的可選帶寬相應(yīng)。在這種布置下，一個輸入信號(如圖1的IF信號108)可以通過有選擇地將其加到輸入端口40、50、60和70來提供不同的帶寬。輸入信號可加到通過眾所周知的控制電路選擇的一個輸入端口，控制電路響應(yīng)相應(yīng)于所需帶寬的控制信號。
現(xiàn)在參考圖4，示出的是多帶寬濾波器400的另一個實施例。濾波器400包括一個壓電基片405，其上有帶叉指403的導電圖形407、422、426、428和431分布。這些導電圖形構(gòu)成可變長度的輸入換能器402和輸出換能420。在這一實施例中，輸入換能器402包括多個順次排布的子換能器412、414、416和418，它們的長度分別為La、Lb、Lc和Ld。輸入換能器402包括一個單塊導電圖形407。該導電圖形將子換能器412、414、416和418的接地電極串接起來。導電圖形407包括一個公共路徑409，從其一邊伸出子換能器412、414、416和418的接地電極的指形區(qū)。幾個導電圖形422、424、426和428也分布于壓電基片405上，它們的指形區(qū)與單導電圖形407的指形區(qū)相互交叉排列，構(gòu)成SAW子換能器412、414、416和418。SAW濾波器400也包括一個控制電路430，該控制電路響應(yīng)二進制的控制信號432，可閉合或打開幾個串行連接的繼電器開關(guān)a、b和c。繼電器開關(guān)a、b和c位于接收輸入信號(如圖1的IF信號108)的輸入端口90和SAW子換能器412、414、416和418之間。響應(yīng)控制信號432，開關(guān)a、b和c可選擇性地閉合或打開，以提供一個長度可變的輸入換能器給輸入信號?？刂菩盘?32可以是一個提供預定條件(如濾波器的帶寬要求)的二進制信號。開關(guān)a、b、c的端子與輸入子換能器412、414、416和418相連以使輸入換能器402的長度通過順次閉合開關(guān)a、b、c增加。反過來，輸入換能器402的長度通過順次打開開關(guān)a、b、c減小。如圖示，開關(guān)c的一端與電極428相連，開關(guān)b和c的公共端與電極426相連，開關(guān)a和b的公共端與電極424相連，開關(guān)a的另一端與電極422和輸入端口90都相連。由此可知，通過順次轉(zhuǎn)換開關(guān)a、b、c，濾波器400的輸入換能器的長度可以改變。比如，如果所有的開關(guān)都斷開。輸入信號便僅提供給子換能器412，其單獨的長度La決定濾波器400的帶寬。如果開關(guān)a閉合而其余開關(guān)(即開關(guān)b和c)保持斷開，輸入換能器就由子換能器412和414組合成，其長度為La+Lb。然而，如果開關(guān)a和b關(guān)閉，輸入信號便被加到由子換能器412、414和416組成的輸入換能器，其長度為La+Lb+Lc。那么，如果關(guān)閉所有的開關(guān)，輸入信號便被加到長度為La+Lb+Lc+Ld包括子換能器412、414、416和418的輸入換能器上。因而，靠關(guān)閉和打開哪個開關(guān)，端口90的輸入信號可提供給一個長度可變、包括子換能器412、414、416和418中的一個或多個的輸入換能器402上。于是，在這種布置中，所提供的是有多個帶寬的SAW濾波器，其包括用于響應(yīng)一個控制信號、有選擇地改變輸入換能器長度的裝置。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可能知道，控制電路430和開關(guān)a、b、c可采用常規(guī)集成電路技術(shù)布于壓電基片405上，從而提供一個集成的多帶寬SAW濾濾器單元。
參考圖5，示出的是一個多帶寬SAW濾波器500的圖，該濾波器的開關(guān)并行排布，與圖4所用的串聯(lián)開關(guān)排布相反。濾波器500包括分布于壓電基片505上的導電圖形，這些圖形構(gòu)成一個包括多個子換能器512、514、516、518和520的輸入換能器和輸出換能器522。響應(yīng)控制信號532的多個并行連接的繼電器開關(guān)a′、b′、c′、d′和e′連接在輸入端口95和SAW子換能器512、514、516、518和520間，以提供一個輸入信號給所選的一個具有相應(yīng)于所需帶寬的長度的SAW換能器。響應(yīng)控制信號532的控制電路530控制開關(guān)a′、b′、c′、d′和e′。當控制電路530響應(yīng)控制信號532閉合任一開關(guān)時，輸入信號便被提供給長度適當?shù)妮斎胱訐Q能器512、514、516、518或520中的一個或多個。
參考圖6，示出的多帶寬SAW濾波器600通過有選擇地控制聲波的方向然后使用具有長度與所需帶寬相應(yīng)的SAW換能器來提供多個帶寬。SAW濾波器600包括一個位于兩SAW換能器616和614間的SAW中央換能器612，這些換能器布于一壓電基片605上。這樣，SAW換能器616和614便位于中央SAW換能器612相對的兩邊。SAW換能器614和616的長度與濾波器600的可選帶寬相應(yīng)。
中央換能器612包括一個多相位的單向換能器，它可以響應(yīng)一對相位差分信號607間特定的相位差、有選擇地引導聲波穿過其相對邊的一個或另一個。例如，如果相位差分信號間的相位差為+90°，聲波可能在中央SAW換能器612右邊范圍內(nèi)(雙向)傳播，而設(shè)有聲波從左邊傳來。相反，如果相位差是-90°，聲波就在左邊傳播而沒有聲波傳過右邊。通過在端口613為相位控制電路630施加一個輸入信號而提供相位差分信號607，電路630響應(yīng)控制信號632以設(shè)定相位差。在最佳實施例中，相位差可根據(jù)SAW濾波器600的可選帶寬有選擇地設(shè)為+90度和-90度。相位差分信號607被加到一對并行路徑609上，其中一個位置遠低于中央SAW換能器612。多相位單向換能器為人熟知，其由幾組叉指603組成，這些叉指根據(jù)波長加或減四分之一波長的總數(shù)(n和m)彼此錯開。沿中央SAW換能器612預定位置的特定的叉指通過跳接線615與路徑609中較遠的一個連接，從而產(chǎn)生中央SAW換能器612選擇性的單向特性。這樣，有選擇地被分為+或-90度相位差分信號的輸入信號被加到單向SAW換能器612。在SAW換能器612內(nèi)，靠相位差，相位差分信號的合成將在一個方向上相長，在另一個方向上相消。于是，換能器將電輸入信號轉(zhuǎn)換為一個等效的以單向方式傳播的聲波信號。傳播方向(即左邊或右邊)將取決于相位差分信號607的相位差。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，SAW濾波器的帶寬通過選擇聲波在中央SAW換能器612中的傳播方向來選取。如果選擇在左邊的傳播方向，SAW濾波器600提供與SAW換能器616的長度相應(yīng)的帶寬。而如果選擇在右邊的傳播方向，SAW濾波器600的SAW帶寬由SAW換能器614確定。
如上所述，本發(fā)明的不同實施例提供了這樣一種濾波器，其在保證提供可選帶寬能力的同時，利用了SAW結(jié)構(gòu)尺寸小且可集成的優(yōu)點?？蛇x帶寬不僅利于要求多帶寬的通訊裝置的生產(chǎn)，而且利于多系統(tǒng)操作。
權(quán)利要求
1.一種給輸入信號提供可選帶寬的多帶寬SAW濾波器，它包括一個壓電基片；多個布置于所述壓電基片上、具有不同長度的SAW換能器，其中所述SAW換能器的長度與濾波器的可選帶寬相應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多帶寬SAW濾波器，還包括響應(yīng)一個控制信號、將一信號有選擇地連接到所述多個SAW換能器中的一個的裝置，所述控制信號與所需帶寬相應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SAW濾波器，還包括一個能選擇性引導聲波的多相位單向SAW換能器，其響應(yīng)一個相位差來選擇聲波方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SAW濾波器，還包括一個與多相位單向SAW換能器相連的一個分相裝置，所述分相裝置響應(yīng)與SAW濾波器的可選帶寬相應(yīng)的控制信號來提供相差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SAW濾波器，還包括在輸入信號和多個SAW換能器間串行連接的多個開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SAW濾波器，還包括位于輸入信號和多個SAW換能器間并行連接的多個開關(guān)。
7.一種無線電設(shè)備，它包括一個接收輸入信號的接收器裝置;一個多帶寬SAW濾波器，它包括一個壓電基片;和多個布置于所述壓電基片上長度不同的SAW換能器，其中所述SAW換能器的長度與濾波器的可選帶寬相應(yīng);響應(yīng)一控制信號將一信號選擇連接到所述多個SAW換能器中的其中之一的裝置，所述控制信號與一所需帶寬相應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電設(shè)備，其中SAW換能器有從公共路徑的相對邊伸出的指形區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電設(shè)備，還包括一個多相位單向SAW換能器，其選擇性地引導聲波并響應(yīng)聲波的相位差來選擇聲波的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線電設(shè)備，還包括與多相位單向SAW換能器相連的一個分相裝置，所述分相裝置響應(yīng)與SAW濾波器的可選帶寬相應(yīng)的控制信號來提供相位差。
全文摘要
一種用于一輸入信號的多帶寬SAW濾波器，其包括一個有相應(yīng)于濾波器所需帶寬的可選長度的SAW換能器。SAW濾波器響應(yīng)與濾波器可選帶寬相應(yīng)的控制信號，將輸入信號提供給長度適當?shù)腟AW換能器。
文檔編號H03H9/145GK1092569SQ9312152
公開日1994年9月21日 申請日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月31日
發(fā)明者杰米·A·博拉斯, 戴維·彭鈕納芮 申請人:莫托羅拉公司