CN115549622A - 一种ipd高性能的带通滤波器 - Google Patents

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CN115549622A CN202211334960.2A CN202211334960A CN115549622A CN 115549622 A CN115549622 A CN 115549622A CN 202211334960 A CN202211334960 A CN 202211334960A CN 115549622 A CN115549622 A CN 115549622A
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李小珍
邢孟江
代传相
何俊
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Abstract

本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种IPD高性能的带通滤波器，包括衬底，设于衬底上的带通滤波器电路，设于衬底上的TSV通孔，以及设于衬底底部的背晶大地面；所述带通滤波器电路包括两个分别与输入端和输出端连接的LC匹配电路，至少一个设于两个LC匹配电路之间且与两个LC匹配电路串联的第一LC并联谐振器，以及设于第一LC并联谐振器与LC匹配电路之间且与地连接的第二LC并联谐振器；所述第二LC并联谐振器的数量与第一LC并联谐振器的数量相适配。本发明通过采用新型的电路拓扑结构，并结合IPD工艺，实现了小型化、高性能的滤波器特性。

Description

一种IPD高性能的带通滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种IPD高性能的带通滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，通信系统朝着高性能、高可靠性、小型化的方向发展，对滤波器的性能、可靠性和尺寸均提出了更高的要求。带通滤波器是无线通信系统中重要的器件之一，为了达到更好的通信质量，要求带通滤波器具有较低的带内损耗和较高的阻带抑制，从而提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性，需要增加滤波器的阶数，但这会进一步增大电路尺寸，并且在通带内引入更多的插入损耗。
然而同时随着系统小型化的发展，系统中的带通滤波器等元器件需要具有较小的尺寸。目前带通滤波器的小型化技术主要通过采用新工艺的方法实现滤波器的小型化设计，现在常用的工艺有低温共烧陶瓷（LTCC）、液晶高分子聚合物（LCP）、集成无源器件（IPD）、PCB高密度互连（HDI）、声表滤波器（SAW）、体声波滤波器（BAW）等，但局限性较大且能小型化能力有限。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明的目的是提供了一种IPD高性能的带通滤波器，采用IPD工艺实现小型化、高性能的带通滤波器。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种IPD高性能的带通滤波器，包括衬底，设于衬底上的带通滤波器电路，设于衬底上的TSV通孔，以及设于衬底底部的背晶大地面；所述带通滤波器电路包括两个分别与输入端和输出端连接的LC匹配电路，至少一个设于两个LC匹配电路之间且与两个LC匹配电路串联的第一LC并联谐振器，以及设于第一LC并联谐振器与LC匹配电路之间且与地连接的第二LC并联谐振器；所述第二LC并联谐振器的数量与第一LC并联谐振器的数量相适配。
优选的，所述LC匹配电路包括与输入端连接的第一电路单元，以及与输出端连接的第二电路单元；所述第一电路单元与第二电路单元的电路连接方式均为在串联的电容和电感之间设有一个接地电容。
优选的，所述第一电路单元与所述第二电路单元呈对称地设置。
优选的，所述第一LC并联谐振器的数量为N个，所述第二LC并联谐振器的数量为N+1个。
优选的，所述第一LC并联谐振器的数量为2个，所述第二LC并联谐振器的数量为3个，且3个所述第二LC并联谐振器依次设于与所述输入端连接的LC匹配电路和所述第一LC并联谐振器之间、两个所述第一LC并联谐振器之间、以及所述第一LC并联谐振器和与输出端连接的LC匹配电路之间。
优选的，所述带通滤波器电路中的电容均采用平行板电容，电感均采用平面螺旋电感。
优选的，所述衬底的材料为硅、砷化镓、氧化铝中的至少一种。
本发明的有益效果：
本发明通过采用新型的电路拓扑结构，并结合IPD工艺，实现了小型化、高性能的滤波器特性，同时可以根据滤波器的使用场景设计不同封装结构，便于与其他微波组件的集成。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的三维结构示意图；
图2 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的带通滤波器电路平面结构示意图；
图3 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的电路拓扑结构图；
图4 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的S参数仿真结果；
图5 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的LC匹配电路的S参数仿真结果；
图6 为本发明具体实施例中一种IPD高性能的带通滤波器的各谐振器的S参数仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1及图2所示，本发明提供了一种IPD高性能的带通滤波器的三维结构示意图，包括衬底1，设于衬底1上的带通滤波器电路2，设于衬底1上的TSV通孔4，以及设于衬底1底部的背晶大地面3；所述带通滤波器电路2包括两个分别与输入端IN和输出端OUT连接的LC匹配电路100，至少一个设于两个LC匹配电路100之间且与两个LC匹配电路100串联的第一LC并联谐振器200，以及设于第一LC并联谐振器200与LC匹配电路100之间且与地连接的第二LC并联谐振器300；所述第二LC并联谐振器300的数量与第一LC并联谐振器200的数量相适配。该第一LC并联谐振器200由并联的电感L1和电容C1组成。通过沉积、光刻、刻蚀、溅射等工序在半导体的衬底1上制备电感和电容，从而实现带通滤波器的等效电路结构。
作为本发明的一个优选实施例，本实施例中所述带通滤波器电路2包括两个分别与输入端IN和输出端OUT连接的LC匹配电路100，一个设于两个LC匹配电路100之间且与两个LC匹配电路100串联的第一LC并联谐振器200，以及2个分别设于第一LC并联谐振器200与LC匹配电路100之间且均与地连接的第二LC并联谐振器300。
进一步地，所述LC匹配电路100包括与输入端IN连接的第一电路单元，以及与输出端OUT连接的第二电路单元；所述第一电路单元与第二电路单元的电路连接方式均为在串联的电容Cf和电感Lf之间设有一个接地电容Cb。
进一步地优化上述技术方案，所述第一电路单元与所述第二电路单元呈对称地设置。
进一步地，所述第一LC并联谐振器200的数量为N个，所述第二LC并联谐振器300的数量为N+1个。
进一步地，如图3所示，本发明的带通滤波器电路2的拓扑结构图，其中带通滤波器电路2的结构由LC匹配电路100，第一LC并联谐振器200，以及第二LC并联谐振器300组成，该LC匹配电路100的数量为两个，所述第一LC并联谐振器200的数量为2个，所述第二LC并联谐振器300的数量为3个，且3个所述第二LC并联谐振器300依次设于与所述输入端IN连接的LC匹配电路100和所述第一LC并联谐振器200之间、两个所述第一LC并联谐振器200之间、以及所述第一LC并联谐振器200和与输出端OUT连接的LC匹配电路100之间。为了便于区分及说明，靠近输入端IN的第一LC并联谐振器200命名为第一谐振器，其电感与电容分别命名为L1、C1；靠近输出端OUT的第一LC并联谐振器200命名为第二谐振器，其电感与电容分别命名为L2、C2；设于第一电路单元与靠近输入端IN一侧的第一LC并联谐振器200之间的第二并联谐振器命名为第三谐振器，其电感与电容分别命名为L3、C3；设于两个第一LC并联谐振器200之间的第二并联谐振器命名为第四谐振器，其电感与电容分别命名为L4、C4；设于第二电路单元与靠近输出端OUT一侧的第一LC并联谐振器200之间的第二并联谐振器命名为第五谐振器，其电感与电容分别命名为L5、C5；所述LC匹配电路100的电容、电感、接地电容分别依次命名为Cf、Lf、Cb。第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器均与地连接。经检测，电路的元件值为，L1=2.11nH、C1=3.68PF、L2=0.82nH、C2=2.06pF、L3=0.77nH、C3=3.62pF、L4=0.96nH、C4=3.57pF、L5=0.86nH、C5=4.82pF、Lf=4.91nH、Cf=0.61pF、Cb=0.128pF。
如图4所示，本发明的一个实施例仿真结果为，其中心频率为2750MHz，带宽900MHz，2300~3200MHz插入损耗≤2.5dB , DC~1800MHz阻带抑制优于40dB，3900MHz~5000MHz阻带抑制优于40dB。
如图5所示，本发明的匹配电路的仿真结果为一个大于通带的谐振器，匹配电路的作用是对通带驻波进行匹配，和增加带外的抑制度。
如图6所示，本发明的各个谐振器的仿真结果，其中第一谐振器在通带的左侧产生一个带外零点，第二谐振器在通带的右边产生一个带外零点，第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器构成带通滤波器的通带，各谐振器均满足
Figure 391334DEST_PATH_IMAGE002
，通过调整各谐振器的电感和电容值，从而可以设计出需求带宽的带通滤波器。
进一步地，所述带通滤波器电路2中的电容均采用平行板电容，电感均采用平面螺旋电感。
进一步地优化上述技术方案，所述衬底1的材料为硅、砷化镓、氧化铝中的至少一种。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，包括衬底，设于衬底上的带通滤波器电路，设于衬底上的TSV通孔，以及设于衬底底部的背晶大地面；所述带通滤波器电路包括两个分别与输入端和输出端连接的LC匹配电路，至少一个设于两个LC匹配电路之间且与两个LC匹配电路串联的第一LC并联谐振器，以及设于第一LC并联谐振器与LC匹配电路之间且与地连接的第二LC并联谐振器；所述第二LC并联谐振器的数量与第一LC并联谐振器的数量相适配。
2.根据权利要求1所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述LC匹配电路包括与输入端连接的第一电路单元，以及与输出端连接的第二电路单元；所述第一电路单元与第二电路单元的电路连接方式均为在串联的电容和电感之间设有一个接地电容。
3.根据权利要求2所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述第一电路单元与所述第二电路单元呈对称地设置。
4.根据权利要求1所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述第一LC并联谐振器的数量为N个，所述第二LC并联谐振器的数量为N+1个。
5.根据权利要求4所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述第一LC并联谐振器的数量为2个，所述第二LC并联谐振器的数量为3个，且3个所述第二LC并联谐振器依次设于与所述输入端连接的LC匹配电路和所述第一LC并联谐振器之间、两个所述第一LC并联谐振器之间、以及所述第一LC并联谐振器和与输出端连接的LC匹配电路之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波器电路中的电容均采用平行板电容，电感均采用平面螺旋电感。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种IPD高性能的带通滤波器，其特征在于，所述衬底的材料为硅、砷化镓、氧化铝中的至少一种。
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