CN109462383B - 一种谐振电路和滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种谐振电路和滤波器，谐振电路包括：电感元件和电容元件。电感元件包括至少两个平面螺旋线圈，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件，电感元件包括沿电感元件绕线方向最两端的第一端部和第二端部；电容元件包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极包括第一子电极和第二子电极，电感元件的第一端部与电容元件的第一子电极电连接，电感元件的第二端部与电容元件的第二子电极电连接；至少存在两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影形成封闭图形，使得电感元件的磁通量能够完全被自身的平面螺旋线圈所包围，避免磁通量泄露，有利于实现谐振电路中电感元件的小型化，即有利于在单位面积内获得更大的电感值。

Description

一种谐振电路和滤波器

技术领域

本发明实施例涉及电子元件技术领域，尤其涉及一种谐振电路和滤波器。

背景技术

随着用户对电子产品小型化要求的提高，电子产品的集成度逐渐提高，这就对电子产品中所包含的电子元件的尺寸提出了更高的要求。

谐振电路普遍应用于集成电路，其通常包括电感元件以及电容元件，想要兼顾谐振电路的小型化以及谐振电路本身的电学性能，需要对谐振电路中的各电子元件进行改进，因此如何兼顾谐振电路中电子元件的小型化以及电子元件本身的电学性能成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种谐振电路和滤波器，以实现谐振电路中电感元件的小型化，在单位面积内获得更大的电感值。

第一方面，本发明实施例提供了一种谐振电路，包括：

电感元件，电感元件包括至少两个平面螺旋线圈，至少两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向排列，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件，电感元件包括沿电感元件绕线方向最两端的第一端部和第二端部；

电容元件，电容元件包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极包括第一子电极和第二子电极，电感元件的第一端部与电容元件的第一子电极电连接，电感元件的第二端部与电容元件的第二子电极电连接；

至少存在两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影形成封闭图形。

可选的，平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影包括一个缺口，至少一平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影包围缺口。

可选的，至少一个平面螺旋线圈的圈数大于1。

可选的，沿电感元件由第一端部至第二端部的起始绕线方向，第二电极依次包括第一子电极和第二子电极。

可选的，谐振电路包括沿平面螺旋线圈轴向层叠设置的金属层和绝缘层，一金属层形成一平面螺旋线圈，相邻金属层中的平面螺旋线圈通过位于相邻金属层之间绝缘层中的过孔对应电连接。

可选的，沿平面螺旋线圈轴向，绝缘层的厚度大于金属层的厚度。

可选的，电容元件的第一电极和第二电极分别位于相邻金属层，沿平面螺旋线圈的轴向，位于第一电极与第二电极之间的绝缘层形成电容元件的绝缘介质层。

可选的，电容元件的第一子电极与第一端部和第二端部均位于不同膜层，电容元件的第二子电极与第一端部和第二端部均位于不同膜层；

沿平面螺旋线圈轴向，第一端部通过位于第一端部与第一子电极之间的绝缘层中的过孔与第一子电极电连接，第二端部通过位于第二端部与第二子电极之间的绝缘层中的过孔与第二子电极电连接。

可选的，电容元件的第一电极为整面状电极。

第二方面，本发明实施例还提供了一种滤波器，包括第一方面提供的谐振电路。

本发明提供的谐振电路和滤波器，通过设置电感元件包括至少两个平面螺旋线圈，至少两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向排列，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件，电感元件包括沿电感元件绕线方向最两端的第一端部和第二端部；设置电容元件包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极包括第一子电极和第二子电极，电感元件的第一端部与电容元件的第一子电极电连接，电感元件的第二端部与电容元件的第二子电极电连接；以及设置电感元件的结构为至少存在两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影形成封闭图形，使得电感元件的磁通量能够完全被自身的平面螺旋线圈所包围，避免磁通量泄露，有利于实现谐振电路中电感元件的小型化，有利于在单位面积内获得更大的电感值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种谐振电路的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种谐振电路的俯视结构示意图；

图3为现有技术中谐振电路的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电容元件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种谐振电路的立体结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种谐振电路的俯视结构示意图。参考图1和图2，该谐振电路包括：电感元件100和电容元件200；

电感元件100包括至少两个平面螺旋线圈，至少两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向x排列，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件100，电感元件100包括沿电感元件100绕线方向最两端的第一端部110和第二端部120；

电容元件200包括相对设置的第一电极(图1和图2中未示出)和第二电极，第二电极包括第一子电极221和第二子电极222，电感元件100的第一端部110与电容元件200的第一子电极221电连接，电感元件100的第二端部120与电容元件200的第二子电极222电连接；

至少存在两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影形成封闭图形。

图1和图2以电感元件100包括第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140为例进行了示意性说明。参考图1和图2，具体的，多个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向x排列，形成多层螺旋状的电感元件100，螺旋状的电感元件100所占用的面积大小与一个平面螺旋线圈所占用面积大小相同，因此设置电感元件100的结构为多个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向x排列的结构，可以实现电感元件100的小型化。其中，电感元件100包括沿电感元件100绕线方向的最两端分别包括第一端部110和第二端部120，该第一端部110和第二端部120作为电感元件100的引出端，可用于连接谐振电路中电容元件200。其中，第一端部110和第二端部120可以与任一平面螺旋线圈同层，图1和图2所示谐振电路示意性地示出了第一端部110和第二端部120与第一平面螺旋线圈110同层的情况。

电感元件100是种储能元件，根据电磁感应原理，电感元件100通过对电能和磁能之间的存储和转换来实现扼流，滤波等作用。电感元件100的感值大小可以视作量化这种能量转换能力的大小。这种能力与其所在磁场的磁场变化有关系，所以磁通量的变化会引起电感元件100的感值的相应变化，即电感元件100的感值大小受到电感元件100本身磁通量大小的影响。

图3为现有技术中谐振电路的俯视结构示意图。图3所示结构，第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影未形成封闭图形，穿过电感元件100的第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140的磁通量会从电感元件100沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影中未封闭的部分泄露掉，造成电感元件100的感值降低。而本实施例提供的谐振电路中，具体可以参见图2，设置至少存在两个平面螺旋线圈(如图2中第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140)沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影形成封闭图形，可以使得第一平面螺旋线圈130未包围住的磁通量被第二平面螺旋线圈140所包围，而不会向图3所示结构中存在磁通量泄露的问题，所以与图3所示的现有谐振电路的结构相比，可以实现在相同面积下，使电感元件100具有较大的感值，即提高电感元件100单位面积下的感值。并且本实施例提供的谐振电路中，因采用了多个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向x排列，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件100的结构，螺旋状的电感元件100所占用的面积大小与一个平面螺旋线圈所占用面积大小相同，有利于电感元件100的小型化。

需要说明的是，图1和图2只是示意性地示出了平面螺旋线圈绕线结构的形状，平面螺旋线圈绕线结构还可以是其他形状，例如标准的圆形等，本发明在此不做具体限定。

本实施例提供的谐振电路，通过设置电感元件包括至少两个平面螺旋线圈，至少两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈的轴向排列，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件，电感元件包括沿电感元件绕线方向最两端的第一端部和第二端部；设置电容元件包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极包括第一子电极和第二子电极，电感元件的第一端部与电容元件的第一子电极电连接，电感元件的第二端部与电容元件的第二子电极电连接；以及设置电感元件的结构为至少存在两个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影形成封闭图形，使得电感元件的磁通量能够完全被自身的平面螺旋线圈所包围，避免磁通量泄露，有利于实现谐振电路中电感元件的小型化，有利于在单位面积内获得更大的电感值。

结合图1，继续参考图2，可选的，平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影包括一个缺口160，至少一平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影包围缺口160。

电感元件100包括多个平面螺旋线圈，相邻平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的电感元件100，每个平面螺旋线圈包括始端和终端，该缺口可以是平面螺旋线圈始端和终端之间的缺口，参考图2，第一平面螺旋线圈130包括一个缺口160，电流流入平面螺旋线圈时，可从第一平面螺旋线圈130的始端流入，从第一平面螺旋线圈130的终端流出，然后流入第二平面螺旋线圈140的始端，保证电流在电感元件100中的正常流动。图2中第一平面螺旋线圈130的缺口160被第二平面螺旋线圈140所包围，即第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影形成封闭图形，可以使得第一平面螺旋线圈130未包围住的磁通量被第二平面螺旋线圈140所包围，不会出现磁通的泄露，不会使电感元件100的感值降低，进而有利于提高电感元件100的感值。而图3所示结构中，第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影未形成封闭图形，磁通量会从未封闭图形的缺口160中泄露，造成穿过各平面螺旋线圈的磁通量减少，使得电感元件100的感值降低。所以本实施例提供的谐振电路，与图3所示的现有谐振电路的结构相比，第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140的绕线增长，但是不改变占用面积的大小，使得第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140因而可以使得沿各平面螺旋线圈轴向x的投影能够形成封闭图形，进而防止磁通量的泄露，可以实现在相同面积下，使电感元件100具有较大的感值，即有利于在单位面积内获得更大的电感值。

表1是对图3所示谐振电路的结构中电感元件100在微波通信所用L波段为1GHz频率点处和2GHz频率点处进行仿真的仿真结果，表2是对图1和图2所示谐振电路的结构中电感元件100在微波通信所用L波段为1GHz频率点处和2GHz频率点处进行仿真的仿真结果。

表1

表2

根据以上仿真结果，不难看出，相比于图3所示谐振电路中电感元件100和电容元件200的连接方式，本实施例提供谐振电路中电感元件100与电容元件200的连接方式，可以在电感元件100占用相同面积的条件下，增大电感元件100的感值且不影响电感元件100的Q值。

需要说明的是，图1和图2仅以电感结构包括两个平面螺旋线圈为例进行示意性说明，当电感结构包括多个平面螺旋线圈时，可以设置各个平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影相互覆盖缺口的结构，进而使得穿过电感元件的平面螺旋结构的磁通进一步被包围在电感元件的结构内，进一步防止磁通的泄露。

继续参考图1和图2，可选的，至少一个平面螺旋线圈的圈数大于1。图1和图2是示意性的示出了电感元件100包括两个平面螺旋线圈，且两个平面螺旋线圈的圈数均大于1的情况。

具体的，至少一个平面螺旋线圈的圈数大于1，可以使得该圈数大于1的平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向x的垂直投影尽可能覆盖其它平面螺旋线圈沿平面螺旋线圈轴向的垂直投影，更加有利于防止磁通的泄露。例如可以参见图2，第一平面螺旋线圈130具有缺口160，由于第二平面螺旋线圈140的圈数大于1，该缺口160可以被第二平面螺旋线圈140所包围，相比于图3所示结构第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140的圈数都小于1，第一平面螺旋线圈130在沿平面螺旋线圈的轴向x的投影的缺口160无法被第二平面螺旋线圈140在沿平面螺旋线圈的轴向x的投影包围的结构，可以使得第一平面螺旋线圈130未包围住的磁通量被第二平面螺旋线圈140所包围，不会出现磁通的泄露，不会使电感元件100的感值降低，有利于提高单位面积下电感元件100的感值。

继续参考图2，可选的，沿电感元件100由第一端部110至第二端部120的起始绕线方向x’，第二电极依次包括第一子电极221和第二子电极222。具体的，沿电感元件100第一端部110至第二端部120的起始绕线方向x’，即沿电感元件100第一端部110至第二端部120的起始绕线的切线方向，第二电极依次包括第一子电极221和第二子电极222。图2示出了第一端部110和第二端部120与第一平面螺旋线圈130同层设置的情况，第一平面螺旋线圈130的一端可作为第一端部110，第一端部110与第一子电极221电连接，第二端部120与第二子电极222电连接，进而使得第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈的轴向x的垂直投影构成封闭图形；而图3所示结构中，沿电感元件100由第一端部110至第二端部120的起始绕线方向x’，第二电极依次包括第二子电极222和第一子电极221，第一端部110与第二子电极222电连接，第二端部120与第一子电极221电连接，第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈的轴向x的垂直投影未构成封闭图形，因而会造成磁通泄露，造成感值降低。因图2所示结构因第一平面螺旋线圈130和第二平面螺旋线圈140沿平面螺旋线圈的轴向x的垂直投影构成封闭图形，第一平面螺旋线圈130未包围住的磁通量被第二平面螺旋线圈140所包围，不会出现磁通的泄露，不会使电感元件100的感值降低，有利于提高电感元件100的感值。

继续参考图1，可选的，谐振电路包括沿平面螺旋线圈轴向层叠设置的金属层和绝缘层，一金属层形成一平面螺旋线圈，相邻金属层中的平面螺旋线圈通过位于相邻金属层之间绝缘层中的过孔对应电连接。

其中，图1以谐振电路包括形成第一平面螺旋线圈130的第一金属层13、形成第一平面螺旋线圈140的第一金属层14、形成电容元件第一子电极221和第二子电极222的第三金属层22，以及第一金属层13与第二金属层14之间的第一绝缘层15、第二金属层14与第三金属层22之间的第二绝缘层17为例进行了示意性说明。

各金属层之间设置绝缘层，可以避免各个金属层内各平面螺旋线圈之间无需电连接的位置电绝缘。相邻金属层中的平面螺旋线圈通过位于相邻金属层之间绝缘层中的过孔对应电连接，可以在绝缘层中刻蚀出过孔，金属材料填充过孔实现相连金属层中金属结构的电连接，采用金属材料形成电感元件，相对于MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors,片式多层陶瓷电容器)有利于提高电感元件的Q值。并且，可以通过增加绝缘层的厚度减小各平面螺旋线圈之间的寄生电容。各金属层和绝缘层可采用半导体工艺制成，有利于提高电感和电容精度。

继续参考图1，可选的，沿平面螺旋线圈轴向，绝缘层的厚度a大于金属层的厚度b。

沿平面螺旋线圈轴向，绝缘层的厚度a大于金属层的厚度b，可以使各平面螺旋线圈之间具有较高的互感，同时大幅降低两层金属层之间的寄生电容，且各金属层和绝缘层可采用半导体工艺制成，有利于提高电感和电容精度。

图4为本发明实施例提供的一种电容元件的结构示意图，参考图4，可选的，电容元件200的第一电极210和第二电极220分别位于相邻金属层，沿平面螺旋线圈的轴向，位于第一电极210与第二电极220之间的绝缘层16形成电容元件200的绝缘介质层。

继续参考图1，结合图4，可选的，电容元件200的第一子电极221与第一端部110和第二端部120均位于不同膜层，电容元件200的第二子电极222与第一端部110和第二端部120均位于不同膜层；

沿平面螺旋线圈轴向x，第一端部110通过位于第一端部110与第一子电极221之间的绝缘层17中的过孔170与第一子电极221电连接，第二端部120通过位于第二端部120与第二子电极222之间的绝缘层17中的过孔170与第二子电极222电连接。

因第一端部110和第二端部120通常与一平面螺旋线圈设置在相同金属层，第一子电极221与第一端部110和第二端部120位于不同膜层，第一子电极221通过第一端部110与第一子电极221之间的绝缘层中的过孔15电连接，既可以保证第一子电极221与第一端部110可靠连接，又可以防止第一子电极221与第一端部110和第二端部120所在金属层的平面螺旋线圈误连接，给谐振电路带来影响；同样的，第二子电极222与第一端部110和第二端部120位于不同膜层，第二子电极222通过第一端部110与第二子电极222之间的绝缘层中的过孔电连接，既可以保证第二子电极222与第一端部110可靠连接，又可以防止第二子电极222与第一端部110和第二端部120所在金属层的平面螺旋线圈误连接，给谐振电路带来影响。

继续参考图4，可选的，电容元件200的第一电极210为整面状电极。

将电容元件200的第一电极210设置为整面状电极，第二电极220设置为分立的第一子电极221和第二子电极222，通过第一子电极221和第二子电极222与其他电路元件连接，使得整个电容元件200形成串联结构，提高电容元件的耐压值。

本发明实施例还提供了一种滤波器，该滤波器包括上述实施例提供的谐振电路，因此具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种谐振电路，其特征在于包括：

电感元件，所述电感元件包括至少两个平面螺旋线圈，所述至少两个平面螺旋线圈沿所述平面螺旋线圈的轴向排列，相邻所述平面螺旋线圈对应电连接形成多层螺旋状的所述电感元件，所述电感元件包括沿所述电感元件绕线方向最两端的第一端部和第二端部；

电容元件，所述电容元件包括相对设置的第一电极和第二电极，所述第二电极包括第一子电极和第二子电极，所述电感元件的第一端部与所述电容元件的第一子电极电连接，所述电感元件的第二端部与所述电容元件的第二子电极电连接；

至少存在两个所述平面螺旋线圈沿所述平面螺旋线圈轴向的垂直投影形成封闭图形；所述电感元件中，其中一个所述平面螺旋线圈的绕线方向为顺时针方向，其中一个所述平面螺旋线圈的绕线方向为逆时针方向；

所述平面螺旋线圈沿所述平面螺旋线圈轴向的垂直投影包括一个缺口；

各个所述平面螺旋线圈沿所述平面螺旋线圈轴向的垂直投影相互覆盖所述缺口。

2.根据权利要求1所述的谐振电路，其特征在于，至少一个所述平面螺旋线圈的圈数大于1。

3.根据权利要求1所述的谐振电路，其特征在于，沿所述电感元件由所述第一端部至所述第二端部的起始绕线方向，所述第二电极依次包括第一子电极和第二子电极。

4.根据权利要求1所述的谐振电路，其特征在于，包括沿所述平面螺旋线圈轴向层叠设置的金属层和绝缘层，一所述金属层形成一所述平面螺旋线圈，相邻所述金属层中的所述平面螺旋线圈通过位于相邻所述金属层之间绝缘层中的过孔对应电连接。

5.根据权利要求4所述的谐振电路，其特征在于，沿所述平面螺旋线圈轴向，所述绝缘层的厚度大于所述金属层的厚度。

6.根据权利要求4所述的谐振电路，其特征在于，所述电容元件的所述第一电极和所述第二电极分别位于相邻所述金属层，沿所述平面螺旋线圈的轴向，位于所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘层形成所述电容元件的绝缘介质层。

7.根据权利要求4所述的谐振电路，其特征在于，所述电容元件的所述第一子电极与所述第一端部和所述第二端部均位于不同膜层，所述电容元件的所述第二子电极与所述第一端部和所述第二端部均位于不同膜层；

沿所述平面螺旋线圈轴向，所述第一端部通过位于所述第一端部与所述第一子电极之间的绝缘层中的过孔与所述第一子电极电连接，所述第二端部通过位于所述第二端部与所述第二子电极之间的绝缘层中的过孔与所述第二子电极电连接。

8.根据权利要求4所述的谐振电路，其特征在于，所述电容元件的所述第一电极为整面状电极。

9.一种滤波器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的谐振电路。