CN117118380A - 基于交叉耦合技术的ipd带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器；主要包括主体电路、输入输出端口；主体电路包括第一并联电容、第一串联电容、第二并联电容、第二并联电容、第二串联电容、第三串联电容、第四并联电容、第四串联电容、第一并联电感、第二并联电感、第一串联电感、第四串联电感；本发明通过采用新型的电路拓扑结构，通过交叉耦合引入两个零点，进行对高频和低频进行抑制，实现较高的带外抑制，同时引入了一组零点电路，提升带通滤波器的低频的陡峭性，从而提高带通滤波器的滤波特性。
Description
技术领域
本发明属于射频/微波/通信技术领域，具体涉及一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器。
背景技术
射频无源滤波器作为射频前端的核心部件之一，而滤波器在无线通信系统中发挥着重要作用，滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤波是信号处理中的一个重要概念，在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。随着通信系统的集成度越来越高，所以对带通滤波器的尺寸要求原来越高，而通过IPD技术可以实现滤波器的小型化，集成无源器件(IPD)的加工通常采用先进的晶圆制造工艺，包括薄膜工艺和光刻制程等。IPD制程通常需要高金属导电率和高衬底电阻率来实现高性能无源器件，成熟稳定的先进晶圆制程使得IPD具有众多优点：小尺寸、易于集成、高一致性、低成本、产品链供应和可靠性更好等。对带通滤波器而言，为了更好的对一个频段进行还跟好的滤波，高带外抑制的带通滤波器就成为了一个研究热点。传统的目前的带通滤波器设计主要有以下问题：随着频率增大，寄生效应也随之产生，通带中将出现谐波，这使滤波器的通带性能受到了影响；SAW、BAW等窄带滤波器技术3G、4G频段如鱼得水，但无法很好的满足5G中高频和宽带的需求，相反IPD和LTCC恰好能够很好地胜任，然而LTCC的尺寸和集成度不够，但通过IPD技术可以实现5G滤波器的小型化。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对背景技术中当前带通滤波器尺寸大、选择性差、插损大、成本高的问题，提供一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，采用IPD工艺设计和新型电路拓扑结构，具有成本低、集成度高、性能好、高选择性的优点，可以满足当前射频/微波/通信技术领域的需求。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，包括：主体电路，端口；
其中，端口包括输入端口焊盘(4-1)、输出端口焊盘(4-2)、接地端口焊盘(4-3)；
所述主体电路包括第一并联电感(5)、第一并联电容(6)、第一串联电容(7)、第二并联电容(8)、第三并联电容(9)、第二并联电感(10)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第四并联电容(14)、第一串联电感(15)、第五并联电容(16)；第一并联电感(5)的一端、第一并联电容(6)的一端、第一串联电容(7)一端连接后接输入端口焊盘(4-1)，第一并联电感(5)的另一端串联第二并联电容(8)后接地，第一串联电容(7)另一端、第二串联电容(11)一端、第三串联电容(12)一端与第二并联电感(10)一端相连，第二并联电感(10)另一端串联第三并联电容(9)后接地，第二串联电容(11)另一端、第四并联电容(14)一端、第一串联电感(15)一端与第四串联电容(13)一端连接，第四并联电容(14)另一端连接接地端口焊盘(4-3)，第三串联电容(12)另一端、第四串联电容(13)另一端、第一串联电感(15)另一端、第五并联电容(16)一端与输出端口焊盘(4-2)连接，第五并联电容(16)另一端接地；
由第二并联电感(10)、第三并联电容(9)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第一串联电感(15)、第四并联电容(14)、第五并联电容(16)组成一个交叉耦合带通滤波器，形成了两个零点；
由第一并联电感(5)、第二并联电容(8)、第一并联电容(6)、第一串联电容(7)组成了一个零点电路，形成了一个低频零点；
作为优选，通过调控第五并联电容(16)，进而调控高频抑制；
作为优选，通过调控第一并联电感(5)、第一并联电容(6)、第二并联电容(8)，进而调控低频抑制；
作为优选，第一并联电感(5)、第二并联电感(10)、第一串联电感(15)的形状包括不仅限于圆形、椭圆形、螺旋形、矩形、六边形、八边形等多边形；
更为优选，第一并联电感(5)、第二并联电感(10)、第一串联电感(15)采用八边形电感；
作为优选，第一并联电容(6)、第一串联电容(7)、第二并联电容(8)、第三并联电容(9)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第四并联电容(14)、第五并联电容(16)采用平面电容或贴片电容；
作为优选，所述介质层(3)采用GaAs工艺、Si工艺或玻璃等半导体工艺实现；
作为优选，IPD带通滤波器通过频率移植实现到其它工作频段。
本发明的有益效果为：
1、采用IPD工艺的设计，用八边形电感、八边形渐变电感和MIM电容结构代替传统的分立元件结构的电容电感，在提高滤波器性能的同时实现小型化，且具有成本低、集成度高的优点，适合批量生产；
2、本发明通过加入三个零点，进行对高频和低频进行抑制，实现较高的带外抑制，提高带通滤波器的滤波特性；
3、本发明通过改变八边形电感、渐变八边形电感和MIM电容的个数和数值来改变滤波器的工作频率，适用于VHF、UHF、700&800MHz、Wifi以及5G等各个频段。
附图说明
图1为本发明的高带外抑制带通滤波器的等效电路图；
图2为本发明的介质层、金属层、接地环整体结构示意图；
图3为本发明的高带外抑制带通滤波器5G频段实施实例的电路拓扑结构示意图；
图4为本发明的高带外抑制带通滤波器5G频段实施实例的S参数结果图。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应在本发明的保护范围之内。
实施例：5G频段的基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器
如图2所示，基于IPD技术的交叉耦合带通滤波器包括电路层1，环绕在电路层1周围的接地环2,介质层3，衬底；
所述电路层1包括主体电路、端口；
其中，如图3端口包括输入端口焊盘4-1、输出端口焊盘4-2；接地端口焊盘4-3；
所述如图3所述主体电路包括第一并联电感5、第一并联电容6、第一串联电容7、第二并联电容8、第三并联电容9、第二并联电感10、第二串联电容11、第三串联电容12、第四串联电容13、第四并联电容14、第一串联电感15、第五并联电容16；第一并联电感5的一端、第一并联电容6的一端、第一串联电容7一端连接后接输入端口焊盘4-1，第一并联电感5的另一端串联第二并联电容8接地，第一串联电容7另一端、第二串联电容11一端、第三串联电容12一端与第二并联电感10一端相连，第二并联电感10另一端串联第三并联电容9接地，第二串联电容11另一端、第四并联电容14一端、第一串联电感15一端与第四串联电容13一端连接，第四并联电容14另一端连接接地端口焊盘4-3，第三串联电容12另一端、第四串联电容13另一端、第一串联电感15另一端、第五并联电容16一端与输出端口焊盘4-2连接；第五并联电容16另一端接地。
图1为图3所示主体电路的高带外抑制的带通滤波器的等效电路图；
第一并联电感5等效为电感L1、第一并联电容6等效为电容C2、第一串联电容7等效为电容C3、第二并联电容8等效为电容C1、第三并联电容9等效为电容C4、第二并联电感10等效为电感L2、第二串联电容11等效为电容C5、第三串联电容12等效为电容C6、第四串联电容13等效为电容C8、第四并联电容14等效为电容C7、第一串联电感15等效为电感L3、第五并联电容16等效为电容C9为组成。
如图1所示，该电路的工作原理为：由电感L2、电容C4、电容C5、电容C6、电容C8、电感L3、电容C7、电容C9组成了一个交叉耦合带通滤波器，形成了两个零点，分别对高频和低频抑制，提升带通滤波器的选频特性；由电感L1、电容C1、电容C2、电容C3组成了一个零点电路，形成了一个低频零点，提升带通滤波器的陡峭性；
如图4所示，本实施例的5G频段的基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器的插损较小，约为1.66dB；通带内的回波损耗约为17dB；通过交叉耦合实现了较好的阻带特性，通过加入零点电路在2.69GHz实现了较好的陡峭性，显著的提升了带通滤波器的带外抑制。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，包括：主体电路、端口；端口包括输入端口焊盘(4-1)、输出端口焊盘(4-2)、接地端口焊盘(4-3)；
所述主体电路包括第一并联电感(5)、第一并联电容(6)、第一串联电容(7)、第二并联电容(8)、第三并联电容(9)、第二并联电感(10)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第四并联电容(14)、第一串联电感(15)、第五并联电容(16)；第一并联电感(5)的一端、第一并联电容(6)的一端、第一串联电容(7)一端连接后接输入端口焊盘(4-1)，第一并联电感(5)的另一端串联第二并联电容(8)后接地，第一串联电容(7)另一端、第二串联电容(11)一端、第三串联电容(12)一端与第二并联电感(10)一端相连，第二并联电感(10)另一端串联第三并联电容(9)后接地，第二串联电容(11)另一端、第四并联电容(14)一端、第一串联电感(15)一端与第四串联电容(13)一端连接，第四并联电容(14)另一端连接接地端口焊盘(4-3)，第三串联电容(12)另一端、第四串联电容(13)另一端、第一串联电感(15)另一端、第五并联电容(16)一端与输出端口焊盘(4-2)连接；第五并联电容(16)另一端接地；
其特征在于：
由第二并联电感(10)、第三并联电容(9)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第一串联电感(15)、第四并联电容(14)、第五并联电容(16)组成一个交叉耦合带通滤波器，形成两个零点，分别对高频和低频抑制；第一并联电感(5)、第二并联电容(8)、第一并联电容(6)、第一串联电容(7)组成一个零点电路，形成一个低频零点，同时对高频产生抑制。
2.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于，通过调控第五并联电容(16)，进而调控高频抑制。
3.根据权利要求2所述的一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于，通过调控第一并联电感(5)、第一并联电容(6)、第二并联电容(8)，进而调控低频抑制。
4.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于第二并联电感(10)、第一串联电感(15)、第一并联电感(5)采用八边形电感。
5.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于第二并联电感(10)、第一串联电感(15)、第一并联电感(5)的形状各自独立为圆形、椭圆形、螺旋形、矩形、六边形或八边形。
6.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于第一并联电容(6)、第一串联电容(7)、第二并联电容(8)、第三并联电容(9)、第二串联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(13)、第四并联电容(14)、第五并联电容(16)采用平面电容或贴片电容。
7.根据权利要求1所述一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于，所述介质层(3)采用GaAs工艺、Si工艺或半导体工艺。
8.根据权利要求1所述一种基于交叉耦合技术的IPD带通滤波器，其特征在于，IPD带通滤波器通过频率移植实现到其它工作频段。
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