本發(fā)明總體涉及微波濾波器，并且更具體地，涉及設(shè)計用于窄帶應(yīng)用的聲微波濾波器。

背景技術(shù)：

電濾波器已經(jīng)在電信號的處理中長期使用。具體地，通過傳遞期望的信號頻率同時阻止或者衰減其他不期望的電信號頻率，這種電濾波器被用于從輸入信號中選擇期望的電信號頻率。濾波器可以分類為幾種一般類型，包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器以及帶阻濾波器，表示由濾波器選擇性地傳遞的頻率的類型。此外，濾波器可以按類型分為諸如巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、反切比雪夫(Inverse Chebyshev)以及橢圓濾波器，其表示濾波器相對于理想的頻率響應(yīng)提供的帶形頻率響應(yīng)(頻率截止特性)的類型。

使用的濾波器的類型往往取決于預(yù)期的使用。在通信應(yīng)用中，帶通濾波器和帶阻濾波器通常在蜂窩基站、手機(jī)聽筒以及其他遠(yuǎn)程通信設(shè)備中使用，以在一個或多個預(yù)定義的頻帶內(nèi)濾出或阻擋RF信號。最特別重要的是大約500MHz—3500MHz的頻率范圍。在美國，許多標(biāo)準(zhǔn)頻帶用于蜂窩通信中。這些包括頻帶2(～1800MHz—1900MHz)、頻帶4(～1700MHz—2100MHz)、頻帶5(～800MHz—900MHz)、頻帶13(～700MHz—800MHz)以及頻帶17(～700MHz—800MHz)；以及出現(xiàn)的其他頻帶。

微波濾波器一般使用兩個電路構(gòu)建塊來構(gòu)建：多個諧振器，其在諧振頻率(其可以是基礎(chǔ)諧振頻率f₀或各種更高階諧振頻率f₁—f_n中的任一個)非常有效地存儲能量；以及耦合件，其在諧振器之間耦合電磁能以形成提供更寬的頻譜響應(yīng)的多個反射零點(diǎn)。例如，四諧振器濾波器可以包括四個反射零點(diǎn)。給定的耦合件的強(qiáng)度由其電抗(即電感和/或電容)決定。耦合件的相對強(qiáng)度決定濾波器形狀，并且耦合件的拓?fù)錄Q定濾波器是否執(zhí)行帶通或帶阻功能。諧振頻率f₀主要由相應(yīng)的諧振器的電感和電容決定。對于常規(guī)的濾波器設(shè)計，濾波器激活的頻率由構(gòu)造濾波器的諧振器的諧振頻率決定。由于以上論述的原因，每個諧振器必須具有非常低的內(nèi)部電阻，以使濾波器的響應(yīng)能夠敏銳且選擇性高。對于低電阻的要求傾向于推動給定技術(shù)的諧振器的尺寸更小以及成本更低。

雙工器(一種特定種類的濾波器)在移動裝置的前端中是關(guān)鍵部件。現(xiàn)代移動通信設(shè)備使用同一天線在同一時間(使用LTE、WCDMA或CDMA)傳輸和接收。雙工器將可以高達(dá)0.5瓦功率的傳輸信號與可以低至皮瓦的接收信號分開。在載體上以不同的頻率調(diào)制傳輸信號和接收信號，以允許雙工器選擇這些信號。雙工器必須在非常小的尺寸(往往僅大約兩個平方毫米)內(nèi)，提供頻率選擇、頻率分離和低插入損耗。

前端接收濾波器優(yōu)選地采取邊界清晰的帶通濾波器的形式，以消除從期望接收的信號頻率附近的頻率的強(qiáng)干擾信號產(chǎn)生的各種反效應(yīng)。由于前端接收器濾波器的位置在天線輸入端，插入損耗必須非常低以便不降低噪聲系數(shù)。在大多數(shù)濾波器技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)低插入損耗需要在濾波器陡峭度或選擇度中的相應(yīng)的妥協(xié)。

實(shí)際上，用于手機(jī)聽筒的大多數(shù)濾波器使用聲諧振器技術(shù)構(gòu)造，諸如表面聲波(SAW)、體聲波(BAW)以及薄膜體聲波諧振器(FBAR)技術(shù)。聲諧振器具有在被稱為“諧振”頻率和“反諧振”頻率的頻率中具有小間距的兩個諧振(參見K.S.Van Dyke,Piezo-Electric Resonator and its Equivalent Network Proc.IRE,Vol.16,1928,pp.742-764)。這種聲諧振器與等效的電感器諧振器/電容器諧振器相比，具有低插入損耗、緊湊尺寸以及低成本的優(yōu)點(diǎn)。因此聲諧振器實(shí)現(xiàn)往往在移動設(shè)備的前端接收濾波器中用于微波濾波應(yīng)用。聲諧振器通常以梯拓?fù)?交錯序列和分流諧振器)設(shè)置以便創(chuàng)建帶通濾波器。聲梯濾波器用于聽筒應(yīng)用已經(jīng)非常成功，當(dāng)前每年賣出超過十億部。

具有聲諧振器的現(xiàn)代微波濾波器的設(shè)計需要詳細(xì)的模型來預(yù)測濾波器的頻率響應(yīng)。慣用的辦法是使用每一個諧振器的所有幾何方面構(gòu)建周密的現(xiàn)象模型，例如間距、孔徑、長度等。因?yàn)樯虡I(yè)的聲微波濾波器必須能夠在寬的溫度范圍內(nèi)遵從性能要求，能夠在相關(guān)的溫度范圍內(nèi)模仿聲微波濾波器設(shè)計的性能是重要的，使得可以優(yōu)化濾波器設(shè)計，以確保當(dāng)制備時其在溫度范圍內(nèi)遵從性能要求。因此，沒有對于溫度的效應(yīng)的聲濾波器的準(zhǔn)確模型，聲濾波器就不能被設(shè)計或持續(xù)優(yōu)化。

準(zhǔn)確地在溫度范圍內(nèi)模仿聲濾波器的最簡單并且最常用的辦法是通過正比于溫度的量均勻地在整個頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換濾波器響應(yīng)。然而，聲微波濾波器的測量示出，該辦法忽略了關(guān)鍵因素：對于給定的溫度改變，諧振頻率和反諧振頻率轉(zhuǎn)換不同的量。當(dāng)構(gòu)造作為濾波器的部件時，這不僅僅導(dǎo)致通帶的中心頻率改變，而且也導(dǎo)致通帶的寬度改變。具體地，所有的諧振器的諧振頻率改變移動濾波器的下限頻率邊緣，同時所有的諧振器的反諧振頻率改變移動濾波器的上限頻率邊緣，但是是以對諧振頻率不成比例的量。

例如，參考圖1，在-20℃(虛線)、25℃(實(shí)線)以及100℃(虛線)測量了聲微波濾波器的頻率響應(yīng)。如示出的，當(dāng)溫度升高時通帶傾向于轉(zhuǎn)換到較低頻率?，F(xiàn)在參考圖2，在-20℃和100℃測量的真實(shí)的聲微波濾波器的頻率響應(yīng)能與相應(yīng)的聲微波濾波器設(shè)計的模擬的頻率響應(yīng)作比較，該模擬的頻率響應(yīng)已根據(jù)兩個溫度成比例地轉(zhuǎn)換(虛線)?？梢院苋菀卓闯?，當(dāng)在-20℃和100℃模擬的頻率響應(yīng)的通帶的左側(cè)分別利用在-20℃和100℃的真實(shí)的頻率響應(yīng)的通帶的左側(cè)校準(zhǔn)時，通帶的右側(cè)是沒有校準(zhǔn)的，證實(shí)通帶不僅僅隨溫度改變轉(zhuǎn)換，而且通帶也隨溫度改變扭曲。因此，該簡單辦法不正確地預(yù)測不被溫度改變的帶寬。

模仿溫度的效應(yīng)的更精密的辦法是在溫度的范圍內(nèi)表征組成濾波器的單獨(dú)的諧振器。每一個模型使用將隨溫度變化的某些數(shù)量的參數(shù)。使用基本的物理知識，一個人可以預(yù)測這些參數(shù)中的每一個將怎樣隨溫度改變而改變。利用一種分析模型獲取諧振器的響應(yīng)，例如巴特沃斯-范戴克(Butterworth-VanDyke)或模式的耦合(Coupling-of-Modes)(參見A.Loseu and J.Rao,2010IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings,pp.1302-1306)。雖然在這種模型中提供了這么多的參數(shù)，然而難以找到持續(xù)預(yù)測的模型。此外，這種模型的構(gòu)造是耗時的并且麻煩的。此外，由于當(dāng)嵌入濾波器中時，每一個諧振器的重要的頻率響應(yīng)敏感地取決于周圍元件，該模型甚至可能是誤導(dǎo)的。因此，該精密的方法的主要困難是，一旦嵌入濾波器或雙工器中，分離的諧振器測量對于相同諧振器的響應(yīng)的如實(shí)平移。

因此，依然存在提供對聲微波濾波器在溫度范圍內(nèi)建模的改進(jìn)方法的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了根據(jù)頻率響應(yīng)要求設(shè)計聲微波濾波器的方法。例如，頻率響應(yīng)要求可以包括頻率相關(guān)回波損耗、插入損耗、抑制以及線性度中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。例如，頻率響應(yīng)要求可以包括在300MHz到300GHz范圍內(nèi)的通帶，具體地在300MHz到10.0GHz內(nèi)，并且更具體地在500MHz到3500MHz范圍內(nèi)。

該方法包括生成具有多個電路元件的提議的濾波器電路設(shè)計，該電路元件包括具有定義的導(dǎo)納值的聲學(xué)的諧振元件。例如，聲學(xué)的諧振元件可以是表面聲波(SAW)諧振器、體聲波(BAW)諧振器、薄膜體聲波諧振器(FBAR)以及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器。例如，聲諧振器可以被建模為Butterworth-VanDyke(BVD)模型、為Coupling of Modes(COM，模式耦合)模型或有限元模型(Finite Element Model，F(xiàn)EM)。例如，提議的濾波器電路設(shè)計可具有N階梯拓?fù)洹?/p>

該方法進(jìn)一步包括引入與諧振元件并聯(lián)的集中電容式元件和與諧振元件串聯(lián)的集中電感式元件。該方法進(jìn)一步包括為電容式元件選擇第一電容值并且為電感式元件選擇第一電感值，從而創(chuàng)建將諧振元件的定義的導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換到第一導(dǎo)納值的第一溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，以及在第一工作溫度模擬第一溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，從而生成第一頻率響應(yīng)。該方法進(jìn)一步包括為電容式元件選擇第二電容值并且為電感式元件選擇第二電感值，從而創(chuàng)建將諧振元件的定義的導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換到不同于第一導(dǎo)納值的第二導(dǎo)納值的第二溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，以及在第二工作溫度模擬第二溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，從而生成第二頻率響應(yīng)。例如，第一電容值和第二電容值可以在-40pF–40pF的范圍內(nèi)，并且例如，第一電感值和第二電感值可以在-10nH–10nH的范圍內(nèi)。可選的方法進(jìn)一步包括優(yōu)化提議的濾波器電路設(shè)計，在該種情況下，引入集中電容式元件和集中電感式元件到優(yōu)化的提議的濾波器電路設(shè)計里。該方法進(jìn)一步包括將第一頻率響應(yīng)和第二頻率響應(yīng)與頻率響應(yīng)要求作比較，并且基于比較從提議的濾波器電路設(shè)計構(gòu)造聲微波濾波器。

在一個實(shí)施方式中，第一電容值和第一電感值作為第一工作溫度的函數(shù)來計算，并且第二電容值和第二電感值作為第二工作溫度的函數(shù)來計算。例如，可以選擇第一電容值等于第一比例因子、提議的濾波器電路設(shè)計的諧振元件的面積、以及第一工作溫度和基線溫度之間的差的乘積；可以選擇第二電容值等于第一比例因子、提議的濾波器電路設(shè)計的諧振元件的面積、以及第二工作溫度和基線溫度之間的差的乘積；可以選擇第一電感值等于第二比例因子、以及第一工作溫度和基線溫度之間的差的乘積；以及可以選擇第二電感值等于第二比例因子、以及第二工作溫度和基線溫度之間的差的乘積。

可以以各種方式中的任何一種來確定比例因子。例如，參考濾波器電路設(shè)計具有多個電路元件，該電路元件包括能夠生成的參考聲學(xué)的諧振元件以及能夠從參考濾波器電路設(shè)計構(gòu)造的參考聲微波濾波器。參考諧振元件由與所提出的濾波器電路設(shè)計的諧振元件相同的材料組成。參考聲微波濾波器的參考頻率響應(yīng)可以在參考工作溫度測量，并且可以基于參考頻率響應(yīng)計算第一比例因子和第二比例因子中的每個。

例如，可以引入與參考諧振元件并聯(lián)的集中參考電容式元件和與參考諧振元件串聯(lián)的集中參考電感式元件，并且為集中參考電容式元件選擇參考電容值以及為集中參考電感式元件選擇參考電感值，從而生成溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計。然后可以在參考工作溫度模擬溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計，同時改變參考電容值和參考電感值，直至模擬的參考濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)與測量的溫度模型化的參考聲微波濾波器在參考工作溫度的頻率響應(yīng)相匹配，從而得到最終參考電容值和最終參考電感值。第一比例因子可以等于最終參考電容值，除以參考諧振元件的面積與在其他工作溫度和基線工作溫度之間的差的乘積，并且第二比例因子可以等于最終參考電感值除以在參考工作溫度和基線工作溫度之間的差。

從閱讀下面的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的方面和特征將是顯而易見的，該優(yōu)選實(shí)施方式的目的是說明的而并非限制本發(fā)明。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)計和功用，其中相似的元件由共同的參考標(biāo)號表示。為了更好理解如何獲得本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn)和目標(biāo)，通過參考在附圖中示出的本發(fā)明的特定實(shí)施方式，將提出對以上簡要描述的本發(fā)明的更具體的說明。應(yīng)理解這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此并不應(yīng)視為限制其范圍，通過使用附圖，將利用另外的特異性和細(xì)節(jié)描述和解釋本發(fā)明，其中：

圖1是比較在不同的工作溫度下模擬的聲濾波器電路設(shè)計的通帶的頻率響應(yīng)圖；

圖2是將在不同的工作溫度下模擬的聲濾波器電路設(shè)計的通帶與在相同工作溫度下測量的實(shí)際的聲濾波器的通帶進(jìn)行比較的頻率響應(yīng)圖；

圖3是無線電信系統(tǒng)的框圖；

圖4是用于設(shè)計在圖3的無線電信系統(tǒng)中使用的微波聲濾波器的技術(shù)的流程圖；

圖5是以N階梯拓?fù)湓O(shè)置的常規(guī)的微波聲濾波器的示意圖；

圖6是示出圖5的聲濾波器的聲諧振器轉(zhuǎn)換為等效的修正的Butterworth-Van Dyke(MBVD)模型的示意圖；

圖7是示出圖5的常規(guī)聲濾波器的MBVD等效電路的示意圖；

圖8是示出具有溫度補(bǔ)償?shù)募须娐吩穆曋C振器的示意圖；

圖9是示出圖8的溫度模型化的聲諧振器轉(zhuǎn)換為等效的修正的Butterworth-Van Dyke(MBVD)模型的示意圖；

圖10是示出使用圖8的聲諧振器的溫度模型化的聲濾波器電路設(shè)計的示意圖；

圖11是示出用于計算溫度模型化的集中電路元件的比例因子的技術(shù)的流程圖；

圖12是將根據(jù)圖4示出的技術(shù)的聲濾波器電路設(shè)計的通帶與從聲濾波器電路設(shè)計構(gòu)造的實(shí)際的聲濾波器的通帶進(jìn)行比較的頻率響應(yīng)圖；以及

圖13是能夠?qū)崿F(xiàn)圖4的濾波器設(shè)計技術(shù)的計算機(jī)化步驟的計算機(jī)化濾波器設(shè)計系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明描述了用于設(shè)計聲波(AW)微波濾波器(諸如表面聲波(SAW)濾波器、體聲波(BAW)濾波器、薄膜體聲波諧振器(FBAR)濾波器、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)濾波器)的技術(shù)。該技術(shù)能夠應(yīng)用到在300MHz到300GHz頻率范圍內(nèi)、特別是在300MHz到10.0GHz頻率范圍內(nèi)、并且甚至更特別是在500MHz到3.5GHz頻率范圍內(nèi)的AW微波濾波器。這種AW微波濾波器可以是固定頻率的和/或可調(diào)諧的濾波器(頻率和/或帶寬和/或輸入阻抗和/或輸出阻抗可調(diào)諧)，并且可以用于單帶或多帶帶通濾波和或帶阻。這種AW微波濾波器在具有要求高的電氣和或環(huán)境性能要求和/或苛刻的成本/尺寸約束的應(yīng)用中是有利的，諸如在移動通信設(shè)備的無線電頻率(RF)前端(包括手機(jī)、智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等)或固定通信設(shè)備的RF前端(包括M2M設(shè)備、無線基站、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等)中發(fā)現(xiàn)的那些應(yīng)用。

本文中描述的示例AW微波濾波器展示了具有單通帶的頻率響應(yīng)，其在電信系統(tǒng)雙工器中特別有用。例如，參考圖3，在移動通信設(shè)備中使用的電信系統(tǒng)10可以包括能夠傳輸和接收無線信號的收發(fā)器12、能夠控制收發(fā)器12的功能的控制器/處理器14。收發(fā)器12一般包括寬帶天線16、具有傳輸濾波器24和接收濾波器26的雙工器18、經(jīng)由雙工器18的傳輸濾波器24耦合至天線16的發(fā)射器20以及經(jīng)由雙工器18的接收濾波器26耦合至天線16的接收器22。

傳輸器20包括上變頻器28，被配置為將由控制器/處理器14提供的基帶信號轉(zhuǎn)換為無線電頻率(RF)信號；可變增益放大器(VGA)30，被配置為放大RF信號；帶通濾波器32，被配置為以由控制器/處理器14所選擇的工作頻率輸出RF信號；以及功率放大器34，被配置為放大已濾波的RF信號，然后經(jīng)由雙工器18的傳輸濾波器24將已濾波的RF信號提供至天線16。

接收器22包括槽口或帶阻濾波器36，被配置為抑制從天線16經(jīng)由接收器濾波器26傳輸從RF信號輸入的信號干擾；低噪聲放大器(LNA)38，被配置為放大來自阻帶濾波器36的具有相對低噪聲的RF信號；帶通濾波器40，被配置為以由控制器/處理器14所選擇的頻率輸出放大的RF信號；以及下變頻器42，被配置為下轉(zhuǎn)換RF信號為基帶信號，該基帶信號被提供給控制器/處理器14。可替換地，由阻帶濾波器36執(zhí)行的抑制傳輸信號干擾的功能可以由雙工器18代替執(zhí)行?；騻鬏斊?0的功率放大器34可以被設(shè)計為減少傳輸信號干擾。

應(yīng)理解，在圖3中示出的框圖本質(zhì)上是功能性的，并且可以由一個電子元件執(zhí)行幾個功能或者可以由幾個電子元件執(zhí)行一個功能。例如，由上變頻器28、VGA30、帶通濾波器40、下變頻器42以及控制器/處理器14執(zhí)行的功能常常由單個收發(fā)器芯片執(zhí)行。帶通濾波器32的功能可以由功率放大器34和雙工器18的傳輸濾波器24執(zhí)行。

盡管相同的技術(shù)可以用于設(shè)計用于雙工器18的接收濾波器26和其他RF濾波器的聲微波濾波器，本文中描述的示例性技術(shù)是用于設(shè)計用于電信系統(tǒng)10的前端的聲微波濾波器，并且具體是雙工器18的傳輸濾波器24。

現(xiàn)在參考圖4，將描述用于設(shè)計AW微波濾波器的一個示例性技術(shù)50。首先，由濾波器的應(yīng)用建立濾波器要求，包括頻率響應(yīng)要求(包括通帶、回波損耗、插入損耗、抑制、線性度、噪聲系數(shù)、輸入阻抗和輸出阻抗等)，還有尺寸要求和成本要求，以及環(huán)境要求，諸如工作溫度范圍、振動、故障率等(步驟52)。

接下來，選擇用于AW濾波器中的電路元件的結(jié)構(gòu)類型；例如，選擇了諧振器的結(jié)構(gòu)類型(SAW、BAW、FBAR、MEMS等)以及電感器、電容器和開關(guān)、連同被用于制造這些電路元件的材料的類型，包括用于制造濾波器的封裝與組裝技術(shù)的類型(步驟54)。在本文中描述的具體實(shí)例中，電路元件類型的選擇是在由42度XY切割LiTaO₃組成的基板上構(gòu)造的SAW諧振器和電容器。

然后，基于頻率響應(yīng)要求，使用合適的設(shè)計技術(shù)的生成初始的濾波器電路設(shè)計(步驟56)；例如，使用圖像設(shè)計或網(wǎng)絡(luò)合成設(shè)計，諸如在美國專利第8,701,065號和第9,038,005號中描述的那些設(shè)計，其通過引用明確結(jié)合于此。在示出的實(shí)施方式中，提議的濾波器電路設(shè)計具有N階梯拓?fù)?，諸如在美國專利第8,751,993號和第8,701,065號以及美國專利申請序列第14/941,451號題為“具有增強(qiáng)的抑制的聲波濾波器”中描述的那些設(shè)計，其通過引用全部明確結(jié)合于此；盡管可以選擇其他濾波器拓?fù)洌T如在線非諧振節(jié)點(diǎn)、或在線、或具有交叉耦合的在線、或具有交叉耦合的在線非諧振節(jié)點(diǎn)等。

現(xiàn)在參考圖5，將描述濾波器電路設(shè)計100的一個實(shí)施方式。濾波器電路設(shè)計100以N階梯拓?fù)湓O(shè)置(即在這種情況下，N＝10指諧振器的數(shù)量等于10)濾波器電路設(shè)計100包括電壓源V、源電阻S、負(fù)載電阻L、五系列(或在線)聲諧振器Z_S1—Z_S5以及五平行(或分流)聲諧振器Z_P1—Z_P5。

可以通過在圖6中示出的修正的Butterworth-Van Dyke(巴特沃斯-范戴克)(MBVD)模型110描述聲諧振器Z中的每個，從而產(chǎn)生在圖7中示出的等效濾波器電路設(shè)計。MBVD模型110也可以描述SAW諧振器(諸如石英、鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰(LiTaO₃)晶體或BAW(包括FBAR)諧振器或MEMS諧振器)，其可以通過在壓電基板上放置叉指換能器(IDT)來制造。每個MBVD模型110包括動態(tài)電容C_m、靜態(tài)電容C₀、動態(tài)電感L_m以及電阻R。動態(tài)電容C_m和動態(tài)電感L_m可以由電和聲行為的相互作用產(chǎn)生，并且因此，可被稱為MBVD模型的動態(tài)臂。靜態(tài)電容C₀可以由結(jié)構(gòu)的電容產(chǎn)生，并且因此可被稱為MBVD模型的靜態(tài)(非動態(tài))電容。電阻R可以由聲諧振器的電阻產(chǎn)生?？商鎿Q地，不使用MBVD模型，聲諧振器可以是由其他類型的合適的模型(諸如模式的耦合(COM)模型或有限元模型(FEM))制造的任意的一個端口阻抗。

MBVD模型110的參數(shù)由以下等式聯(lián)系起來：

其中，ω_R和ω_A可以是對于任何給定的聲諧振器的相應(yīng)的諧振頻率和反諧振頻率，并且伽馬γ可以取決于材料的性質(zhì)，其可以進(jìn)一步由以下定義：

典型的γ值可以是對于42度XY切割LiTaO₃從大約12到大約18的范圍。聲諧振器的頻率分離指在它的諧振頻率和它的反諧振頻率之間的差。聲波諧振器的百分比分離是在它的諧振頻率和反諧振頻率之間的百分比頻率分離，并且可以如下計算：

其中，γ是諧振器的靜態(tài)電容與動態(tài)電容的比(等式[3])，如由壓電材料的材料特性所決定并且由設(shè)備的幾何所修正。

從等式[1]可以理解，聲諧振器中的每個的諧振頻率將取決于BVD模型110的動態(tài)臂，然而濾波器特性(例如帶寬)將被等式[2]中的γ強(qiáng)烈影響。聲諧振器110的質(zhì)量因子(Q)會是聲濾波器設(shè)計中的重要的品質(zhì)因數(shù)，涉及在濾波器內(nèi)的元件的損耗。電路元件的Q代表每周期存儲的能量與每周期耗散的能量的比。Q因素模仿在每個聲諧振器中的真實(shí)的損耗，并且一般可能需要多于一個Q因素以描述聲諧振器中的損耗。Q因素對于濾波器實(shí)例可以如下定義。動態(tài)電容C_m可以具有相關(guān)聯(lián)的Q定義為Q_Cm＝10⁸；靜態(tài)電容C₀可以具有相關(guān)聯(lián)的Q定義為Q_C0＝200；并且動態(tài)電感L_m可以具有相關(guān)聯(lián)的Q定義為Q_Lm＝1000。(這里為簡單起見，在動態(tài)諧振中的損耗集中到了動態(tài)電感里并且動態(tài)電容被認(rèn)為是本質(zhì)上無損耗的。)電路設(shè)計者通常可以由諧振頻率ω_R、靜態(tài)電容C₀、伽馬γ以及質(zhì)量因素Q_Lm表征SAW諧振器。對于商業(yè)應(yīng)用，Q_Lm對于SAW諧振器可以是大約1000，并且對于BAW諧振器大約是3000。

返回參考圖4，濾波器電路設(shè)計100接下來經(jīng)由合適的計算機(jī)優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化以搜索最佳匹配所期望的濾波器響應(yīng)的電路元件值的組合，從而創(chuàng)建對于所有電路元件具有定義值的提議的濾波器電路設(shè)計，包括對于聲諧振器Z的導(dǎo)納值(步驟58)。包括安捷倫(Agilent)高級設(shè)計系統(tǒng)(Advanced Design System)(ADS)等的設(shè)計工具可以使用數(shù)字優(yōu)化方法(諸如蒙特卡羅(Monte Carlo)、梯度等)，以改進(jìn)提議的濾波器電路設(shè)計。在一個實(shí)施方式中，在提議的濾波器電路設(shè)計中的一個或多個電路元件可以在優(yōu)化處理期間被刪除，諸如在美國專利第8,751,993號中所公開的，其通過引用已被明確結(jié)合于此。

在提議的濾波器電路設(shè)計上的溫度變化的效應(yīng)可以通過添加兩個分離的部件到濾波器中的每一個聲諧振器來模擬：串聯(lián)電感器，以轉(zhuǎn)換相應(yīng)的聲諧振器Z的諧振頻率，以及并聯(lián)電容器，以轉(zhuǎn)換相應(yīng)的聲諧振器Z的反諧振頻率。具體地，如在圖10中示出的，引入與提議的濾波器電路設(shè)計的每個聲諧振器Z并聯(lián)的集中電容式元件C_T并且引入與提議的濾波器電路設(shè)計的每個聲諧振器Z串聯(lián)的集中電感式元件L_T(圖8)，以創(chuàng)建溫度模型化的濾波器電路設(shè)計200(步驟60)。如在圖9中示出的，溫度模型化的濾波器設(shè)計200的聲諧振器Z中的每個可以被在圖6中示出的MBVD模型110取代。

接下來，通過對每個將被模擬的相應(yīng)的工作溫度，變化電容式元件C_T的電容值并且變化電感式元件L_T的電感值，創(chuàng)建并且模擬對應(yīng)不同的工作溫度(例如，0℃、20℃以及100℃三個工作溫度)的選定數(shù)量的溫度模型化的電路設(shè)計。對于每個工作溫度的電容值和電感值可以根據(jù)工作溫度計算。在一個實(shí)施方式中，對于每個電容式元件C_T的電容值和對于每個電感式元件L_T的電感值根據(jù)以下等式計算：

[6] C_Tn＝k_C·An·(T_op-T_base)，其中，C_Tn是在溫度模型化的濾波器電路設(shè)計中的N階聲諧振器的電容值，k_C是電容式元件的縮放常數(shù)，A_n是N階聲諧振器的面積，T_op是工作溫度，以及T_base是假設(shè)C_Tn等于零(例如室溫)的基線溫度；并且

[7] L_Tn＝k_L·(T_op-T_base)，其中，L_Tn是在溫度模型化的濾波器電路設(shè)計中的N階聲諧振器的電感值，k_L是電感式元件的縮放常數(shù)，T_op是工作溫度，并且T_base是假設(shè)L_Tn等于零(例如室溫)的基線溫度。

為此目的，選擇電容式元件C_T的電容值以及相應(yīng)的電感式元件L_T的電感值，從而創(chuàng)建以不同的導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換相應(yīng)的聲諧振器Z的定義的導(dǎo)納值的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計(步驟62)。作為一般規(guī)則，所有電感式元件L_T的電感值將是相同的，然而僅僅在聲諧振器Z的面積相同時，所有電容式元件C_T的電容值將是相同的。然后在定義的工作溫度模擬溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，從而生成頻率響應(yīng)(步驟64)。例如，第一電容值和第二電容值可以在-40pF—40pF的范圍內(nèi)，并且更具體地在-4pF—4pF的范圍內(nèi)，并且例如，第一電感值和第二電感值可以在-10nH—10nH的范圍內(nèi)，并且更具體地在-1nH—1nH的范圍內(nèi)。

可以通過選擇不同的電容值以及電感值創(chuàng)建對應(yīng)不同的工作溫度的另外的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計。具體地，如果不是所有選定數(shù)量的工作溫度已被模擬(即如果不是所有溫度模型化的濾波器電路設(shè)計已被模擬)(步驟66)，則為電容式元件CT選擇不同的電容值以及為相應(yīng)的電感式元件LT選擇電感值，從而創(chuàng)建另一個將相應(yīng)的聲諧振器Z的定義的導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換到不同的導(dǎo)納值的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計(步驟62)，并且然后在另一個定義的工作溫度模擬其他溫度模型化的濾波器電路設(shè)計，從而生成頻率響應(yīng)(步驟64)。重復(fù)該處理直至所有的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計已被模擬。如果模擬的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)不滿足在定義的工作溫度的頻率響應(yīng)要求(步驟68)，則可以生成并且優(yōu)化不同的初始濾波器電路設(shè)計以創(chuàng)建另一個提議的濾波器電路設(shè)計(步驟56以及步驟58)，并且然后，可以從其他提議的濾波器電路設(shè)計生成溫度模型化的濾波器電路設(shè)計并且模擬溫度模型化的濾波器電路設(shè)計(步驟60—步驟66)。一旦模擬的溫度模型化的濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)滿足在定義的工作溫度的頻率響應(yīng)要求(步驟68)，就基于最近提議的濾波器電路設(shè)計構(gòu)造真實(shí)的聲濾波器(步驟70)。優(yōu)選地，真實(shí)的濾波器的電路元件值將匹配在最近提議的濾波器電路設(shè)計中的相應(yīng)的電路元件值。

通過測量真實(shí)的聲濾波器的頻率響應(yīng)并且將模擬的溫度補(bǔ)償?shù)臑V波電路的數(shù)據(jù)適配至真實(shí)的聲濾波器的頻率響應(yīng)，可以決定等式[6]和[7]的比例因子k_C和k_L。具體地，參考圖11，現(xiàn)在將描述用于確定比例因子k_C和k_L的一個技術(shù)80。首先，生成具有多個電路元件的參考濾波器電路設(shè)計，該電路元件包括至少一個聲諧振器(步驟82)，并且然后，從參考濾波器電路設(shè)計構(gòu)造真實(shí)的參考聲微波濾波器(步驟84)。該參考濾波器的聲諧振器由與提議的濾波器電路設(shè)計100的聲諧振器相同的材料組成，使得從參考濾波器決定的比例因子可以被準(zhǔn)確地用于從提議的濾波器電路設(shè)計100生成溫度模型化的濾波器設(shè)計200。接下來，在參考溫度(例如室溫)測量真實(shí)的參考濾波器的參考頻率響應(yīng)(步驟86)。

然后基于第一參考頻率響應(yīng)計算第一比例因子k_C和第二比例因子k_L中的每個。具體地，按與圖5中添加電容式元件和電感式元件至提議的濾波器電路設(shè)計100類似的方式，添加與參考聲諧振器中的每個并聯(lián)的集中參考電容式元件和與參考聲諧振器中的每個串聯(lián)的集中參考電感式元件，從而生成參考溫度模型化的濾波器電路設(shè)計(步驟88)。

然后，可以決定使在參考工作溫度模擬的溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)與測量的真實(shí)的參考聲濾波器的頻率響應(yīng)相匹配的參考電容式元件的電容值和參考電感式元件的參考電感值(步驟90)。例如，可以在在參考工作溫度迭代地模擬溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計，同時改變參考電容式元件的電容值并且改變參考電感式元件的參考電感值，直至模擬的溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)與測量的參考聲微波濾波器在參考工作溫度的頻率響應(yīng)相匹配，從而得到第一參考電容值C_REF1和第一參考電感值L_REF1。

然后根據(jù)以下等式計算第一比例因子k_C(步驟92)：

其中，k_C是第一比例因子，C_REF是參考電容值，A是參考聲諧振器的面積，T_REF是參考工作溫度以及T_base是基線工作溫度(例如室溫)；并且

然后根據(jù)以下等式計算第二比例因子k_L(步驟94)：

其中，k_L是第二比例因子，L_REF是參考電感值，T_REF是參考工作溫度以及T_base是基線工作溫度。

應(yīng)理解，可以為不同的工作溫度范圍計算另外的比例因子。例如，第一組比例因子k_C1和k_L1可以與溫度范圍0℃-50℃相關(guān)聯(lián)，并且第二組比例因子k_C2和k_L2可以與溫度范圍50℃-100℃相關(guān)聯(lián)。例如，使用25℃作為參考工作溫度，可以通過根據(jù)等式[8]和等式[9]測量參考濾波器的頻率響應(yīng)決定第一組比例因子k_C1和k_L1；并且可以通過在兩個參考工作溫度(例如50℃和100℃)測量參考濾波器的頻率響應(yīng)決定第二組比例因子k_C2和k_L2，在第一參考溫度迭代地模擬溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計，同時改變參考電容式元件的電容值并且改變參考電感式元件的參考電感值，直至模擬的溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)與測量的參考聲微波濾波器在第一參考工作溫度的頻率響應(yīng)相匹配，從而得到第一參考電容值C_REF1和第一參考電感值L_REF1，并且在第二參考溫度迭代地模擬溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計，同時改變參考電容式元件的電容值并且改變參考電感式元件的參考電感值，直至模擬的溫度模型化的參考濾波器電路設(shè)計的頻率響應(yīng)與測量的參考聲微波濾波器在第二參考溫度的頻率響應(yīng)相匹配，從而得到第二參考電容值C_REF2和第二參考電感值L_REF2。

然后根據(jù)以下等式計算比例因子k_C2：

其中，k_C是比例因子，C_REF2是第二參考電容值，C_REF1是第一參考電容值，A是參考聲諧振器的面積，T_REF2是第二參考工作溫度(例如100℃)，以及T_REF1是第一參考工作溫度(例如50℃)。

然后根據(jù)以下等式計算比例因子k_L2：

其中，k_L是比例因子，L_REF2是第二參考電感值，是L_REF1第一參考電感值，T_REF2是第二參考工作溫度(例如100℃)，以及T_REF1是第一參考工作溫度(例如50℃)。

根據(jù)圖4中示出的技術(shù)優(yōu)化圖5中示出的聲微波濾波器設(shè)計，并且然后從優(yōu)化了的聲微波濾波器設(shè)計構(gòu)造真實(shí)的聲微波濾波器。參考圖12，在20℃和100℃(虛線)模擬的聲微波濾波器設(shè)計的頻率響應(yīng)可以與在20℃和100℃(實(shí)線)測量的相應(yīng)的真實(shí)的聲微波濾波器的頻率響應(yīng)進(jìn)行比較?？梢院苋菀卓闯?，在20℃和100℃模擬的頻率響應(yīng)的通帶的左側(cè)和右側(cè)分別匹配在20℃和100℃的真實(shí)的頻率響應(yīng)的通帶的左側(cè)和右側(cè)。

首先參考圖13，計算機(jī)化的濾波器設(shè)計系統(tǒng)300可以使用設(shè)計技術(shù)50用于設(shè)計聲濾波器。計算機(jī)化的濾波器設(shè)計系統(tǒng)300一般包括：用戶界面302，配置為從用戶接收信息和數(shù)據(jù)(例如，在步驟52和步驟54的參數(shù)值和濾波器說明)，并且向用戶輸出優(yōu)化的濾波器電路設(shè)計；存儲器304，配置為存儲濾波器設(shè)計軟件308(其可以采取執(zhí)行特定功能或?qū)崿F(xiàn)特定摘要數(shù)據(jù)類型的軟件指令的形式，其可以包括但不限于例程、程序、對象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、過程、模塊、功能等)，并且存儲從用戶經(jīng)由用戶界面302的信息和數(shù)據(jù)輸入；以及處理器306，配置為執(zhí)行濾波器設(shè)計軟件。濾波器設(shè)計軟件程序308分成了子程序，具體地，常規(guī)濾波器設(shè)計合成器310(其可以用于在步驟56生成初始濾波器電路設(shè)計)、常規(guī)濾波器優(yōu)化器312(其可以用于在步驟58和步驟64優(yōu)化并且模擬濾波器設(shè)計)以及濾波器設(shè)計引擎314，其控制設(shè)計合成器310和濾波器優(yōu)化器312，并且在步驟60和步驟62添加和決定集中電容式元件的值和集中電感式元件的值，以生成優(yōu)化的最終電路設(shè)計。

盡管已示出并且描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是應(yīng)理解，以上論述的目的不是限制本發(fā)明到這些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，不偏離本發(fā)明的精神和范圍而作出各種改變和變形將是顯而易見的。例如，本發(fā)明具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過濾波器與單個輸入和輸出的應(yīng)用，并且本發(fā)明的具體實(shí)施方式可以用于形成其中可以使用低損耗的選擇電路的雙工器、復(fù)用器、信道器、電抗開關(guān)等。因此，本發(fā)明旨在覆蓋會落在如由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、變形以及等同物。