CN1578129A - 多层式陶瓷低通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种多层式陶瓷低通滤波器，其由九个介电基板堆叠而成。该堆叠的外表面为接地面，由上至下，最上面的四层形成一第一“金属层－绝缘层－金属层”电容，一四端口螺旋状的互耦线圈结构位于该堆叠的中间，而一第二“金属层－绝缘层－金属层”电容则形成于最下面的四层。该互耦线圈结构的第一端口连接于该第一电容，该互耦线圈结构的第四端口连接于该第二电容。该互耦线圈结构的第二端口以及第三端口位于该堆叠的两端，作为该多层式低通滤波器的输入端与输出端。

Description

多层式陶瓷低通滤波器
技术领域
本发明提供一种多层式陶瓷低通滤波器(multi-layer ceramic lowpassfilter)，尤指一种用于无线通讯终端装置的低通滤波器，该无线通讯终端装置可为便携式电话或是射频模组。
背景技术
无线通讯终端装置的发展趋势逐渐趋向微型化、省电化。为了满足这样的趋势，需要高效能的微型化低通滤波器。
请参阅图1以及图2，图1为现有低通滤波器8的示意图，图2为图1的低通滤波器8的等效电路图。滤波器8包含一电感4以及二电容3、5。滤波器8的缺点在于，滤波器8的电容3、5通常会有极大的电容值，尤其是在低频的应用环境时。也因此采用这种配置的低通滤波器对于讲求微型化的趋势来说是极不实用的。
请参阅图3以及图4，图3为另一现有低通滤波器10的示意图。图4为图3的低通滤波器10的等效电路图。低通滤波器10包含电感13、14、15以及电容16、17。串接的电容与电感的分支会导致一衰减极(attenuationpole)，该衰减极会在高频时增强寄生响应(spurious response)。由于串接的电感13、15的滤波器10，与图1的滤波器8相比，其电容16、17通常具有比较小的值，可是，从移动电话的角度来看，对使用在同一平面格式的滤波器10而言仍嫌太大。
发明内容
因此本发明的主要目的在提供一种微型化低通滤波器，其利用多层结构以具有非常宽广的抑制频宽。
本发明的滤波器由集总电容(lump capacitor)与螺旋状的互耦线圈(mutually coupled coil)所组成。该集总电容由一“金属-绝缘体-金属”(Metal-Insulation-Metal，MIM)结构所组成。本发明揭示一种互耦线圈(Mutually Coupled Coils，MCCs)的堆叠结构。此堆叠结构的优点在于将线圈间的磁耦合增加到最大以减少体积与降低磁损。减少体积不只有益于降低成本，并且因为具有较高的几何共振(geometric resonance)而有较好的截止频带(stopband)效能。
根据本发明的一方面，提供一种低通滤波器，其形成于一多层基底上，该低通滤波器包含：一第一“金属-绝缘体-金属”电容，其形成在该多层基底的至少两层中；至少一互耦合线圈结构，其包含三个线圈，一第一线圈以串联的方式电连接至该第一“金属-绝缘体-金属”电容，而一第二线圈则连接在该第一线圈与一第三线圈之间；以及一第二“金属-绝缘体-金属”电容，其形成于该多层基底的至少两层中，并且以串联的方式电连接至该第三线圈。
附图说明
图1为现有低通滤波器的示意图；
图2为图1的低通滤波器的等效电路图；
图3为另一现有低通滤波器的示意图；
图4为图3的低通滤波器的等效电路图；
图5为一互耦线圈的广义等效电路图；
图6为本发明中低通滤波器的一等效电路图；
图7为用来构成低通滤波器的多层陶瓷基底的分解图；
图8为本发明中低通滤波器的顶视图；
图9为本发明中低通滤波器的立体图；
图10为本发明中低通滤波器的侧视图。
附图标记说明
20  低通滤波器        22、26  接触节点
24、28  传导片        30、32  接触节点
34、38  传导片        36、40  接触节点
44、49  感应带        42、46  接触节点
48、50  接触节点      52、56  接触节点
58、60  传导片        62、64  接触节点
66、72  传导片        68、70  接触节点
74     接触节点    P1、P2     端口
L1-L3  线圈        Layer 1-10层1-层10
C1、C2 电容
具体实施方式
图5展示一互耦线圈的广义等效电路图。在本发明中，以n＝3的四端口(port)互耦合线圈结构19例示，其中端口2连接至端口3而端口4连接至端口5。
本发明低通滤波器的优选实施例由一多层陶瓷基底所构成，如低温共烧陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)基底。请参阅图6至图10。图6为本发明中低通滤波器20的一等效电路图。低通滤波器20包含线圈L1、L2、L3，电容C1、C2以及端口P1与P2。图7为用来构成低通滤波器20的多层陶瓷基底的分解图。图8至图10分别显示本发明中利用低温共烧陶瓷技术实现的低通滤波器20的三度空间顶视图、立体图与侧视图。
在图7中，该多层陶瓷基底具有十层，标示为层1到层10。层1到层4形成“金属层-绝缘层-金属层”(Metal-Insulation-Metal，MIM)电容C1，层5-层7形成所谓的互耦线圈(包含电感L1、L2、L3)，而层7-层10则形成MIM电容C2。以下将详述低通滤波器20的多层陶瓷基底的十层结构。
层1包括一接触节点(contact node)22与一传导片(conductive layer)24。层2包括接触节点26、30与一传导片28。层3包括接触节点32、36与一传导片34。层4包括一接触节点40与一传导片38。接触节点用来将一陶瓷基底层与另一陶瓷基底层透过垂直通道相连接。举例来说，接触节点22被连接到接触节点26与30。藉此达成连接传导片24与传导片34的目的。请注意接触节点26并未与传导片28电性连接。因此，传导片28未与传导片24及传导片34电性连接。同样地，接触节点30被连接到接触节点36与40，并因此连接传导片28与传导片38。如上所述，层1至层4形成电容C1。特别是，传导片24与34构成电容C1的一导电体(conductor)，而传导片28与38构成电容C1的另一导电体。
层5包含一感应带44。感应带44具有接触节点42、46以及端口P1，其如图6所示。线圈L1被形成于接触节点42与端口P1之间。层5的接触节点42连接层4的接触节点40以连接线圈L1至电容C1。层6具有一感应带49，感应带49具有接触节点48与50。接触节点46连接接触节点48以连接层5至层6。层7具有一感应带54，感应带54具有接触节点52、56以及端口P2。接触节点50连接接触节点52以连接层6至层7。线圈L2被形成于输入端口P1与输出端口P2之间，而线圈L3被形成于端口P2与接触节点56之间。最后，线圈L3连接电容C2于接触节点56。在本发明中，所有感应带44、49与54皆以螺旋形状实现。
如同电容C1，电容C2由四个传导片58、60、66与72所组成。传导片58与传导片66藉由接触节点56、64与70达成连接。同样地，传导片60与传导片72藉由接触节点62、68与74达成连接。因此，层7至层10构成电容C2。特别是，传导片58与66构成电容C2的一导电体，而传导片60与72构成电容C2的另一导电体。为了屏蔽低通滤波器20不受外部干扰，在层1与层10中的传导片24与72被接地以提供一保护接地层。
因为线圈L1、L2与L3被串联连接而无任何接地层隔开它们，互感将影响线圈L1、L2与L3的有效电感值。因此，L1eff＝L1+M12+M13，L2eff＝L2+M12+M23而L3eff＝L3+M13+M23。经由仔细的计算，线圈L1、L2与L3的有效电感值可被设计成所需的电感值。换句话说，在本发明中，线圈L1、L2与L3可被制造成小于具有同样有效电感值的现有电感器。举例来说，假设现有低通滤波器10需要L1′的电感值。在本发明中，L1eff＝L1′，而L1eff＝L1+M12+M13。因此，L1具有较L1′为低的电感值，并且可以较小的面积设置在低通滤波器20的多层陶瓷基底上。
与现有技术相比，本发明的低通滤波器具有两个主要优点。首先，可使用较小的电感器。如此可使在多层陶瓷基底的使用面积较小以形成较低导体损失的电感器。另外，在电感器之间不需要接地层，如此可简化低通滤波器的设计。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一低通滤波器，其形成于一多层基底上，该低通滤波器包含：
一第一“金属-绝缘体-金属”电容，其形成在该多层基底的至少两层中；
至少一互耦合线圈结构，其包含三个线圈，一第一线圈以串联的方式电连接至该第一“金属-绝缘体-金属”电容，而一第二线圈则连接在该第一线圈与一第三线圈之间；以及
一第二“金属-绝缘体-金属”电容，其形成于该多层基底的至少两层中，并且以串联的方式电连接至该第三线圈。
2.如权利要求1所述的低通滤波器，其中该第一集总电容的顶层与该第二集总电容的底层为接地层，以屏蔽该低通滤波器不受外部干扰。
3.如权利要求1所述的低通滤波器，其中该多层基底为一低温共烧陶瓷基底。
4.如权利要求1所述的低通滤波器，其中该互耦线圈为螺旋形状。
5.如权利要求4所述的低通滤波器，其中该螺旋形状的互耦线圈结构被设置成一堆叠结构。
6.如权利要求4所述的低通滤波器，其中该螺旋形状的互耦线圈结构为一四端口元件。
7.如权利要求4所述的低通滤波器，其中该螺旋形状的互耦线圈结构的旋转方向可为顺时针或逆时针方向。
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