CN102684633A - 具有至少三个传输零点的器件和其中的带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有至少三个传输零点的器件和其中的带通滤波器，具体公开了一种带通滤波器，包括：第一电容器、第二电容器、第三电容器、以及至少两个谐振器。第一电容器和第二电容器彼此并联，并且第一电容和第二电容中的每个包括输入端。第三电容器连接在第一电容器和第二电容器之间的第一电容器和第二电容器各自的输入端处。至少两个谐振器与第一电容器和第二电容器并联，并且谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。

Description

具有至少三个传输零点的器件和其中的带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种具有至少三个传输零点的器件和其中的带通滤波器。
背景技术
滤波器为使在特定范围内的频率通过(通带)并且滤去(衰减)在该范围以外的频率(阻带)的电路器件。作为频率函数的衰减被称为滤波器传输函数。带通滤波器可以包括谐振电路，在某些配置中，该谐振电路确定滤波器传输函数的特征出现的频率。传输函数可以以高于或者低于特定频率所传输的幅度明显下降(称为截止)为特征。该特征可以包括一个或者多个频率，其中，传输高比例信号功率(峰值)或者传输特定低比例信号功率(零或者空值)。尽管通常将低点称作零或者空值，但是传输功率在这些频率处通常不为零，该频率仅为衰减最大的频率。
在一实例中，诸如包括无源电路元件的切比雪夫(Chebyshev)低通滤波器，基本形式可以具有一个LC谐振元件(仅具有一个电感器)，该谐振元件确定截止频率，高于该截止频率时信号功率衰减。另一实例为带通滤波器，具有两个生成隔离的传输零点的LC谐振器。例如，可以通过在序列(sequence)中提供高通和/或低通级(stage)来提供带通或者带阻滤波器拓扑，这是因为这些连接的级(stage)的滤波特征彼此叠加(即，相加(multiplied))。
双谐振带通滤波器可以在低频处具有不良阻带衰减。可以通过增加额外的滤波器级来改善这种性能，从而进一步衰减该阻带或者可能改善在通带和阻带之间的截止锐利度。如果想得到额外传输零点以及其他特征和具有谐振元件的级，则需要更多电感器，占用额外物理面积。在这些实例和其他方法中，多个谐振元件(具有至少一个电感器和电容器)均有助于滤波器传输函数，但是会消耗电路的空间。
谐振电路有时称为LC谐振器或储能电路，可以包括根据不同配置串联和/或并联设置的电感器和电容器。例如，将谐振元件结合在梯形电路。可能利用具有截然不同的谐振频率的多个功能组合元件。每个元件通常可能影响多方面，例如滤波器传输函数的特征的性质(例如，峰值、空值、或者截止值)和该特征发生的截止频率。每个谐振元件具有至少一个电感器。例如，如果以级联方式来接连设置滤波器元件，则在确定级联元件的传输函数时，将各个元件的传输函数相加。
在集成电路中，可以将基板上设置有螺旋图案(诸如所谓的匹配线圈(Balun coil)的螺旋图案)的导体作为实现的电感器。然而，这种电感器占用位于电路上的相当大的物理面积，而空间非常宝贵。期望提供通过协作设置的多个谐振元件来确定带通/带阻函数，其中，独立或级联或者其他组合的谐振元件可以产生高通、低通、带通、周期(例如，梳状滤波器)和/或其他类似特征，但是与如果对于每个确定的谐振特征设置电感器，需要的空间相比较，能够减小所需要的空间。为了使用较少集成电路空间达到良好阻带衰减、锐利的截止等，期望提供具有多谐振和空值或者零的更复杂结构。
业界急待通过使用最小化的电路面积允许具有多个截止频率来改善传统带通滤波器设计得到改善的带通滤波器设计。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路，包括：第一电容器和第二电容器，彼此并联，其中，第一电容器和第二电容器包括输入端；第三电容器，连接在第一电容器和第二电容器之间的第一电容器和第二电容器各自的输入端处；以及至少两个谐振器，与第一电容器和第二电容器并联，其中，谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。
其中，谐振器中的至少一个部件包括电感器，其中，电感器以一距离彼此相邻设置，使得电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。
其中，至少两个谐振器的电感器彼此距离大约100微米设置。
其中，至少两个谐振器包括输入端，其中，第三电容器连接在至少两个谐振器之间的至少两个谐振器各自的输入端处。
该集成电路进一步包括：第四电容器和第五电容器，分别连接在至少两个谐振器中的一个和第一电容器之间的至少两个谐振器中的一个的输入端和第一电容器的输入端处、以及连接在至少两个谐振器中的另一个和第二电容器之间的至少两个谐振器中的另一个的输入端和第二电容器的输入端处。
其中，三个传输零点包括：相隔大约200MHz生成的第一传输零点和第二传输零点，以及距离第二传输零点大约一(1)GHz生成的第三传输零点。
根据本发明的另一方面，提供了一种带通滤波器，包括：第一电容器和第二电容器，彼此并联，其中，第一电容器和第二电容器包括输入端；第三电容器，连接在第一电容器和第二电容器之间的第一电容器和第二电容器各自的输入端处；至少两个谐振器，与第一电容器和第二电容器并联，其中，谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；以及第四电容器和第五电容器，分别连接在至少两个谐振器中的一个和第一电容器之间的至少两个谐振器中的一个的输入端和第一电容器的输入端处、以及连接在至少两个谐振器中的另一个和第二电容器之间的至少两个谐振器中的另一个的输入端和第二电容器的输入端处。
其中，谐振器中的至少一个元件包括电感器，其中，电感器以一距离彼此相邻设置，使得电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。
其中，至少两个谐振器的电感器彼此距离大约100微米设置。
其中，至少两个谐振器包括输入端，其中，第三电容器连接在至少两个谐振器之间的至少两个谐振器各自的输入端处。
其中，三个传输零点包括：相隔大约200MHz生成的第一传输零点和第二传输零点，以及距离第二传输零点大约一(1)GHz生成的第三传输零点。
根据本发明的再一方面，提供了一种电子器件，包括：模拟电路，包括带通滤波器，对所接收的信号进行滤波，其中，带通滤波器包括：第一电容器和第二电容，彼此并联，其中，第一电容器和第二电容器包括输入端；第三电容器，连接在第一电容器和第二电容器之间的第一电容器和第二电容器各自的输入端处；以及至少两个谐振器，与第一电容和第二电容器并联，其中，谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；模拟数字转换器，将滤波信号从模拟转换为数字；以及数字电路，处理数字信号。
其中，谐振器中的至少一个部件包括电感器，其中，电感器以一距离彼此相邻设置，使得电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。
其中，至少两个谐振器的电感器彼此距离大约100微米设置。
其中，至少两个谐振器包括输入端，其中，第三电容器连接在至少两个谐振器之间的至少两个谐振器各自的输入端处。
该电子器件进一步包括：第四电容器和第五电容器，分别连接在至少两个谐振器中的一个和第一电容器之间的至少两个谐振器中的一个的输入端和第一电容器的输入端处、以及连接在至少两个谐振器中的另一个和第二电容器之间的至少两个谐振器中的另一个的输入端和第二电容器的输入端处。
其中，三个传输零点包括：相隔大约200MHz生成的第一传输零点和第二传输零点，以及距离第二传输零点大约一(1)GHz生成的第三传输零点。
附图说明
附图示出了某些实例作为本发明的可能实施例以及与本发明相关的其他信息，其中：
图1为示出具有带通滤波器的电子器件的实施例的高层框图；
图2为示出诸如在图1中所示的带通滤波器的实施例的电路图；
图3为示出诸如在图2中所示的带通滤波器的布置实施例的布置图；以及
图4为示出诸如在图2中所示的带通滤波器得到的三个传输零点的实例的传输与频率的对比图。
具体实施方式
参照附图论述了示例性系统。尽管详细描述了这些系统，但是提供这些系统仅是为了说明，并且各种修改均是可行的。
图1为示出具有带通滤波器125的电子器件100的实施例的高层框图。电子器件100可以为在其他器件中的发射器、接收器、收发器。电子器件100包括：模拟电路105，可以接收模拟信号并且经由滤波器(诸如带通滤波器125)对所接收的信号进行滤波，该滤波器具有作为频率的函数的传输/衰减特征。滤波器为本发明的对象，并且进一步结合图2-4对其进行描述。以下简单描述了在图1中所示的剩余部件并且仅为了电子器件100的完整。
模拟电路105处理模拟信号并且将所处理的模拟信号发送至模数转换器(ADC)，该模数转换器将所处理的模拟信号转换为数字信号。数字电路115接收来自ADC 110的数字信号。数字电路115可以包括计算器件(没有示出)，该计算器件接收和处理数字信号，以便用户操作电子器件100。
图2为示出诸如图1所示的带通滤波器125A的实施例的电路图。在该实例中，带通滤波器125A包括彼此并联的第一电容器C69和第二电容器C72。第一电容器C69和第二电容器C72包括输入端。带通滤波器125A进一步包括：第三电容器C74，连接在第一电容器C69和第二电容器C72之间的第一电容器和第二电容器各自的输入端处；和两个谐振器205、210，与第一电容器C69和第二电容器C72并联。
每个谐振器205、210包括：电感器L67、L66、电容器C70、C71、以及端子。第二电容器C74连接在谐振器205、210之间的谐振器各自的输入端处。带通滤波器125可以包括：第四电容器C75和第五电容器C73，分别连接在谐振器205和第一电容器C69之间、连接在在谐振器210和第二电容器C72之间。通常，所有电感器(L)和电容器(C)元件对滤波器的频率响应具有影响。
图3为示出诸如在图2中所示的带通滤波器125B的布置实施例的布置图。在该实例中，图3的带通滤波器125B的结构与如在图2所示的带通滤波器125A的结构类似。相同的部件通过相同的参考标号标出，例如，第一电容器C69、第二电容器C72、第三电容器C74、第四电容器C75、第五电容器C73、以及谐振器205、210。
此外，两个谐振器205、210的电感器L67、L66以一定距离临近设置并且彼此共面，使得电感器L67和L66彼此电磁耦合。结果是提供三个(3)传输零点420、425、430。每个线圈的电感(电感系数，inductance)为导体尺寸和匝数的函数，并且线圈的电感和其间距影响耦合程度。
通过在物理上(physically)将电感器L66、L67设置为彼此足够近，电感器L66、L67成为变压器。通常，变压器为两个(2)磁耦合在一起的电感器，并且通过耦合系数(k)来限定耦合强度，其中，k在0～1的范围内。所说明的实例基于为0.15的较弱k。如图3所示的实际实施例的尺寸为每个电感器可以占用约200×350μm2至约350×350μm2的典型面积。考虑到通过两个LC谐振元件能够得到三个谐振器，可以去除一电感器和一个或者两个电容器，从而进一步实现空间节省。
图4为示出诸如在图2中所示的带通滤波器125得到的三个传输零点420、425、430的实例的传输与频率的对比图。如通过曲线图415所示的，带通滤波器125具有作为频率的函数的传输/衰减转移特性，该曲线图包括：三个传输零点420、425、430，传输零点通过以足够小的距离进行设置和/或充分对准定向，使得电感器L67、L66彼此临近并且电磁耦合在一起而得到。在所示实施例中，电感器被构造为集成电路上彼此邻近设置的螺旋导体，例如，具有约600μm中心间距，且在最外层螺旋线圈(匝)之间具有约100μm间隔。因此，与各自电感器的每个相关联的磁通量与其他电感器的匝(turn)相截(intercept)，因此将电感器电磁耦合。
在示例性实施例中，第一传输零点420和第二传输零点425分别在600MHz和800MHz处生成，这两个频率相隔大约200MHz。基于带通滤波器125A和该带通滤波器部件的值来生成第一传输零点420和第二传输零点425。第三传输零点430在1.8GHz处生成，该频率与第二传输425相隔约一(1)GHz。第三传输零点基于谐振器205、210的电感器L66、L67的耦合而生成。所获得的特定截止频率随着电感和电容的值以及电感的耦合程度而改变。
可以看出，传统的3阶切比雪夫带通滤波器(未示出)和量(2)个LC谐振器的带通滤波器(未示出)的曲线图405、401分别包括：零(0)个传输零点和两个(2)传输零点。
如本文所述的，通过以电感器L67、L66电磁耦合在一起的距离将至少两个谐振器205、210的电感器L67、L66设置为彼此邻近，来表示改善的带通滤波器125。该方法允许高性能带通滤波器(BPF)具有以下优点，包括但并不限于：改善的阻带衰减、和来自成对谐振元件的至少第三传输零点430。(也可能在一滤波器设置中采用两个或者多个这样耦合的电感器集。)除此之外，所公开的带通滤波器125的一些其他优点包括：实现上述改善的性能优势而无需新工艺开发、在制造中没有额外成本、与改善性能的改变需要涉及额外的谐振元件相比能减小芯片面积、不需要或需要更少的外围电路(例如，缓冲器)、以及没有额外的功率消耗。
尽管根据示例性实施例已经描述了本发明，但是没有限定本发明。另外，在不背离本发明的范围和等效范围的情况下，应该将所附权利要求宽泛理解为包括可以通过本领域的技术人员制作的本发明的其他变型例和实施例。

Claims (10)

1.一种集成电路，包括：
第一电容器和第二电容器，彼此并联，其中，所述第一电容器和所述第二电容器包括输入端；
第三电容器，连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间的所述第一电容器和所述第二电容器各自的输入端处；以及
至少两个谐振器，与所述第一电容器和所述第二电容器并联，其中，所述谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得所述谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述谐振器中的至少一个部件包括电感器，其中，所述电感器以一距离彼此相邻设置，使得所述电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；其中，所述至少两个谐振器的所述电感器彼此距离大约100微米设置。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述至少两个谐振器包括输入端，其中，所述第三电容器连接在所述至少两个谐振器之间的所述至少两个谐振器各自的输入端处。
4.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括：第四电容器和第五电容器，分别连接在所述至少两个谐振器中的一个和所述第一电容器之间的所述至少两个谐振器中的一个的输入端和所述第一电容器的输入端处、以及连接在所述至少两个谐振器中的另一个和所述第二电容器之间的所述至少两个谐振器中的另一个的输入端和所述第二电容器的输入端处。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述三个传输零点包括：相隔大约200MHz生成的第一传输零点和第二传输零点，以及距离所述第二传输零点大约一(1)GHz生成的第三传输零点。
6.一种带通滤波器，包括：
第一电容器和第二电容器，彼此并联，其中，所述第一电容器和所述第二电容器包括输入端；
第三电容器，连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间的所述第一电容器和所述第二电容器各自的输入端处；
至少两个谐振器，与所述第一电容器和所述第二电容器并联，其中，所述谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得所述谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；以及
第四电容器和第五电容器，分别连接在所述至少两个谐振器中的一个和所述第一电容器之间的所述至少两个谐振器中的一个的输入端和所述第一电容器的输入端处、以及连接在所述至少两个谐振器中的另一个和所述第二电容器之间的所述至少两个谐振器中的另一个的输入端和所述第二电容器的输入端处。
7.根据权利要求6所述的带通滤波器，其中，所述谐振器中的至少一个元件包括电感器，其中，所述电感器以一距离彼此相邻设置，使得所述电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；其中，所述至少两个谐振器的所述电感器彼此距离大约100微米设置。
8.根据权利要求6所述的带通滤波器，其中，所述至少两个谐振器包括输入端，其中，所述第三电容器连接在所述至少两个谐振器之间的所述至少两个谐振器各自的输入端处。
9.一种电子器件，包括：
模拟电路，包括带通滤波器，对所接收的信号进行滤波，其中，所述带通滤波器包括：
第一电容器和第二电容，彼此并联，其中，所述第一电容器和所述第二电容器包括输入端；
第三电容器，连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间的所述第一电容器和所述第二电容器各自的输入端处；以及
至少两个谐振器，与所述第一电容和所述第二电容器并联，其中，所述谐振器的至少一个部件以一距离彼此相邻设置，使得所述谐振器的至少一个部件电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；模拟数字转换器，将所述滤波信号从模拟转换为数字；以及数字电路，处理所述数字信号。
10.根据权利要求9所述的电子器件，其中，所述谐振器中的至少一个部件包括电感器，其中，所述电感器以一距离彼此相邻设置，使得所述电感器电磁耦合在一起，从而提供三(3)个传输零点；其中，所述至少两个谐振器的所述电感器彼此距离大约100微米设置。
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