CN111641398B - 基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器，它包括变压器，为基于半导体工艺的片上变压器，原边数控电容阵列，与片上变压器的原边节点连接构成原边LC振荡器，副边数控电容阵列，与片上变压器的副边节点连接构成副边LC振荡器；原边LC振荡器以及副边LC振荡器的振荡频率随着原边数控电容阵列或副边数控电容阵列的等效电容值的变化而变化。它采用双LC振荡器结构，通过编程改变两个LC振荡器的振荡频率，从而改变滤波器的通带频率，具有滤波性能好，集成度高等特点，适用于半导体集成电路设计。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备、电子器件技术领域，尤其涉及一种基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器。
背景技术
随着微波/毫米波技术的应用领域不断增多，尤其是在民用领域的应用范围不断拓展，对射频前端系统的成本及性能的要求越来越苛刻。因此提高微波/毫米波射频前端系统的集成度是有效提高其性价比的一个方向。由于传统的微波/ 毫米波无源带通滤波器由微带线或波导等构成,具有面积大、集成度差、可编程性能差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器，它采用双LC振荡器结构，通过编程改变两个LC振荡器的振荡频率，从而改变滤波器的通带频率，具有滤波性能好，集成度高等特点，适用于半导体集成电路设计。
本发明通过如下技术方案实现：基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器，其特征在于：它包括
变压器，为基于半导体工艺的片上变压器；
原边数控电容阵列，与片上变压器的原边节点连接构成原边LC振荡器；
副边数控电容阵列，与片上变压器的副边节点连接构成副边LC振荡器；
原边LC振荡器以及副边LC振荡器的振荡频率随着原边数控电容阵列或副边数控电容阵列的等效电容值的变化而变化。
较之前技术而言，本发明的有益效果为：
1、采用双LC振荡器结构，通过编程改变两个LC振荡器的振荡频率，从而改变滤波器的通带频率，由于本发明所提的带通滤波器由两个不同振荡频率的 LC振荡器构成，因此具有双极点特性，其对带外信号的抑制能力强于传统的单个LC振荡器构成的滤波器。
2.本发明所提的构成器件，如电容、开关、变压器等可由现代半导体工艺实现，具有集成度高的特点，适用于半导体集成电路设计。
附图说明
图1为本发明所提的数控无源微波/毫米波带通滤波器电路框图；
图2为本发明所提的数控无源微波/毫米波带通滤波器的传输特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做详细说明：
如图1所示：基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器，它包括
变压器，为基于半导体工艺的片上变压器，
原边数控电容阵列，与片上变压器的原边节点连接构成原边LC振荡器，
副边数控电容阵列，与片上变压器的副边节点连接构成副边LC振荡器；
原边LC振荡器以及副边LC振荡器的振荡频率随着原边数控电容阵列或副边数控电容阵列的等效电容值的变化而变化。
片上变压器为基于半导体工艺的片上电感，通常由半导体工艺的金属连线层来制作，由两个差分电感构成。该片上变压器可以有多种形状，如方形、八边形、圆形等，片上变压器的结构也可以有多种组合，例如原边的差分电感可以是位于金属层N层的平面电感，而副边的差分电感可以是位于金属层N-k、N 或N+k层的平面电感(k为大于0的整数)，即副边电感位于原边电感的正下方，同一平面或正上方。
图-1中Vp1和Vp2为变压器的原边节点，Vs1和Vs2为变压器的副边节点， Vp1可与Vs1为同名端，Vp1可与Vs1也可以为异名端。
原边数控电容阵列主要由m组原边电容开关对组成，其中m大于0；每组原边电容开关对包括电容Cpm、开关Spm、电容Cpm'，电容Cpm、开关Spm、电容 Cpm'依序连接，电容Cpm与片上变压器的原边节点Vp1连接，电容Cpm'与片上变压器的原边节点Vp2连接；通过控制开关Spm实现等效电容的变化，从而改变带通滤波器的通带频率。
电容Cpm的电容值可根据具体的实际应用设置成等值或具有一定的线性关系；开关Spm可采用半导体晶体管。
副边数控电容阵列主要由n组副边电容开关对组成，其中n大于0；每组副边电容开关对包括电容Csn、开关Ssn、电容Csn'，电容Csn、开关Ssn、电容 Csn'依序连接，电容Csn与片上变压器的副边节点Vs1连接，电容Csn'与片上变压器的原边节点Vs2连接；通过控制开关Ssn实现等效电容的变化，从而改变带通滤波器的通带频率。
电容Csn的电容值可根据具体的实际应用设置成等值或具有一定的线性关系；开关Ssn可采用半导体晶体管。
其工作原理如下：
变压器模块为基于半导体工艺的片上变压器，其原边的电感与数控电容阵列1构成原边LC振荡器，其副边的电感与数控电容阵列2组成副边LC振荡器，且该二个LC振荡器的振荡频率(即极点)随着任意一个电容阵列的等效电容值的变化而变化；原边数控电容阵列由m组电容开关对组成，通过控制开关实现等效电容的变化，从而改变滤波器的通带频率。副边数控电容阵列由n组电容开关对组成，通过控制开关实现等效电容的变化，也可以改变滤波器的通带频率。
理想情况下，变压器的两端的等效负载电容值由相应的电容阵列中开关闭合的电容开关对决定，因此通过改变闭合开关的个数可以改变相应的电容阵列的电容值，从而改变该端LC振荡器的振荡频率。由此可见可以通过编程控制电容阵列的开关，进而改变带通滤波器的通频带。编程改变两个LC振荡器的振荡频率是通过控制开关的闭合，这里根据具体的电路情况实现具体的控制方法，控制方法本身系现有的技术，故不做赘述。
尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。
Claims (1)
1.基于片上变压器的数控无源微波/毫米波带通滤波器，其特征在于：它包括
变压器，为基于半导体工艺的片上变压器；变压器由半导体工艺的金属连线层制作，变压器由两个差分电感构成；变压器原边的差分电感是位于金属层N层的平面电感，变压器副边的差分电感是位于金属层N-k、N或N+k层的平面电感，其中k为大于0的整数；
原边数控电容阵列，与片上变压器的原边节点连接构成原边LC振荡器；
副边数控电容阵列，与片上变压器的副边节点连接构成副边LC振荡器；
原边LC振荡器以及副边LC振荡器的振荡频率随着原边数控电容阵列或副边数控电容阵列的等效电容值的变化而变化；
原边数控电容阵列主要由m组原边电容开关对组成，其中m为大于0的整数；每组原边电容开关对包括电容Cpm、开关Spm、电容Cpm'，电容Cpm、开关Spm、电容Cpm'依序连接，电容Cpm与片上变压器的原边节点Vp1连接，电容Cpm'与片上变压器的原边节点Vp2连接；通过控制开关Spm实现等效电容的变化，从而改变带通滤波器的通带频率；
开关Spm采用半导体晶体管；
副边数控电容阵列主要由n组副边电容开关对组成，其中n为大于0的整数；每组副边电容开关对包括电容Csn、开关Ssn、电容Csn'，电容Csn、开关Ssn、电容Csn'依序连接，电容Csn与片上变压器的副边节点Vs1连接，电容Csn'与片上变压器的原边节点Vs2连接；通过控制开关Ssn实现等效电容的变化，从而改变带通滤波器的通带频率；
开关Ssn采用半导体晶体管。
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