CN118508905A - 基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 - Google Patents
基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118508905A CN118508905A CN202410681153.0A CN202410681153A CN118508905A CN 118508905 A CN118508905 A CN 118508905A CN 202410681153 A CN202410681153 A CN 202410681153A CN 118508905 A CN118508905 A CN 118508905A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inductor
- capacitor
- input
- common mode
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000010354 integration Effects 0.000 title claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 241000724291 Tobacco streak virus Species 0.000 claims abstract 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 109
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 101100242304 Arabidopsis thaliana GCP1 gene Proteins 0.000 description 9
- 101100412054 Arabidopsis thaliana RD19B gene Proteins 0.000 description 9
- 101150118301 RDL1 gene Proteins 0.000 description 9
- 101100355967 Arabidopsis thaliana RDL3 gene Proteins 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000024241 parasitism Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，包括从上至下依次设置的顶部RDL、硅衬底和底部RDL，顶部RDL与底部RDL之间通过设置在硅衬底中的TSV进行级联，顶部RDL中设有第一级滤波器；底部RDL中设有第二级滤波器。本发明滤波器在保证良好的差分信号完整性的同时提供宽带且极高的共模抑制效果，解决了传统共模噪声抑制滤波器抑制能力不够和占用面积过大的问题，提高了电路的集成度和性能。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，涉及基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器。
背景技术
平衡电路具备对电磁干扰和环境噪声高抗扰的作用，近年来成为高速数字系统中最重要的技术之一，实现了信号的高速传输；而三维集成电路(3D-IC)被认为是延续摩尔定律的主要技术之一，通过垂直堆叠芯片并借助硅通孔(TSV)缩短互连线的长度，二者的结合在微波射频领域中应用广泛。
但在三维集成电路中，存在严重的信号完整性问题，共模噪声的辐射影响尤为显著。由于存在两条信号路径的不对称传输以及信号之间的串扰，在确保差分信号完整性的同时需要极大程度上抑制共模噪声的辐射。因此，需要进一步优化电路结构，实现共模噪声抑制滤波器的高性能和小型化。不仅要实现宽带的共模抑制范围，还要求具备良好的差模信号完整性和更加紧凑的结构要求。
发明内容
本发明的目的是提供基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，该滤波器在保证良好的差分信号完整性的同时提供宽带且极高的共模抑制效果，解决了传统共模噪声抑制滤波器抑制能力不够和占用面积过大的问题，提高了电路的集成度和性能。
本发明所采用的技术方案是，基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，包括从上至下依次设置的顶部RDL、硅衬底和底部RDL，顶部RDL与底部RDL之间通过设置在硅衬底中的TSV进行级联，顶部RDL中设有第一级滤波器；底部RDL中设有第二级滤波器。
本发明的特点还在于：
第一级滤波器包括电感L1，电感L1的输入与电容C1输入连接，电感L1的输出与电容C3的输入连接；电感L2的输入与电容C1的输出连接，电感L2的输出与电容C3的输入连接；电感L3的输入与电容C2输入连接，电感L3的输出与电容C3的输入连接；电感L4的输入与电容C2的输出连接，电感L4的输出与电容C3的输入连接。
顶部RDL包括顶部第一金属层和顶部第二金属层，顶部第一金属层放置接地电容C3，顶部第二金属层放置电感L1、电感L2、电感L3、电感L4以及电容C1、电容C2。
第二级滤波器包括电感L5，电感L5的输入与电容C4输入连接，电感L5的输出与电容C6的输入连接；电感L6的输入与电容C4的输出连接，电感L6的输出与电容C6的输入连接；电感L7的输入与电容C5输入连接，电感L7的输出与电容C6的输入连接；电感L8的输入与电容C5的输出连接，电感L8的输出与电容C6的输入连接。
底部RDL中包括底部第一金属层和底部第二金属层，底部第一金属层放置接地电容C6，底部第二金属层放置电感L5、电感L6、电感L7、电感L8以及电容C4、电容C5。
电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8均为螺旋电感。
电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6均为叉指电容。
TSV包括TSV1、TSV2、TSV3，电感L2的下表面与电感L6的上表面之间通过TSV1连接；电感L4的下表面与电感L8的上表面之间通过TSV2连接；电容C3的下表面通过TSV3连接电容C6的上表面。
本发明的有益效果是，本发明的滤波器结构紧凑，在差分信号传输下，高频滤波效果良好，且具备显著的共模噪声抑制作用。一方面，所设计的电路中元件通过硅通孔结构垂直互连，实现了结构小型化，提高了整体电路的集成度；另一方面，通过优化元件参数，该滤波器在目标频带范围内表现出色，在高频段能够保证优异的差分信号完整性和超高共模噪声抑制效果，同时，该结构布局时采用零互连线设计，最大程度上减少了寄生产生的不必要的损耗。该发明解决了传统共模噪声抑制滤波器抑制能力不够和占用面积大的问题，实现了超过40dB的共模噪声抑制响应，表现出极高的共模抑制水平。
附图说明
图1是本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器的整体三维结构示意图；
图2本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器的内部各部分元件示意图；
图3本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器的主视图；
图4本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器的俯视示意图；
图5本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器中螺旋电感示意图；
图6本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器的仿真结果曲线图。
图中，1.顶部RDL，2.硅衬底，3.底部RDL。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，如图1所示，结构从上至下依次设置：包括顶部RDL(RDL，金属布线层)1、硅衬底2和底部RDL3。上下结构平行对称放置，顶部RDL1和底部RDL3分别包含两层金属，整体结构包含四层金属，通过硅衬底2中的硅通孔将上下两层结构级联起来。
顶部RDL1和底部RDL3结构完全对称并通过中间的硅通孔(TSV)进行连接。硅通孔的数量至少为两根，以实际需要设置；如图2所示，本发明以三根硅通孔为例，包括TSV1、TSV2、TSV3。TSV1、TSV2、TSV3的结构完全相同。
顶部RDL1和底部RDL3的结构可分别视作一个三阶滤波器，由四个螺旋电感和三个叉指电容组成，整体电路共包含八个电感和六个电容。
如图3所示，顶部RDL1中的两层金属分别为：顶部第一金属层和顶部第二金属层，顶部第一金属层放置接地电容C3，顶部第二金属层放置电感L1、电感L2、电感L3、电感L4以及电容C1、电容C2。
底部RDL3中的两层金属分别为：底部第一金属层和底部第二金属层，底部第一金属层放置接地电容C6，底部第二金属层为电感L5、电感L6、电感L7、电感L8以及电容C4、电容C5。
如图4所示，顶部RDL1中，电感L1的输入与电容C1输入相连接，电感L1的输出与电容C3的输入相连接；
电感L2的输入与电容C1的输出相连接，电感L2的输出与电容C3的输入相连接；电感L3的输入与电容C2输入相连接，电感L3的输出与电容C3的输入相连接；
电感L4的输入与电容C2的输出相连接，电感L4的输出与电容C3的输入相连接。
对于底部RDL3，电感L5的输入与电容C4输入相连接，电感L5的输出与电容C6的输入相连接；
电感L6的输入与电容C4的输出相连接，电感L6的输出与电容C6的输入相连接；
电感L7的输入与电容C5输入相连接，电感L7的输出与电容C6的输入相连接；
电感L8的输入与电容C5的输出相连接，电感L8的输出与电容C6的输入相连接。
顶部RDL1中，电感L2的下表面与电感L6的上表面之间通过TSV1连接；电感L4的下表面与电感L8的上表面之间通过TSV2连接；
电容C3的下表面通过TSV3连接电容C6的上表面。
电感L1和电感L2的外侧金属线作为它们自身的输入端，并与电容C1两端直接相接，同时，电感L1和电感L2的内侧金属线作为其输出端，与共模电容C2相接。在空间上看，接地电容相对于电容C1与电感L1、L2高出3um，目的是方便元件之间的连接，使得彼此的连接线长度达到最短。地线位于共模电容C2的输出端，通过TSV将上下两层RDL中的地线相连。
如图5所示，电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8结构完全相同，以电感L1为例进行说明，如5中，port1为电感L1的输入端，port2为电感L1的输出端。
实施例1
本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，包括顶部RD L1、硅衬底2及底部RDL3，顶部RDL1与底部RDL3通过TSV1、TSV2、TSV3连接，TSV1、TSV2、TSV3位于硅衬底2中，顶部RDL1与底部RD L3选用铜导体材料，中间TSV结构穿过硅衬底2将顶部RDL1与底部RDL 3相连接。通过电容和电感之间的串并联谐振产生目标响应。
本发明基于TSV的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，如图1所示，该滤波器为LC型集总滤波器，由两个3阶切比雪夫I型滤波器级联组成。(顶部)单级滤波器由四个螺旋电感(L1、L2、L3、L4)以及三个叉指电容(C1、C2、C3)组成。(底部)单级滤波器由四个螺旋电感(L5、L6、L7、L8)以及三个叉指电容(C4、C5、C6)组成。
实施例2
如图2和图3所示，RDL在分布层中，金属线的宽度和厚度均设置为3um；第一级滤波器中的平面螺旋电感L1、电感L2、电感L3、电感L4圈数n为2，线圈间距为5um；(叉指)电容C1、(叉指)电容C2的叉指长度为70um，叉指间距为1um。其中，电感L1的最外圈作为电容C1的上极板、电感L2的最外圈作为电容C1的下极板，电感L3的最外圈作为电容C2的上极板、电感L4的最外圈作为电容C2的下极板，电容极板长度均设置为52um。
接地电容C3所在金属层比电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电容C1和电容C2所在层高出3um，与它们所在xy平面进行交叠，将电感L1、电感L2、电感L3和电感L4的输出端直接连接在电容C3的输入端。电容C3的叉指长度为114um，叉指间距为0.5um，输入端叉指的数量比输出端多1，上下极板长度分别为58um和52um。
由于本发明基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器中上下第一级滤波器和第二级滤波器为完全对称结构；因此；第二级滤波器中，平面螺旋电感L5、电感L6、电感L7、电感L8的相应参数与第一级滤波器中平面螺旋电感L1、电感L2、电感L3、电感L4的参数完全相同。
电容C4、电容C5、电容C6的相应参数与电容C1、电容C2、电容C3的参数完全相同。
平面螺旋电感L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8的电感值为0.32nH，叉指电容C1、C2、C4、C5的电容值为0.27pF，叉指电容C3、C6的电容值为0.47pF。
第一级滤波器和第二级滤波器通过硅通孔(TSV)结构相级联，TSV1、TSV2、TSV3结构尺寸完成相同，以TSV1为例，TSV1中金属铜的直径为2.8um，长度为100um，外侧二氧化硅直径为3um，长度为96um，内层金属铜的上下端分别比外层二氧化硅的高出2um。
实施例3
如图6所示，差分信号在高于12.06GHz时传输信号损耗小于-3dB，显示出良好的高频特性，两个传输零点的引入进一步拓展了通带带宽，分数带宽为92.8％。
该结构在共模信号抑制方面体现出显著优势：在频段12.04GHz-29.16GHz内，带内共模插入损耗Scc21大于10dB，12.72GHz-25.46GHz内，带内插入损耗Scc21大于20dB，13.75GHz-23.18GHz内，带内插入损耗Scc21大于40dB，不仅如此，该结构占据面积仅为0.18×0.15mm2，高性能的同时兼具小型化的要求。
Claims (8)
1.基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：包括从上至下依次设置的顶部RDL(1)、硅衬底(2)和底部RDL(3)，顶部RDL(1)与底部RDL(3)之间通过设置在硅衬底(2)中的TSV进行级联，顶部RDL(1)中设有第一级滤波器；底部RD L(3)中设有第二级滤波器。
2.根据权利要求1所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述第一级滤波器包括电感L1，电感L1的输入与电容C1输入连接，电感L1的输出与电容C3的输入连接；电感L2的输入与电容C1的输出连接，电感L2的输出与电容C3的输入连接；电感L3的输入与电容C2输入连接，电感L3的输出与电容C3的输入连接；电感L4的输入与电容C2的输出连接，电感L4的输出与电容C3的输入连接。
3.根据权利要求2所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述顶部RDL(1)包括顶部第一金属层和顶部第二金属层，顶部第一金属层放置接地电容C3，顶部第二金属层放置电感L1、电感L2、电感L3、电感L4以及电容C1、电容C2。
4.根据权利要求3所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述第二级滤波器包括电感L5，电感L5的输入与电容C4输入连接，电感L5的输出与电容C6的输入连接；电感L6的输入与电容C4的输出连接，电感L6的输出与电容C6的输入连接；电感L7的输入与电容C5输入连接，电感L7的输出与电容C6的输入连接；电感L8的输入与电容C5的输出连接，电感L8的输出与电容C6的输入连接。
5.根据权利要求4所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述底部RDL(3)中包括底部第一金属层和底部第二金属层，底部第一金属层放置接地电容C6，底部第二金属层放置电感L5、电感L6、电感L7、电感L8以及电容C4、电容C5。
6.根据权利要求5所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8均为螺旋电感。
7.根据权利要求5所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6均为叉指电容。
8.根据权利要求5所述的基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器，其特征在于：所述TSV包括TSV1、TSV2、TSV3，电感L2的下表面与电感L6的上表面之间通过TSV1连接；电感L4的下表面与电感L8的上表面之间通过TSV2连接；电容C3的下表面通过TSV3连接电容C6的上表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410681153.0A CN118508905A (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410681153.0A CN118508905A (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118508905A true CN118508905A (zh) | 2024-08-16 |
Family
ID=92240597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410681153.0A Pending CN118508905A (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118508905A (zh) |
-
2024
- 2024-05-29 CN CN202410681153.0A patent/CN118508905A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108198803B (zh) | 一种基于硅通孔技术的三维带通滤波器 | |
| CN110994087B (zh) | 一种高低通并联ltcc带阻滤波器 | |
| EP4246807A1 (en) | Band-pass filtering circuit and multiplexer | |
| CN103944525B (zh) | 一种ltcc高通滤波器 | |
| CN115459725A (zh) | 小型化带通滤波器及射频前端电路 | |
| WO2021042743A1 (zh) | 一种微型多层陶瓷带通滤波器 | |
| WO2024164584A1 (zh) | 一种小型化高选择性ipd带通滤波器及射频前端 | |
| US6091312A (en) | Semi-lumped bandstop filter | |
| CN212278205U (zh) | 一种新型带通滤波器 | |
| CN117118379A (zh) | 一种用于5g移动通信的小型化高性能ipd带通滤波器 | |
| CN118508905A (zh) | 基于三维集成的宽带高共模噪声抑制紧凑滤波器 | |
| CN109786905B (zh) | 带状线低通滤波器 | |
| CN116646698A (zh) | 一种集总-分布混合带通滤波器 | |
| US6064281A (en) | Semi-lumped bandpass filter | |
| CN115694394A (zh) | 一种适用于wifi 5g频段的ipd带通滤波器芯片 | |
| CN111262545B (zh) | 低通滤波器 | |
| CN114094968A (zh) | 一种端口匹配的ltcc带通滤波器 | |
| CN111555729A (zh) | 一种新型带通滤波器 | |
| CN219459030U (zh) | 拓扑结构、滤波器及通信设备 | |
| CN118381484B (zh) | 基于ipd工艺的超宽带无反射陷点滤波器 | |
| CN216531259U (zh) | 一种端口匹配的ltcc带通滤波器 | |
| CN218416335U (zh) | 一种具有多个传输零点的小型化ltcc带通滤波器 | |
| CN213717941U (zh) | 一种紧凑型片上带通滤波器 | |
| CN219181492U (zh) | 一种ltcc高通滤波器 | |
| CN216873170U (zh) | 一种基于ltcc工艺的高性能双工器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |