CN111525906B - 基于薄膜ipd技术的n77与n79带通滤波器芯片 - Google Patents

基于薄膜ipd技术的n77与n79带通滤波器芯片 Download PDF

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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves

Abstract

本发明实施例提供的基于薄膜IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，包括：带通滤波器电路，以及用于承载带通滤波器电路的基底层，其中，带通滤波器电路是采用薄膜集成无源器件IPD技术在基底层上生成的，并由第一端口、第二端口及连接于第一端口与第二端口之间谐振器网络构成的，其中第一端口，用于接收输入的信号；谐振器网络，用于对信号在带通的频率范围以外的频率进行阻断，其中，带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz；第二端口，用于输出经谐振器网络处理信号以后，处于带通的频率范围的信号。

Description

基于薄膜IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及基于薄膜IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片。
背景技术
随着现代无线通信系统的迅速发展与广泛应用，特别在第五代移动通信技术(5ThGeneration Mobile Networks，简称5G技术)通信技术驱动下，滤波器在射频模块中的使用数量大幅增加。常规移动终端中使用的滤波器芯片的加工工艺多种，其中一种加工工艺主要有声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave Filters，简称SAW)。但是一般SAW滤波器在工作频率上有一定局限性，当工作频率高于约1GHz时，频率选择性将会降低。
SAW滤波器是利用压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电石英晶体谐振器材料的压电效应和声表面波传播的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器，是一种采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的滤波专用器件。这种滤波器的工作频率受到压电效应和声表面波传播的物理特性的限制，通常应用在2.5GHz以下的工作频率。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供的基于薄膜IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，用以解决现有技术中滤波器的工作频率受到压电效应和声表面波传播的物理特性的限制，通常应用在2.5GHz以下的工作频率的技术问题。具体技术方案如下：
本发明实施例提供一种基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，包括：
带通滤波器电路，以及用于承载所述带通滤波器电路的基底层，其中，
所述带通滤波器电路是采用薄膜集成无源器件IPD技术在所述基底层上生成的，并由第一端口、第二端口及连接于所述第一端口与所述第二端口之间谐振器网络构成的，其中，所述谐振器网络是由用于优化带内回波损耗与阻带抑制的第一类谐振器，用于控制高频处传输零点位置的第二类谐振器，用于控制低频处传输零点位置的第三类谐振器及用于控制通频带匹配的第四类谐振器构成的；
所述第一端口，用于接收输入的信号；
所述谐振器网络，用于对所述信号在带通的频率范围以外的频率进行阻断，其中，所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz；
所述第二端口，用于输出经所述谐振器网络处理所述信号以后，处于所述带通的频率范围的信号。
进一步的，所述第一类谐振器为两个第一类谐振器；
所述第二类谐振器为一个第二类谐振器；
所述第三类谐振器为一个第三类谐振器；
所述第四类谐振器为两个第四类谐振器。
进一步的，所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器包括：第一螺旋电感及第一电容；以及所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器包括：第二螺旋电感及第二MIM电容；
所述第二类谐振器包括：第三螺旋电感及第三MIM电容；
所述第三类谐振器包括：第四螺旋电感及第四MIM电容；
所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器包括：第五螺旋电感及第五MIM电容；所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器包括：第六螺旋电感及第六MIM电容；其中，
所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器中所述第一螺旋电感所在一端连接于所述第一端口，该一个第一类谐振器中所述第一MIM电容所在端连接于第一节点上；
所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的另一端连接于第二节点上；
所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的一端连接于所述第二节点上，所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的另一端连接于第三节点上；
所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器中所述第二MIM电容所在端连接于所述第三节点上，该另一个第一类谐振器中的所述第二螺旋电感所在端连接于所述第二端口；
所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器中所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的另一端连接接地金属，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处一端连接于所述第三节点上，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处另一端连接接地金属。
进一步的，第一螺旋电感一端通过空气桥连接第一端口，所述第一螺旋电感的另一端通过传输线连接，三个并联第一MIM电容的一端；第三螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感，与两个并联第四MIM电容，所述第三螺旋电感的另一端通过传输线连接，三个并联第五MIM电容以及第五螺旋电感一端；三个并联第五MIM电容与第五螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属；第二螺旋电感一端通过空气桥连接第二端口，所述第二螺旋电感另一端通过传输线连接，三个并联第二MIM电容的一端；第四螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感以及单个第三MIM电容，第四螺旋电感另一端通过传输线连接，三个并联第六MIM电容以及第六螺旋电感一端；三个并联第六MIM电容与第六螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属，以使所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz。
进一步的，所述第一螺旋电感和所述第二螺旋电感内径均为80μm，宽度均为30μm，间距均为30μm，螺旋圈数为1圈；第三螺旋电感的内径为240μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第四螺旋电感的内径为350μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第五螺旋电感和第六螺旋电感宽度均为30μm，长度均为1656μm；第一MIM电容和第二MIM电容的长均为36μm和宽均为66μm；第三MIM电容的长为66μm和宽为36μm；第四MIM电容的长为91μm和宽为36μm；第五MIM电容和第六MIM电容的长均为41μm和宽均为68μm。
进一步的，第一螺旋电感一端通过空气桥连接第一端口，所述第一螺旋电感的另一端通过传输线连接单个第一MIM电容的一端；第三螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感，与两个并联第四MIM电容，所述第三螺旋电感的另一端通过传输线连接，两个并联第五MIM电容以及第五螺旋电感一端；两个并联第五MIM电容与第五螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属；第二螺旋电感一端通过空气桥连接第二端口，所述第二螺旋电感另一端通过传输线连接单个第二MIM电容的一端；第四螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感以及单个第三MIM电容，第四螺旋电感另一端通过传输线连接，两个并联第六MIM电容以及第六螺旋电感一端；两个并联第六MIM电容与第六螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属，以使所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz。
进一步的，第一螺旋电感和第二螺旋电感的内径均为80μm，宽度均为30μm，间距均为30μm，螺旋圈数为1圈；第三螺旋电感的内径为230μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第四螺旋电感的内径为200μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第五螺旋电感和第六螺旋电感宽度均为71μm，长度均为1477μm；第一MIM电容和第二MIM电容的长均为36μm和宽均为81μm；第三MIM电容的长为61μm和宽为32μm；第四MIM电容13的长为84μm和宽为36μm；第五MIM电容和第六MIM电容的长均为32μm和宽均为101μm。
进一步的，所述第一MIM电容，所述第二MIM电容，所述第三MIM电容及所述第四MIM电容均是采用薄膜IPD技术在所述基底层上生成的，并且是由顶层金属，底层金属，以及所述顶层金属与所述底层金属之间加入的一个中间绝缘层构成的，所述中间绝缘层为氮化硅中间绝缘层；
所述第一电感，所述第二电感，所述第三电感，所述第四电感，所述第五电感及所述第六电感均是采用薄膜IPD技术在所述基底层上生成的，并且由三层金属层螺旋构成的。
进一步的，所述基底层为砷化镓基板，所述基底层的厚度为200μm，所述基底层的介电常数为12.85，所述基底层的损耗角正切值为0.006。
进一步的，所述第一端口与所述第二端口的尺寸相同，所述第一端口与所述第二端口分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的端口，且所述第一端口和所述第二端口分别与两侧的接地金属之间具有间距。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的基于薄膜IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，由于采用薄膜IPD技术不会限制带通滤波器电路的工作频率，并且通过第一类谐振器、第二类谐振器、第三类谐振器及第四类谐振器构成的带通滤波器电路，可以达到带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz，进而带通滤波器芯片能够达到5G商用N77频段的900MHz的工作带宽以及5G商用N79频段的600MHz的工作带宽，因此更加适应应用于5G的应用系统中。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片的基本结构示意图；
图2为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片的电路原理图；
图3为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77带通滤波器芯片的三维电路结构示意图；
图4为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N79带通滤波器芯片的三维电路结构示意图；
图5为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77带通滤波器芯片的电磁仿真S参数曲线图；
图6为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N79带通滤波器芯片的电磁仿真S参数曲线图。
附图标记说明：
1-第一端口，2-第二端口，3-接地金属，4-第一螺旋电感，5-第二螺旋电感，6-第三螺旋电感，7-第四螺旋电感，8-第五螺旋电感，9-第六螺旋电感，10-第一MIM电容，11-第二MIM电容，12-第三MIM电容，13-第四MIM电容，14-第五MIM电容，15-第六MIM电容，16-基底层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，为了方便理解本发明实施例，在此先介绍一下本发明实施例中下文的使用术语“第一MIM电容”、“第二MIM电容”、“第三MIM电容”、“第四MIM电容”、“第五MIM电容”、“第六MIM电容”、“第一螺旋电感”、“第二螺旋电感”、“第三螺旋电感”、“第四螺旋电感”、“第五螺旋电感”、“第六螺旋电感”、“第一类谐振器”、“第二类谐振器”、“第三类谐振器”、“第四类谐振器”、“第一端口”及“第二端口”等。
本发明实施例中的“第一金属绝缘体金属电容器(Metal-Insulator-MetalCapacitor简称MIM电容器)电容”的“第一”、“第二MIM电容”的“第二”、“第三MIM电容”的“第三”、“第四MIM电容”的“第四”及“第五MIM电容”的“第五”，“第六MIM电容”的“第六”是用来区分此处的六个MIM电容，在此并不做顺序上的限定。本发明实施例中的六个MIM电容可以统称为电容。本发明实施例中的电容的电容量不超过10pF。本发明实施例中的电容均是采用薄膜集成无源元件技术(Integrated Passive Device，简称IPD)技术在基底层上生成的，并且是由顶层金属，底层金属，以及顶层金属与底层金属之间加入一个中间绝缘层构成的，中间绝缘层可以但不限于为氮化硅中间绝缘层。这样通过薄膜件IPD技术加工出来的电容高集成度，减小了电容的体积，进而减小了带通滤波器芯片的尺寸。
“第一螺旋电感”的“第一”、“第二螺旋电感”的“第二”、“第三螺旋电感”、“第四螺旋电感”的“第四”、“第五螺旋电感”的“第五”及“第六螺旋电感”的“第六”是用来区分此处的六个螺旋电感，在此并不做顺序上的限定。本发明实施例中的六个螺旋电感可以统称为电感。本发明实施例的电感的电感量不超过10nH，本发明实施例的电感均是采用薄膜IPD技术在基底层上生成的，并且由三层金属层螺旋构成的。这样通过薄膜件IPD技术加工出来的电感高集成度，减小了电感的体积，进而减小了带通滤波器芯片的尺寸。
当然上述螺旋电感可以是直接螺旋电感，上述螺旋电感也可以交叉螺旋电感，在此并不做限定。其中，直接螺旋电感是将三层金属层螺旋而成，直接螺旋电感的一端在螺旋圈外，直接螺旋电感的另一端在螺旋圈内，螺旋圈内的端口，即直接螺旋电感的另一端通过空气桥连接到其他部件上。交叉螺旋电感是利用空气桥将三层金属层交叉螺旋，交叉螺旋电感的一个端口和交叉螺旋电感的另一个端口均在螺旋圈内，交叉螺旋电感的一个端口和交叉螺旋电感的另一个端口，即两个端口均通过空气桥连接到其他部件上。这样耦合螺旋电感相比直接螺旋电感而言，耦合螺旋电感的两个端口都在螺旋圈内，可以将与其并联的电容直接连接在螺旋圈内部，因此在电路布局上可以更紧凑，从而减小带通滤波器芯片的尺寸。同理，其他术语中的“第一”、“第二”及“第三”等等，是用来区分的，并不做顺序上的限定。在此不再一一赘述。
上述空气桥的结构可以是保留顶层和底层金属，去掉中间层金属，以获得顶层和底层金属之间的电隔离，使顶层和底层金属在交叉布线时不会相互导通。在底层金属与三层螺旋绕制的金属传输线的交叉部分中，去掉传输线的底层和中间层金属，以便顶层和底层金属构成空气桥，不会相互导通从而实现电隔离。
“第一谐振器”的“第一”、“第二谐振器”的“第二”、“第三谐振器”及“第四谐振器”的“第四”是用来区分此处的四个谐振器，在此并不做顺序上的限定。本发明实施例中的四个谐振器可以统称为谐振器。
“第一端口”的“第一”、及“第二端口”的“第二”是用来区分此处的两个端口，在此并不做顺序上的限定。第一端口和第二端口等效，第一端口作为输入端口，第二端口作为输入端口；第一端口作为输出端口，第二端口作为输入端口。由于带通滤波器电路是关于第一端口和第二端口之间的中心对称电路。因此可以保持两个端口性能基本一致，方便用户使用操作。
基于上述使用术语的介绍，下面继续对本发明实施例提供的一种基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片进行介绍。
现有技术中滤波器的工作频率受到压电效应和声表面波传播的物理特性的限制，通常应用在2.5GHz以下的工作频率的技术问题，本发明实施例提供一种基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，采用薄膜IPD技术不会限制带通滤波器电路的工作频率，并且通过第一类谐振器、第二类谐振器、第三类谐振器及第四类谐振器构成的带通滤波器电路，可以达到带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz，进而带通滤波器芯片能够达到5G商用N77频段的900MHz的工作带宽以及5G商用N79频段的600MHz的工作带宽，因此更加适应应用于5G的应用系统中。
参见图1，图1为本发明实施例提供的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片的基本结构示意图。本发明实施例所提供的一种基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，可以包括如下内容：
带通滤波器电路，以及用于承载所述带通滤波器电路的基底层，其中，
所述带通滤波器电路是采用薄膜集成无源器件IPD技术在所述基底层上生成的，并由第一端口、第二端口及连接于所述第一端口与所述第二端口之间谐振器网络构成的，其中，所述谐振器网络是由用于优化带内回波损耗与阻带抑制的第一类谐振器，用于控制高频处传输零点位置的第二类谐振器，用于控制低频处传输零点位置的第三类谐振器及用于控制通频带匹配的第四类谐振器构成的；
所述第一端口，用于接收输入的信号；
所述谐振器网络，用于对所述信号在带通的频率范围以外的频率进行阻断，其中，所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz；
所述第二端口，用于输出经所述谐振器网络处理所述信号以后，处于所述带通的频率范围的信号。
需要说明的是，上述所述基底层为砷化镓基板，所述基底层的厚度为200μm，所述基底层的介电常数为12.85，所述基底层的损耗角正切值为0.006。
所述第一端口与所述第二端口的尺寸相同，所述第一端口与所述第二端口分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的端口，且所述第一端口和所述第二端口分别与两侧的接地金属之间具有间距。此间距可以是根据用户需要进行设置的，比如此间距可以但不限于为：100μm。该GSG端口用于与探针相连，利用探针台能完成在片测试，提高测试的准确性。
上述N77可以是指5G商用频段3.3GHz到4.2GHz；N79可以是指5G商用频段4.4GHz到5.0GHz。
在本发明实施例中，由于采用薄膜IPD技术不会限制带通滤波器电路的工作频率，并且通过第一类谐振器、第二类谐振器、第三类谐振器及第四类谐振器构成的带通滤波器电路，可以达到带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz，进而带通滤波器芯片能够达到5G商用N77频段的900MHz的工作带宽以及5G商用N79频段的600MHz的工作带宽，因此更加适应应用于5G的应用系统中。
为了解决上述技术问题，在此介绍一下本发明实施例中的谐振器，具体说明如下：
上述第一类谐振器可以是螺旋电感及电容构成，其中，第一类谐振器中的电容连接于节点上，第一类谐振器中的第一螺旋电感连接在端口上；其中，节点可以但不限于为第一类谐振器、第二类谐振器、与第四类谐振器的连接处；节点可以但不限于为第一类谐振器、第三类谐振器、与第四类谐振器的连接处，具体节点根据实际情况而定。
为了能够精简电路，第一类谐振器的数量可以但不限于为2个。在所述第一类谐振器为两个第一类谐振器时，所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器包括：第一螺旋电感及第一电容；以及所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器包括：第二螺旋电感及第二MIM电容。
上述第二类谐振器可以是由螺旋电感及电容并联构成，其中，第二类谐振器中的电容及第二类谐振器中的螺旋电感并联处的一端连接在节点上；第二类谐振器中的电容及第二类谐振器中的螺旋电感并联处的另一端连接在另一节点上；所述节点可以但不限于为第一类谐振器、第二类谐振器、与第四类谐振器的连接处；所述另一节点可以但不限于为第二类谐振器和第三类谐振器的连接处；或者，所述节点可以但不限于为第二类谐振器和第三类谐振器的连接处；所述另一节点可以但不限于为第一类谐振器、第二类谐振器、与第四类谐振器的连接处。
为了能够精简电路，所述第二类谐振器的数量可以为一个位。所述第二类谐振器包括：第三螺旋电感及第三MIM电容。
上述第二类谐振器是由螺旋电感及电容并联构成的，其中，第三类谐振器中的电容及第三类谐振器中的螺旋电感并联处的一端连接在节点上；第三类谐振器中的电容及第三类谐振器中的螺旋电感并联处的另一端连接在另一节点上；所述节点可以但不限于为第二类谐振器和第三类谐振器的连接处，所述另一节点可以但不限于为第一类谐振器、第三类谐振器、与第四类谐振器的连接处；或者，所述节点可以但不限于为第一类谐振器、第三类谐振器、与第四类谐振器的连接处，所述另一节点可以但不限于为第二类谐振器和第三类谐振器的连接处，具体节点根据实际情况而定。
为了能够精简电路，所述第三类谐振器的数量可以为一个，所述第三类谐振器包括：第四螺旋电感及第四MIM电容；所述第四MIM电容与所述第三MIM电容参数不同，所述第三螺旋电感与所述第四螺旋电感的参数也不同。
上述第四类谐振器是由两个以上螺旋电感及两个以上电容构成的。所述第四类谐振器中一对螺旋电感及MIM电容并联，该对螺旋电感及MIM电容的并联处的一端连接于节点上，该对螺旋电感及MIM电容的并联处的另一端连接于连接接地金属上。所述节点可以但不限于为第一类谐振器、第三类谐振器、与第四类谐振器的连接处；或者，所述节点也可以但不限于为第一类谐振器、第二类谐振器、与第四类谐振器的连接处。具体节点根据实际情况而定。
为了能够精简电路，所述第四类谐振器的数量可以为两个，所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器包括：第五螺旋电感及第五MIM电容；所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器包括：第六螺旋电感及第六MIM电容。
参见图2，图2为上述四类谐振器可以有多种组合连接方式，在一种可能的实现方式中，所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器中所述第一螺旋电感所在一端连接于所述第一端口，该一个第一类谐振器中所述第一MIM电容所在端连接于第一节点上；第一节点为第一类谐振器、第二类谐振器、与第四类谐振器的连接处。
所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的另一端连接于第二节点上；第二节点为第一类谐振器、第二类谐振器的连接处。
所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的一端连接于所述第二节点上，所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的另一端连接于第三节点上；第三节点为第一类谐振器、第三类谐振器、与第四类谐振器的连接处。
所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器中所述第二MIM电容所在端连接于所述第三节点上，该另一个第一类谐振器中的所述第二螺旋电感所在端连接于所述第二端口；
所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器中所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的另一端连接接地金属，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处一端连接于所述第三节点上，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处另一端连接接地金属。
参见图3所示，为了能够解决上述技术问题，在本发明实施例的一种可能的实现中，第一螺旋电感4一端通过空气桥连接第一端口1，所述第一螺旋电感4的另一端通过传输线连接，三个并联第一MIM电容10的一端；第三螺旋电感6一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感7，与两个并联第四MIM电容13，所述第三螺旋电感6的另一端通过传输线连接，三个并联第五MIM电容14以及第五螺旋电感8一端；三个并联第五MIM电容14与第五螺旋电感8的另一端通过空气桥连接接地金属3；第二螺旋电感5一端通过空气桥连接第二端口2，所述第二螺旋电感5另一端通过传输线连接，三个并联第二MIM电容11的一端；第四螺旋电感7一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感6以及单个第三MIM电容12，第四螺旋电感7另一端通过传输线连接，三个并联第六MIM电容15以及第六螺旋电感9一端；三个并联第六MIM电容15与第六螺旋电感9的另一端通过空气桥连接接地金属3，以使所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz。此结构带通滤波器电路，也可以称为N77带通滤波器芯片，这样达到带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz，进而带通滤波器芯片能够达到5G商用N77频段的900MHz的工作带宽。
参见图4所示，为了能够解决上述技术问题，在本发明实施例的另一种可能的实现中，第一螺旋电感4一端通过空气桥连接第一端口1，所述第一螺旋电感4的另一端通过传输线连接单个第一MIM电容10的一端；第三螺旋电感6一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感7，与两个并联第四MIM电容13，所述第三螺旋电感6的另一端通过传输线连接，两个并联第五MIM电容14以及第五螺旋电感8一端；两个并联第五MIM电容14与第五螺旋电感8的另一端通过空气桥连接接地金属3；第二螺旋电感5一端通过空气桥连接第二端口2，所述第二螺旋电感5另一端通过传输线连接单个第二MIM电容11的一端；第四螺旋电感7一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感6以及单个第三MIM电容12，第四螺旋电感7另一端通过传输线连接，两个并联第六MIM电容15以及第六螺旋电感9一端；两个并联第六MIM电容15与第六螺旋电感9的另一端通过空气桥连接接地金属3，以使所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz。此结构带通滤波器电路，也可以称为N79带通滤波器芯片，这样达到带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz，进而带通滤波器芯片能够达到5G商用N79频段的600MHz的工作带宽。
其中，图3和图4中的第一端口1、第二端口2以及接地金属3是由三层金属层构成，联合构成接地信号接地(Ground-Signal-Ground，简称GSG)端口形式，用以等效图2中的第一端口1和第二端口2，第一端口1的阻抗符合标准阻抗，比如50欧姆，并且第二端2的阻抗也符合标准阻抗，比如50欧姆；图3和图4中的基底层16分别是整个N77与N79带通滤波器芯片的基板，用于承载整个电路。带通滤波器电路与接地金属3均设置在基底层16的正面，基底层16的背面均无设置。
图3和图4中螺旋电感等效图2中具体电感的说明如下：
图3和图4中的第一螺旋电感4是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的靠近第一端口1处的一号电感L1；图3和图4中的第二螺旋电感5是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的靠近第二端口2处的一号电感L1；图3和图4中的第三螺旋电感6是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的二号电感L2；图3和图4中的第四螺旋电感7是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的三号电感L3；图3和图4中的第五螺旋电感8是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的靠近节点1的四号电感L4；图3和图4中的第六螺旋电感9是由三层金属层螺旋构成的，用以等效图2中的靠近节点3的四号电感L4。
两个第四类谐振器中的L5和L6是一种误差处理的等效电感，L5可以是指第一MIM电容10和第五MIM电容14之间连接的传输线部分，L5也可以是指和第二MIM电容11和第六MIM电容15之间连接的传输线部分，L6可以是指的第五MIM电容14和第六MIM电容15与接地金属3之间的空气桥与传输线部分。上述接地金属3形成的平面，也可以称为地平面。
图3和图4中电容等效图2中具体电容的说明如下：
图3和图4中的第一MIM电容10是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的靠近节点1的一号电容C1；图3和图4中的第二MIM电容11是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的靠近节点3的一号电容C1；图3和图4中的第三MIM电容12是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的二号电容C2；图3和图4中的第四MIM电容13是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的三号电容C3；图3和图4中的第五MIM电容14是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的靠近节点1的四号电容C4；图3和图4中的并联连接的三个第六MIM电容15是由顶层和底层金属与中间层氮化硅绝缘层构成的，用以等效图2中的靠近节点3的四号电容C4。
下面通过两个具体实施例对本发明基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片的技术方案作进一步详细说明。
在本发明的N77带通滤波器的具体实施例中，图2所示电路原理图中各个元件的参数设定如下：L1＝2.0nH，C1＝0.75pF，L2＝0.86nH，C2＝1.28pF，L3＝1.53nH，C3＝2.0pF，L4＝0.6nH，C4＝2.18pF，L5＝0.2nH，L6＝0.1nH。
图3中的各元件的取值说明如下：所述第一螺旋电感4和所述第二螺旋电感5内径均为80μm，宽度均为30μm，间距均为30μm，螺旋圈数为1圈；第三螺旋电感6的内径为240μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第四螺旋电感7的内径为350μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第五螺旋电感8和第六螺旋电感9宽度均为30μm，长度均为1656μm；第一MIM电容10和第二MIM电容11的长均为36μm和宽均为66μm；第三MIM电容12的长为66μm和宽为36μm；第四MIM电容13的长为91μm和宽为36μm；第五MIM电容14和第六MIM电容14的长均为41μm和宽均为68μm；芯片内部电路尺寸为1.4×1.6mm2。
参见图5，图5为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77带通滤波器芯片的电磁仿真S参数曲线图。其中，基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77带通滤波器芯片的电磁仿真S参数曲线图的第一端口1回波损耗|S11|、第二端口2回波损耗|S22|和第一端口1与第二端口2之间的插入损耗|S21|。
如图5所示，优选实施例的基于薄膜集成无源元件TFIPD技术的N77带通滤波器芯片，在3.3GHz-4.2GHz频带内，第一端口1回波损耗|S11|优于15.5dB，第二端口2回波损耗|S22|优于16.0dB，插入损耗|S21|在1.4dB-1.6dB之间；DC-2.95GHz范围内，带外抑制|S21|优于12.5dB；4.93GHz-8GHz，带外抑制|S21|优于15dB。
图4中的各元件的取值说明如下：第一螺旋电感4和第二螺旋电感5的内径均为80μm，宽度均为30μm，间距均为30μm，螺旋圈数为1圈；第三螺旋电感6的内径为230μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第四螺旋电感7的内径为200μm，宽度为30μm，间距为30μm，螺旋圈数为1圈；第五螺旋电感8和第六螺旋电感9宽度均为71μm，长度均为1477μm；第一MIM电容10和第二MIM电容11的长均为36μm和宽均为81μm；第三MIM电容12的长为61μm和宽为32μm；第四MIM电容13的长为84μm和宽为36μm；第五MIM电容14和第六MIM电容15的长均为32μm和宽均为101μm；芯片内部电路尺寸为1.4×1.2mm2。
参见图6，图6为本发明实施例的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N79带通滤波器芯片的电磁仿真S参数曲线图。其中，基于薄膜集成无源器件IPD技术的N79带通滤波器芯片的第一端口1回波损耗|S11|、第二端口2回波损耗|S22|和第一端口1与第二端口2之间的插入损耗|S21|。
如图6所示，优选实施例的薄膜集成无源器件IPD技术的N79带通滤波器芯片，在4.4GHz-5.0GHz频带内，第一端口1回波损耗|S11|优于14.4dB，第二端口2回波损耗|S22|优于14.8dB，插入损耗|S21|在1.1dB-1.4dB之间；DC-4.01GHz范围内，带外抑制|S21|优于11dB；5.79GHz-9GHz，带外抑制|S21|优于25dB。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，包括：
带通滤波器电路，以及用于承载所述带通滤波器电路的基底层，其中，
所述带通滤波器电路是采用薄膜集成无源器件IPD技术在所述基底层上生成的，并由第一端口、第二端口及连接于所述第一端口与所述第二端口之间谐振器网络构成的，其中，所述谐振器网络是由用于优化带内回波损耗与阻带抑制的第一类谐振器，用于控制高频处传输零点位置的第二类谐振器，用于控制低频处传输零点位置的第三类谐振器及用于控制通频带匹配的第四类谐振器构成的；
所述第一端口，用于接收输入的信号；
所述谐振器网络，用于对所述信号在带通的频率范围以外的频率进行阻断，其中，所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz或者所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz；
所述第二端口，用于输出经所述谐振器网络处理所述信号以后，处于所述带通的频率范围的信号；
所述第一类谐振器为两个第一类谐振器；
所述第二类谐振器为一个第二类谐振器；
所述第三类谐振器为一个第三类谐振器；
所述第四类谐振器为两个第四类谐振器；
所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器包括：第一螺旋电感及第一MIN 电容；以及所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器包括：第二螺旋电感及第二MIM电容；
所述第二类谐振器包括：第三螺旋电感及第三MIM电容；
所述第三类谐振器包括：第四螺旋电感及第四MIM电容；
所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器包括：第五螺旋电感及第五MIM 电容；所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器包括：第六螺旋电感及第六MIM电容；其中，
所述两个第一类谐振器中的一个第一类谐振器中所述第一螺旋电感所在一端连接于所述第一端口，该一个第一类谐振器中所述第一MIM电容所在端连接于第一节点上；
所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第二类谐振器中所述第三螺旋电感及所述第三MIM电容并联处的另一端连接于第二节点上；
所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的一端连接于所述第二节点上，所述第三类谐振器中所述第四螺旋电感及所述第四MIM电容并联处的另一端连接于第三节点上；
所述两个第一类谐振器中的另一个第一类谐振器中所述第二MIM电容所在端连接于所述第三节点上，该另一个第一类谐振器中的所述第二螺旋电感所在端连接于所述第二端口；
所述第四类谐振器中的一个第四类谐振器中所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的一端连接于所述第一节点上，所述第五螺旋电感及所述第五MIM电容的并联处的另一端连接接地金属，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处一端连接于所述第三节点上，所述第四类谐振器中的另一个第四类谐振器中所述第六螺旋电感及所述第六MIM电容的并联处另一端连接接地金属。
2.如权利要求1所述的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，第一螺旋电感一端通过空气桥连接第一端口，所述第一螺旋电感的另一端通过传输线连接，三个并联第一MIM电容的一端；第三螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感，与两个并联第四MIM电容，所述第三螺旋电感的另一端通过传输线连接，三个并联第五MIM电容以及第五螺旋电感一端；三个并联第五MIM电容与第五螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属；第二螺旋电感一端通过空气桥连接第二端口，所述第二螺旋电感另一端通过传输线连接，三个并联第二MIM电容的一端；第四螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感以及单个第三MIM电容，第四螺旋电感另一端通过传输线连接，三个并联第六MIM电容以及第六螺旋电感一端；三个并联第六MIM电容与第六螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属，以使所述带通的频率范围为3.3GHz到4.2GHz。
3.如权利要求1所述的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，第一螺旋电感一端通过空气桥连接第一端口，所述第一螺旋电感的另一端通过传输线连接单个第一MIM电容的一端；第三螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第四螺旋电感，与两个并联第四MIM电容，所述第三螺旋电感的另一端通过传输线连接，两个并联第五MIM电容以及第五螺旋电感一端；两个并联第五MIM电容与第五螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属；第二螺旋电感一端通过空气桥连接第二端口，所述第二螺旋电感另一端通过传输线连接单个第二MIM电容的一端；第四螺旋电感一端通过空气桥与传输线连接第三螺旋电感以及单个第三MIM电容，第四螺旋电感另一端通过传输线连接，两个并联第六MIM电容以及第六螺旋电感一端；两个并联第六MIM电容与第六螺旋电感的另一端通过空气桥连接接地金属，以使所述带通的频率范围为4.4GHz到5.0GHz。
4.如权利要求1所述的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，所述第一MIM电容，所述第二MIM电容，所述第三MIM电容及所述第四MIM电容均是采用薄膜IPD技术在所述基底层上生成的，并且是由顶层金属，底层金属，以及所述顶层金属与所述底层金属之间加入的一个中间绝缘层构成的，所述中间绝缘层为氮化硅中间绝缘层；
所述第一螺旋 电感，所述第二螺旋 电感，所述第三螺旋 电感，所述第四螺旋 电感，所述第五螺旋 电感及所述第六螺旋 电感均是采用薄膜IPD技术在所述基底层上生成的，并且由三层金属层螺旋构成的。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，所述基底层为砷化镓基板，所述基底层的厚度为200μm，所述基底层的介电常数为12.85，所述基底层的损耗角正切值为0.006。
6.如权利要求1至4任一项所述的基于薄膜集成无源器件IPD技术的N77与N79带通滤波器芯片，其特征在于，所述第一端口与所述第二端口的尺寸相同，所述第一端口与所述第二端口分别夹设于两侧的接地金属之间，并与两侧的接地金属形成接地信号接地的端口，且所述第一端口和所述第二端口分别与两侧的接地金属之间具有间距。
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