JP2005203980A - Filter circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein it is difficult to realize a small-sized, high-performance balun-incorporated type filter circuit, since the occupancy area of filter components and the number of elements are large. <P>SOLUTION: The filter circuit is provided with two functions of a band-pass filter which passes a signal in a specified band (2.4 GHz band) and attenuates a signal in an adjacent band (lower than or equal to 1.9 GHz) and a balanced-to-unbalanced transforming circuit. The resonance circuit, consisting of L1 and C1 of an attenuation circuit part 2 forms an attenuation electrode of 1.9 GHz; but since L1 and C2 resonate in a signal pass band 2.4 GHz and capacitance can be replaced nearly with the C1, to realize its band-pass filter. Consequently, no capacitor element is no longer necessary to be installed at a node ND, and the value of the L1 can be made small. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、互いに電磁結合した第1および第2の結合線路を有し、いわゆるバラン(Bulun:平衡非平衡変換回路)の機能と帯域通過フィルタの機能とを併せ持つフィルタ回路(以下、バランスフィルタという)に関するものである。   The present invention includes a filter circuit (hereinafter referred to as a balance filter) having first and second coupling lines that are electromagnetically coupled to each other and having both a so-called balun (Bulun: balanced and unbalanced conversion circuit) function and a band-pass filter function. ).

結合線路を用いたバランスフィルタとしては従来様々なタイプがあるが、何れも、通過帯域の隣接周波数帯域の信号レベルを減衰させる減衰回路を備えている。
たとえば2.4GHz帯の信号を通過させ、隣接する1.9GHz帯の他の通信方式の電波の周波数域を減衰させる特性を有し、バランの機能を備えるフィルタとして、誘電体基板を積層させた構造のフィルタが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
Conventionally, there are various types of balance filters using a coupled line, and all of them include an attenuation circuit that attenuates the signal level in the adjacent frequency band of the pass band.
For example, a dielectric substrate is laminated as a filter having a characteristic of passing a 2.4 GHz band signal and attenuating the frequency band of a radio wave of another communication system adjacent to the 1.9 GHz band and having a balun function. A filter having a structure is known (for example, see Patent Document 1).

この特許文献1に記載された技術では、帯域通過フィルタ部として1/4波長の結合線路により共振器を形成し、さらに、バラン部にも3本の縦結合線路(ストリップライン)を用いているため必要な占有面積が広い。また、面積の小型化を図るために合計10枚程度の誘電体基板を積層させた構造を有する。
したがって、高周波回路素子数が多い上、高さ方向のサイズが大きく、その結果、部品コストも高いという欠点を有している。
特開2003−087008号公報
In the technique described in Patent Document 1, a resonator is formed by a ¼ wavelength coupled line as a band-pass filter unit, and three vertical coupled lines (strip lines) are also used in the balun unit. Therefore, the necessary occupation area is wide. Further, in order to reduce the area, it has a structure in which a total of about 10 dielectric substrates are laminated.
Therefore, the number of high-frequency circuit elements is large, and the size in the height direction is large.
JP 2003-087008 A

解決しようとする課題は、1/4波長の結合線路の共振器により形成されたフィルタ部の占有面積が大きく、また、高周波回路素子数が多いため、出来るだけ導電層を積層させないで高さ方向のサイズを抑制し、かつ面積が小さいバラン内蔵型の帯域通過フィルタ回路の実現が困難なことである。   The problem to be solved is that the area occupied by the filter part formed by the resonator of the 1/4 wavelength coupled line is large, and the number of high frequency circuit elements is large. It is difficult to realize a balun built-in bandpass filter circuit with a small area and a small area.

本発明に係るフィルタ回路は、互いに電磁結合した第1および第2の結合線路を有し、当該第1の結合線路側から入出力される非平衡信号と、第2の結合線路側から入出力される平衡信号とを相互に変換する平衡非平衡変換の機能と、通過帯域の隣接周波数帯域を減衰させる特性を有する帯域通過フィルタの機能とを併せ持つフィルタ回路であって、第1の結合線路に接続され、前記通過帯域の隣接周波数帯域の信号成分を減衰させる減衰回路部を有し、第1の結合線路のインダクタンスと並列共振回路を構成し、帯域通過フィルタの機能を実現するためのキャパシタンスが、前記通過帯域の周波数における減衰回路部のインピーダンスで実現されている。   The filter circuit according to the present invention includes first and second coupling lines that are electromagnetically coupled to each other, and includes an unbalanced signal input / output from the first coupling line side and an input / output from the second coupling line side. A filter circuit having both a function of balanced / unbalanced conversion for mutually converting a balanced signal to be converted and a function of a band-pass filter having a characteristic of attenuating an adjacent frequency band of a pass band. A capacitance circuit that is connected and has an attenuation circuit unit that attenuates a signal component in an adjacent frequency band of the pass band, constitutes a parallel resonance circuit with the inductance of the first coupled line, and has a capacitance for realizing the function of the band pass filter; This is realized by the impedance of the attenuation circuit section at the frequency of the pass band.

本発明は、好適に、前記減衰回路部が、前記非平衡信号の入出力端子と共通電位線との間に直列接続されたインダクタとキャパシタから構成され、前記通過帯域の隣接周波数域に減衰極を有する直列共振回路と、非平衡信号の入出力端子と前記第1の結合線路の一方側端との間に直列接続され、減衰極の前記通過帯域と反対側の信号成分を減衰させる遮断用のキャパシタとを有し、当該遮断用のキャパシタと前記直列共振回路のインダクタとが、通過帯域で共振する直列共振回路を構成する。
本発明は、好適に、前記2本の結合線路の結合部の長さが、前記通過帯域の中心周波数波長の1/4より短く設定され、当該長さの差分に応じて、前記帯域通過フィルタの機能を実現するためのキャパシタンスの大きさが設定されている。
In the present invention, it is preferable that the attenuation circuit unit includes an inductor and a capacitor connected in series between the input / output terminal of the unbalanced signal and a common potential line, and an attenuation pole is provided in an adjacent frequency region of the passband. A series resonance circuit having a non-equilibrium signal, and an input terminal for the unbalanced signal, and one end of the first coupling line, which are connected in series to attenuate a signal component on the opposite side of the passband of the attenuation pole. A series resonance circuit in which the blocking capacitor and the inductor of the series resonance circuit resonate in the passband.
In the present invention, preferably, the length of the coupling portion of the two coupled lines is set to be shorter than ¼ of the center frequency wavelength of the pass band, and the band pass filter is set according to the difference between the lengths. The size of the capacitance for realizing the function is set.

本発明は、好適に、少なくとも一方の主面が絶縁体からなる基板の当該主面に形成され、層間の誘電体層を介して積層された2層の導電層から前記減衰回路部の少なくともインダクタが構成されている。
本発明は、好適に、前記第1および第2の結合線路が同一の導電層から形成されている(エッジ結合または横結合)。あるいは、前記第1および第2の結合線路が異なる導電層から形成されている(ブロードサイド結合または縦結合)。
In the present invention, preferably, at least an inductor of the attenuation circuit section is formed from two conductive layers, each of which has at least one main surface formed on the main surface of the substrate made of an insulator, and is laminated via an interlayer dielectric layer. Is configured.
In the present invention, preferably, the first and second coupling lines are formed of the same conductive layer (edge coupling or lateral coupling). Alternatively, the first and second coupling lines are formed from different conductive layers (broadside coupling or vertical coupling).

本発明に係るフィルタ回路は、入力が非平衡信号で出力が平衡信号であってもよいし、逆に、入力が平衡信号で出力が非平衡信号であってもよい。相互に平衡非平衡変換が可能である。   In the filter circuit according to the present invention, the input may be an unbalanced signal and the output may be a balanced signal, or conversely, the input may be a balanced signal and the output may be an unbalanced signal. Mutually balanced / unbalanced conversion is possible.

以下、入力が非平衡で出力が平衡の場合で本発明の作用を述べる。非平衡信号の入出力端子から平衡信号の入力端子までの信号伝達経路に、減衰回路部、帯域通過フィルタ、平衡非平衡変換部(第1および第2の結合線路)が接続されている。これらは、基板表面の絶縁体の上に層間の誘電体層を介して形成された2層の導電層から形成されている。信号の伝送経路と基準電位線との間に、通過帯域の隣接周波数域に減衰極を有するLC直列共振回路が接続され、伝送経路に直列に遮断用のキャパシタが接続されている。遮断用のキャパシタに、帯域通過フィルタを構成するLC並列共振回路が接続されている。このLC並列共振回路のインダクタンスは第1の結合線路のインダクタンス成分が該当する。第1の結合線路は第2の結合線路と縦または横結合によって結合しており、第2の結合線路が非平衡信号の入出力端子に接続されている。   The operation of the present invention will be described below when the input is unbalanced and the output is balanced. An attenuation circuit unit, a band pass filter, and a balanced unbalanced conversion unit (first and second coupled lines) are connected to a signal transmission path from the input / output terminal of the unbalanced signal to the input terminal of the balanced signal. These are formed from two conductive layers formed on an insulator on the surface of a substrate via an interlayer dielectric layer. An LC series resonance circuit having an attenuation pole in the adjacent frequency band of the pass band is connected between the signal transmission path and the reference potential line, and a blocking capacitor is connected in series to the transmission path. An LC parallel resonance circuit constituting a band pass filter is connected to the blocking capacitor. The inductance of the LC parallel resonance circuit corresponds to the inductance component of the first coupled line. The first coupled line is coupled to the second coupled line by vertical or lateral coupling, and the second coupled line is connected to an input / output terminal for an unbalanced signal.

非平衡端子から入力された信号は、減衰回路部、帯域通過フィルタ、平衡非平衡変換部を通って平衡信号に変換され、平衡信号の入出力端子から出力される。このとき、帯域通過フィルタを構成するLC並列共振回路の通過帯域の周波数では、当該LC並列共振回路のインピーダンスが低くなるようにその定数が設定されている。また、この通過帯域の周波数では、通過帯域の隣接周波数域に減衰極を有するLC直列共振回路のインダクタンスと遮断用のキャパシタンスとからなる他のLC直列共振回路が共振条件を満たし、そのインピーダンスが低くなるように、それらの定数が設定されている。したがって、通過帯域の隣接周波数域に減衰極を有するLC直列共振回路のキャパシタンスと第1の結合線路が等価的に高周波短絡される。したがって、このときの減衰回路部のインピーダンスが容量性となって、帯域通過フィルタ(LC並列共振回路)のキャパシタンス成分として機能する。つまり本発明では、減衰回路部が帯域通過フィルタのキャパシタの機能を兼ね備え、帯域通過フィルタに専用のキャパシタが省略されている。
一方、通過帯域の隣接周波数域では帯域通過フィルタによる信号の減衰量が大きいうえ、さらに十分な減衰を行うために、減衰極を有するLC直列共振回路が発振してそのインピーダンスが低くなるため信号成分の大半が接地電位に落とされる。すなわち、この減衰極を有するLC直列共振回路が特定周波数のトラップ回路として機能する。また減衰極よりも、さらに通過帯域と離れた周波数領域は遮断用のキャパシタが機能して、この周波数領域の信号を遮断して結合線路への入力を阻止する。
The signal input from the unbalanced terminal is converted into a balanced signal through the attenuation circuit unit, the band pass filter, and the balanced unbalanced conversion unit, and is output from the input / output terminal of the balanced signal. At this time, the constant is set so that the impedance of the LC parallel resonant circuit is low at the frequency of the pass band of the LC parallel resonant circuit constituting the band pass filter. In addition, at this passband frequency, another LC series resonant circuit composed of an inductance and a blocking capacitance of an LC series resonant circuit having an attenuation pole in the adjacent frequency band of the passband satisfies the resonance condition, and its impedance is low. These constants are set so that Therefore, the capacitance of the LC series resonance circuit having the attenuation pole in the adjacent frequency band of the pass band and the first coupled line are equivalently high-frequency shorted. Therefore, the impedance of the attenuation circuit unit at this time becomes capacitive, and functions as a capacitance component of the band pass filter (LC parallel resonant circuit). That is, in the present invention, the attenuating circuit unit also has the function of a capacitor of the band pass filter, and a dedicated capacitor is omitted from the band pass filter.
On the other hand, in the adjacent frequency band of the pass band, the signal attenuation by the band pass filter is large, and in order to perform sufficient attenuation, the LC series resonance circuit having the attenuation pole oscillates and its impedance is lowered, so that the signal component Most of this is dropped to ground potential. That is, the LC series resonance circuit having the attenuation pole functions as a trap circuit having a specific frequency. Further, a cutoff capacitor functions in a frequency region further away from the pass band than the attenuation pole, thereby blocking the signal in this frequency region and preventing input to the coupled line.

本発明のフィルタ回路は、第1および第2の結合線路に帯域通過フィルタと平衡非平衡変換の機能を併せ持つため、それぞれ独立に結合線路を有する場合より、占有面積を小さくできる。しかも、帯域通過フィルタを構成するキャパシタンスが、通過帯域で容量性となる減衰回路部によって実現でき、当該キャパシタンスを実現する素子を独立して設ける必要がなく、その分、さらに占有面積が削減されている。また、これにともなって、通過帯域の隣接周波数域で減衰極を有するLC直列共振回路のインダクタンスもより小さくなり、その分、さらに占有面積が縮小できる。
このような小面積の構成を有することから、たとえば半導体基板などの基板上で層間が絶縁された2層の導電層からフィルタ回路が実現できる。
以上のより、面積的にも高さ方向のサイズ的にも小さく、実用上十分な特性を有するバラン内蔵型の帯域通過フィルタが本発明によって提供可能となる。
Since the filter circuit of the present invention has both the band-pass filter and the balanced / unbalanced conversion function in the first and second coupled lines, the occupied area can be reduced as compared with the case where the coupled lines are independently provided. In addition, the capacitance constituting the bandpass filter can be realized by an attenuation circuit unit that is capacitive in the passband, and it is not necessary to provide an element that realizes the capacitance independently, and the occupied area is further reduced accordingly. Yes. As a result, the inductance of the LC series resonance circuit having the attenuation pole in the adjacent frequency region of the pass band is also reduced, and the occupied area can be further reduced accordingly.
Since it has such a small area configuration, for example, a filter circuit can be realized from two conductive layers whose layers are insulated on a substrate such as a semiconductor substrate.
As described above, the present invention can provide a balun built-in bandpass filter that is small in area and size in the height direction and has practically sufficient characteristics.

図1(A)および図2(A)に本発明の実施の形態にかかるフィルタ回路の回路図、図1(B)および図2(B)にその断面の構成を示す。
フィルタ回路(バランスフィルタ)1は、減衰回路部2、結合線路3およびインピーダンス整合部4を有する。このうち結合線路3は同一の導電層から形成される、いわゆるエッジ結合または横結合と称されタイプと、異なる導電層で誘電体層を挟んで電磁結合する、いわゆるブロードサイド結合または縦結合と称されるタイプとの2つの実施態様がある。図1(A)と図1(B)に横結合タイプを示し、図2(A)と図2(B)に縦結合タイプを示す。両タイプは、この結合線路3の構造が異なるのみで他の構成は共通する。
1A and 2A are circuit diagrams of a filter circuit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 2B show cross-sectional configurations.
The filter circuit (balance filter) 1 includes an attenuation circuit unit 2, a coupled line 3, and an impedance matching unit 4. Of these, the coupling line 3 is formed of the same conductive layer, so-called edge coupling or lateral coupling, and the type is called so-called broad-side coupling or longitudinal coupling, in which a dielectric layer is sandwiched between different conductive layers. There are two embodiments with the type to be. 1A and 1B show the lateral coupling type, and FIGS. 2A and 2B show the vertical coupling type. Both types have the same structure except for the structure of the coupled line 3.

減衰回路部2は、いわゆるトラップ回路と称され、特定周波数、たとえば1.9GHz付近に減衰極を有するLC直列共振回路21と、低域遮断用キャパシタ22(キャパシタンス:C2)とを有する。トラップ回路21は、非平衡信号の入出力端子Tuと基準電位(接地電位)との間に接続されたインダクタ(インダクタンス:L1)23とキャパシタ(キャパシタンス:C1)24とから構成されている。低域遮断用キャパシタ22は信号線路に直列接続され、たとえば1.5GHz以下の低域の信号レベルを抑圧または遮断する。
結合線路3は、第1の結合線路CL1と第2の結合線路CL2とを有する。第1の結合線路CL1は低域遮断用キャパシタ22と接地電位との間に接続され、第2の結合線路CL2は2つの平衡信号の入出力端子Tb1とTb2の間に接続されている。
インピーダンス整合部4は抵抗なども含むが、図1では、2つの平衡信号の入出力端子Tb1とTb2の間に接続されているキャパシタ(キャパシタンス:C3)41のみを示す。
The attenuation circuit section 2 is called a so-called trap circuit, and includes an LC series resonance circuit 21 having an attenuation pole near a specific frequency, for example, 1.9 GHz, and a low-frequency cutoff capacitor 22 (capacitance: C2). The trap circuit 21 includes an inductor (inductance: L1) 23 and a capacitor (capacitance: C1) 24 connected between the input / output terminal Tu for the unbalanced signal and a reference potential (ground potential). The low-frequency cutoff capacitor 22 is connected in series to the signal line, and suppresses or cuts off a low-frequency signal level of, for example, 1.5 GHz or less.
The coupled line 3 includes a first coupled line CL1 and a second coupled line CL2. The first coupling line CL1 is connected between the low-frequency cutoff capacitor 22 and the ground potential, and the second coupling line CL2 is connected between the two balanced signal input / output terminals Tb1 and Tb2.
Although the impedance matching unit 4 includes a resistor and the like, FIG. 1 shows only a capacitor (capacitance: C3) 41 connected between the input / output terminals Tb1 and Tb2 for two balanced signals.

このような構成のバランスフィルタ1は、図1(B)および図2(B)に示すように、たとえば半絶縁性半導体基板、その他導電率が低い基板10上に絶縁性の層11を形成し、絶縁性の層11の上に層間の誘電体層12を介して形成された2層の導電層から形成されている。図1(B)および図2(B)では、インダクタ23と結合線路3の形成部分のみを示すが、他の構成はすべて一方の導電層、たとえば上層の導電層から形成されている。インダクタ23はスパイラル型として占有面積を出来るだけ小さくしている関係で1層では形成できず、たとえばスパイラルコイルの中央側端部からビアホール、下層の接続層および他のビアホールを介して、上層の導電層で形成されたキャパシタ24(C1)または22(C2)に接続させる必要がある。なお、このとき下層の接続層をさらに下層の導電層から形成して交差部分の寄生容量を減らすこともできる。   As shown in FIGS. 1B and 2B, the balance filter 1 having such a structure includes an insulating layer 11 formed on, for example, a semi-insulating semiconductor substrate or a substrate 10 having a low conductivity. The conductive layer is formed of two conductive layers formed on an insulating layer 11 with an interlayer dielectric layer 12 interposed therebetween. FIGS. 1B and 2B show only a portion where the inductor 23 and the coupled line 3 are formed, but all other structures are formed from one conductive layer, for example, the upper conductive layer. The inductor 23 is a spiral type and cannot be formed as a single layer because the area occupied is as small as possible. It is necessary to connect the capacitor 24 (C1) or 22 (C2) formed of the layers. At this time, a lower connection layer can be formed from a lower conductive layer to reduce the parasitic capacitance at the intersection.

図1(B)に示す横結合タイプでは、たとえば第1の結合線路CL1および第2の結合線路CL2が上層の導電層から形成され、所定間隔をおいて横並びに形成されている。これに対し、図2(B)に示す縦結合タイプでは、第1の結合線路CL1が上層の導電層から形成され、第2の結合線路CL2が下層の導電層から形成されている。何れのタイプにおいても結合線路幅は設計に依存し任意であり、両者で同じでも異なっていてもよい。また、結合が強すぎる場合は、結合線路幅方向に互いにずらして形成してもよい。   In the laterally coupled type shown in FIG. 1B, for example, the first coupled line CL1 and the second coupled line CL2 are formed from an upper conductive layer, and are formed side by side at a predetermined interval. On the other hand, in the vertical coupling type shown in FIG. 2B, the first coupling line CL1 is formed from an upper conductive layer, and the second coupling line CL2 is formed from a lower conductive layer. In any type, the coupled line width is arbitrary depending on the design, and both may be the same or different. If the coupling is too strong, the coupling lines may be shifted from each other in the width direction.

なお、断面構造のほかに平面パターンでも変更が可能である。たとえば、第2の結合線路CL2は、その長さ中央で分離し、その両端を自由開放端とすることもできる。   In addition to the cross-sectional structure, a planar pattern can be changed. For example, the second coupled line CL2 can be separated at the center of its length and both ends thereof can be free open ends.

つぎに、結合線路長について述べる。図3は、結合線路長の説明図である。
平衡非平衡変換のための結合線路は、通常、取り扱う高周波信号の中心周波数の1/4波長(λ/4)の線路長に設計される。ところが、図示のように、非平衡信号が入力される第1の結合線路CL1の反接地側端を波長短縮用のキャパシタ100(キャパシタンス:C4)によって接地電位に落とすことによって、このキャパシタの大きさC4に応じて各結合線路CL1、CL2の長さが短縮可能となる。
より詳細に述べると、結合線路を短くすればするほど中心周波数からずれた周波数帯域から先に信号損失の増大(変換効率の低下)が生じる。しかし、キャパシタンスC4と第1の結合線路CL1のインダクタンス成分との並列共振回路によって帯域通過フィルタ特性をもたせることができるので、中心周波数付近の通過帯域さえロスが少なければ、他の周波数領域で大きなロスが生じても実用上問題がない。このようにキャパシタ100(C4)の付加によって、波長を見かけ上短縮しても必要な周波数領域で特性を実用レベルで維持できることから、占有面積を小さくした結合線路の実現が可能となる。
Next, the coupled line length will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of the coupled line length.
A coupled line for balanced / unbalanced conversion is usually designed to have a line length of ¼ wavelength (λ / 4) of the center frequency of a high-frequency signal to be handled. However, as shown in the figure, the size of the first coupling line CL1 to which the unbalanced signal is input is reduced to the ground potential by the wavelength shortening capacitor 100 (capacitance: C4). Depending on C4, the length of each of the coupled lines CL1 and CL2 can be shortened.
More specifically, the shorter the coupled line, the greater the signal loss (decrease in conversion efficiency) from the frequency band shifted from the center frequency. However, since the band-pass filter characteristic can be provided by the parallel resonance circuit of the capacitance C4 and the inductance component of the first coupling line CL1, if there is little loss in the passband near the center frequency, a large loss is caused in other frequency regions. There is no practical problem even if this occurs. Thus, by adding the capacitor 100 (C4), the characteristics can be maintained at a practical level in a necessary frequency region even if the wavelength is apparently shortened, so that a coupled line with a small occupation area can be realized.

本実施の形態では、波長短縮用のキャパシタ100を回路構成としては省略する点に大きな特徴を有する。波長短縮用のキャパシタ100は、フィルタの帯域、結合線路の変換効率、結合線路部の占有面積などを総合的に考慮して、その定数C4が最適化される。一方で、前述したトラップ回路21や低域遮断用キャパシタ22の各定数も、それらの要求される特性に応じて設計する必要がある。通常の設計手法では、これら回路部ごとに特性を追い込んでから、回路部を統合したときの特性を見積もり、その後、最終的な目標特性がえられるように適宜、微調整を施す。   The present embodiment has a significant feature in that the wavelength shortening capacitor 100 is omitted as a circuit configuration. The constant C4 of the capacitor 100 for shortening the wavelength is optimized by comprehensively considering the band of the filter, the conversion efficiency of the coupled line, the occupied area of the coupled line portion, and the like. On the other hand, it is necessary to design the constants of the trap circuit 21 and the low-frequency cutoff capacitor 22 according to their required characteristics. In a normal design method, after investigating the characteristics for each of these circuit units, the characteristics when the circuit units are integrated are estimated, and then fine adjustment is performed as appropriate so that the final target characteristics can be obtained.

たとえばトラップ回路21では、減衰極で信号成分をトラップする周波数fは次式(1)で与えられ、トラップ回路用のインダクタ23およびキャパシタ24の各定数L1とC1は、トラップする周波数fに対して様々な組合せが考えられる。   For example, in the trap circuit 21, the frequency f for trapping the signal component at the attenuation pole is given by the following equation (1), and the constants L1 and C1 of the inductor 23 and the capacitor 24 for the trap circuit correspond to the trapping frequency f. Various combinations are possible.

[式1]
f=1/2π√LC …(1)
[Formula 1]
f = 1 / 2π√LC (1)

しかし、上記のように各部分を個別に設計する場合は、トラップする周波数以外の帯域で他の部分への影響を少なくする機能(阻止機能)を持たせるように、トラップ回路21のインダクタンスL1を出来るだけ大きくする。しかし、一般的にフィルタ用の高いQ値のインダクタは占有面積が大きく、インダクタンスL1を大きくする事は回路の小型化の障害になる。また、前述した結合線路部の波長短縮用のキャパシタンスC4が余り大きいと、結合線路長を短くした効果を著しく阻害し、回路の小型化の障害となる。   However, when each part is designed individually as described above, the inductance L1 of the trap circuit 21 is set so as to have a function (blocking function) for reducing the influence on other parts in a band other than the trapping frequency. Make it as large as possible. However, in general, an inductor having a high Q value for a filter occupies a large area, and increasing the inductance L1 is an obstacle to circuit miniaturization. Further, if the above-described capacitance C4 for shortening the wavelength of the coupled line portion is too large, the effect of shortening the coupled line length is significantly hindered, which becomes an obstacle to circuit miniaturization.

本実施の形態では、バラン内蔵型のバランスフィルタの各部分を個別に設計するのではなく、トラップ回路21、低域遮断用キャパシタ22(C2)および結合線路CL1、CL2の各回路定数を総合的に最適化する。その結果として、波長短縮用のキャパシタ100(C4)を追加せずにインダクタ23(L1)および結合線路CL1、CL2を小型にし、バランスフィルタ全体の占有面積を縮小する。   In the present embodiment, each part of the balance filter with a built-in balun is not designed individually, but the circuit constants of the trap circuit 21, the low-frequency cutoff capacitor 22 (C2), and the coupling lines CL1 and CL2 are comprehensively determined. Optimize to. As a result, the inductor 23 (L1) and the coupling lines CL1 and CL2 are downsized without adding the wavelength shortening capacitor 100 (C4), and the occupied area of the entire balance filter is reduced.

これを実現するためには、まず、波長短縮用のキャパシタ100(C4)の機能を、図1(A)、図2(A)に示す減衰回路部2で代替させる。つまり、図3でキャパシタ100が接続されていた第1の結合線路CL1に非平衡信号が入力されるノードNDから見ると、接地線との間に2つのキャパシタ22(C2)と24(C1)が接続され、さらに、その間にインダクタ23(L1)が接続されている。このうちインダクタ23(L1)とキャパシタ22(C2)が、この経路のLC直列共振回路を構成することから、その共振周波数を前述した第1の結合線路CL1が備える帯域通過フィルタの帯域(たとえば、2.4GHz帯)に適合させるように、インダクタ23とキャパシタ22の各定数L1とC2を設定する。その結果、帯域通過フィルタの帯域では、インダクタ23とキャパシタ22からなるLC直列共振回路のインピーダンスが低くなるため、見かけ上、ノードNDとトラップ回路のキャパシタ24が高周波短絡に近い状態となる。したがって、この高周波短絡用のLC直列共振回路のロスを加味してキャパシタ24の定数C1を最適化すれば、これが波長短絡用(あるいは通過帯域フィルタ用)のキャパシタ100(C4)の代わりに機能する。   In order to realize this, first, the function of the wavelength shortening capacitor 100 (C4) is replaced by the attenuation circuit unit 2 shown in FIGS. 1 (A) and 2 (A). That is, when viewed from the node ND where the unbalanced signal is input to the first coupling line CL1 to which the capacitor 100 is connected in FIG. 3, the two capacitors 22 (C2) and 24 (C1) are connected to the ground line. Are connected, and an inductor 23 (L1) is connected between them. Of these, the inductor 23 (L1) and the capacitor 22 (C2) constitute an LC series resonance circuit of this path, and therefore the resonance frequency of the band-pass filter provided in the first coupling line CL1 (for example, The constants L1 and C2 of the inductor 23 and the capacitor 22 are set so as to be adapted to the 2.4 GHz band. As a result, in the band of the band pass filter, the impedance of the LC series resonance circuit composed of the inductor 23 and the capacitor 22 becomes low, so that the node ND and the capacitor 24 of the trap circuit seem to be close to a high frequency short circuit. Therefore, if the constant C1 of the capacitor 24 is optimized in consideration of the loss of the LC series resonance circuit for high frequency short circuit, this functions in place of the capacitor 100 (C4) for wavelength short circuit (or for the passband filter). .

このときキャパシタ22は低域遮断の役目を果たす必要があるが、
一般に、低域遮断用キャパシタはトラップ回路のように特定の周波数に作用するものではないために定数設定の自由度が高い。また、トラップ回路のインダクタ23(L1)はノードNDとキャパシタ24を高周波短絡に近い状態にする直列共振回路で定数が決まり、そのインダクタンスL1は小さい向きに変化する。このときインダクタンスL1のQ値を同等とするために、定数設定の自由度が高い低域遮断用キャパシタ22を調整することによって、総合的に隣接周波数域の減衰特性が得られるように最適化できる。結果として、インダクタ23(L1)を小型化でき、かつ、キャパシタ100(C4)を回路構成要素として省略できる。
At this time, the capacitor 22 needs to play a role of low-frequency cutoff.
In general, a low-frequency cutoff capacitor does not act on a specific frequency unlike a trap circuit, and therefore has a high degree of freedom in setting a constant. Further, the inductor 23 (L1) of the trap circuit is a series resonance circuit that brings the node ND and the capacitor 24 close to a high frequency short circuit, and its constant is determined, and its inductance L1 changes in a small direction. At this time, in order to make the Q values of the inductances L1 equal, by adjusting the low-frequency cutoff capacitor 22 having a high degree of freedom in setting constants, it is possible to optimize so that attenuation characteristics in the adjacent frequency range can be obtained comprehensively. . As a result, the inductor 23 (L1) can be reduced in size, and the capacitor 100 (C4) can be omitted as a circuit component.

図4にキャパシタ100(C4)を付加した回路設計例と、省略した回路設計例を示す。図4(A)に示す定数の回路をベースにして上述した調整方法によりキャパシタ100(C4)を省略した回路の定数の具体的数値例を図4(B)に示している。
信号通過帯域でキャパシタンスC4=2pFの代替となるキャパシタンスC1が2.5pFとほぼ同じレベルの値を有する。また、このとき高周波短絡を実現するインダクタンスL1とキャパシタンスC1の値が、それぞれ9nHから2.5nH、1pFから2.5pFに変化している。その結果、キャパシタ100(C4)が不要となり、占有面積が大きなインダクタ23(L1)の面積を大幅に削減できる。なお、他のキャパシタは2.5倍から3.5倍ほど値が増えているが、キャパシタはインダクタに比べて面積が小さいことから、それにより全体の面積増大は僅かである。
FIG. 4 shows a circuit design example with the capacitor 100 (C4) added and a circuit design example omitted. FIG. 4B shows a specific numerical example of the constant of the circuit in which the capacitor 100 (C4) is omitted by the adjustment method described above based on the constant circuit shown in FIG.
Capacitance C1, which is an alternative to capacitance C4 = 2pF in the signal passband, has a value of approximately the same level as 2.5pF. At this time, the values of the inductance L1 and the capacitance C1 for realizing the high-frequency short circuit are changed from 9 nH to 2.5 nH and from 1 pF to 2.5 pF, respectively. As a result, the capacitor 100 (C4) is not required, and the area of the inductor 23 (L1) having a large occupied area can be greatly reduced. Although the value of other capacitors is increased from 2.5 times to 3.5 times, the area of the capacitor is smaller than that of the inductor, so that the total area increase is slight.

図5(A)に図4(A)に示す回路の周波数特性、図5(B)に図4(B)に示す回路の周波数特性(シミュレーション結果)をそれぞれ示す。
これらのグラフから、2.4GHz帯の信号通過帯域のロス、1.9GHz付近の隣接周波数帯域の極減衰幅、1.5GHz以下の低域減衰幅など、両者の特性がほぼ同一という結果が得られている。
FIG. 5A shows the frequency characteristics of the circuit shown in FIG. 4A, and FIG. 5B shows the frequency characteristics (simulation results) of the circuit shown in FIG. 4B.
These graphs show that the characteristics of the two are almost the same, such as the loss of the signal passband in the 2.4 GHz band, the polar attenuation width of the adjacent frequency band near 1.9 GHz, and the low frequency attenuation width of 1.5 GHz or less. It has been.

本発明の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
第1に、トラップ回路用のインダクタ23(L1)が小型化できることにより、バランスフィルタの面積を大幅に縮小できる。たとえば、上記例では、トラップ回路のインダクタンスL1が従来方法の1/3以下になっている。インダクタンスにおいては、Q値が同等な場合はインダクタンスの値はほぼ面積に比例しており、この例においてはトラップ回路のインダクタ23(L1)の面積を1/3以下することができる。
According to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
First, since the inductor 23 (L1) for the trap circuit can be reduced in size, the area of the balance filter can be greatly reduced. For example, in the above example, the inductance L1 of the trap circuit is 1/3 or less of the conventional method. In the inductance, when the Q values are the same, the inductance value is substantially proportional to the area. In this example, the area of the inductor 23 (L1) of the trap circuit can be reduced to 1/3 or less.

第2に、波長短縮用キャパシタ100(C4)が不要になり、その分、バランスフィルタの占有面積を縮小できる。なお、上記例のように他のキャパシタの値が増えることもありうる。ところが、キャパシタ22(C2)や24(C1)はインダクタ23を結合線路CL1、CL2と離す必要から、それらの配置スペースは元々十分に取れており、これらキャパシタンス値C1、C2が多少増えても全体の面積増大要因とならない。それに対し、結合線路CL1近傍に配置させる波長短縮用のキャパシタ100(C4)の周囲には素子が密集しており、このキャパシタ100(C4)が省略できると、その分だけ全体の面積も削減できる。   Second, the wavelength shortening capacitor 100 (C4) becomes unnecessary, and the area occupied by the balance filter can be reduced accordingly. In addition, the value of another capacitor may increase like the said example. However, since the capacitors 22 (C2) and 24 (C1) need to separate the inductor 23 from the coupling lines CL1 and CL2, the space for their arrangement is originally sufficient. Even if the capacitance values C1 and C2 increase slightly, the entire capacity is increased. It does not become an increase factor of On the other hand, elements are densely packed around the wavelength shortening capacitor 100 (C4) arranged in the vicinity of the coupling line CL1, and if the capacitor 100 (C4) can be omitted, the entire area can be reduced accordingly. .

第3に、トラップ回路用のインダクタ23(L1)の小型化および波長短縮用キャパシタ100(C4)が不要になることにより、その分だけ、より高いQ値のインダクタ23(L1)を利用でき、結果としてフィルタ性能の向上が可能である。
第4に、トラップ回路用のインダクタ23(L1)の小型化および波長短縮用キャパシタ100(C4)が不要になることにより、その分だけ、結合線路CL1、CL2をより大きくすることができ、結果としてフィルタ性能の向上が可能である。
第5に、回路素子数が減少することにより、素子配置の自由度が向上する。
Third, since the inductor 23 (L1) for the trap circuit is reduced in size and the wavelength shortening capacitor 100 (C4) is not required, the inductor 23 (L1) having a higher Q factor can be used. As a result, the filter performance can be improved.
Fourth, since the inductor 23 (L1) for the trap circuit is reduced in size and the wavelength shortening capacitor 100 (C4) is not required, the coupling lines CL1 and CL2 can be made larger by that much. As a result, the filter performance can be improved.
Fifth, since the number of circuit elements is reduced, the degree of freedom in element arrangement is improved.

(A)は本発明の実施の形態にかかるバランスフィルタの回路図、(B)は横結合タイプの結合線路とインダクタの断面図である。1A is a circuit diagram of a balance filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a laterally coupled type coupled line and an inductor. (A)は本発明の実施の形態にかかるバランスフィルタの回路図、(B)は縦結合タイプの結合線路とインダクタの断面図である。1A is a circuit diagram of a balance filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a longitudinally coupled type coupling line and an inductor. 結合線路長の説明図である。It is explanatory drawing of coupled line length. (A)は波長短縮用のキャパシタを付加した回路設計例を示す図、(B)は当該キャパシタを省略した回路設計例を示す図である。(A) is a figure which shows the circuit design example which added the capacitor for wavelength shortening, (B) is a figure which shows the circuit design example which abbreviate | omitted the said capacitor. (A)は図4(A)に示す回路の周波数特性(シミュレーション結果)を示すグラフ、(B)は図4(B)に示す回路の周波数特性(シミュレーション結果)を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing the frequency characteristic (simulation result) of the circuit shown in FIG. 4A, and FIG. 5B is a graph showing the frequency characteristic (simulation result) of the circuit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…バランスフィルタ、2…減衰回路部、3…結合線路部、4…インピーダンス調整部、10…基板、11…絶縁性の層、12…層間絶縁層、21…トラップ回路、22…低域遮断用キャパシタ、23…インダクタ、24,41…キャパシタ、100…波長短縮用キャパシタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Balance filter, 2 ... Attenuation circuit part, 3 ... Coupling line part, 4 ... Impedance adjustment part, 10 ... Board | substrate, 11 ... Insulating layer, 12 ... Interlayer insulation layer, 21 ... Trap circuit, 22 ... Low-pass cutoff Capacitor, 23... Inductor, 24, 41... Capacitor, 100.

Claims (6)

互いに電磁結合した第1および第2の結合線路を有し、当該第1の結合線路側から入出力される非平衡信号と、第2の結合線路側から入出力される平衡信号とを相互に変換する平衡非平衡変換の機能と、通過帯域の隣接周波数帯域を減衰させる特性を有する帯域通過フィルタの機能とを併せ持つフィルタ回路であって、
第1の結合線路に接続され、前記通過帯域の隣接周波数帯域の信号成分を減衰させる減衰回路部を有し、
第1の結合線路のインダクタンスと並列共振回路を構成し、帯域通過フィルタの機能を実現するためのキャパシタンスが、前記通過帯域の周波数における減衰回路部のインピーダンスで実現されている
フィルタ回路。
First and second coupling lines electromagnetically coupled to each other, and an unbalanced signal input / output from / to the first coupling line side and a balanced signal input / output from the second coupling line side to each other A filter circuit having both a function of balanced / unbalanced conversion for conversion and a function of a band pass filter having a characteristic of attenuating an adjacent frequency band of the pass band,
An attenuation circuit unit connected to the first coupling line, for attenuating a signal component in an adjacent frequency band of the pass band;
A filter circuit that forms a parallel resonance circuit with the inductance of the first coupled line, and that realizes the function of the band-pass filter by the impedance of the attenuation circuit unit at the frequency of the pass band.
前記減衰回路部が、
前記非平衡信号の入出力端子と共通電位線との間に直列接続されたインダクタとキャパシタから構成され、前記通過帯域の隣接周波数域に減衰極を有する直列共振回路と、
非平衡信号の入出力端子と前記第1の結合線路の一方側端との間に直列接続され、減衰極の前記通過帯域と反対側の信号成分を減衰させる遮断用のキャパシタとを有し、
当該遮断用のキャパシタと前記直列共振回路のインダクタとが、通過帯域で共振する直列共振回路を構成する
請求項1に記載のフィルタ回路。
The attenuation circuit section is
A series resonant circuit including an inductor and a capacitor connected in series between the input / output terminal of the unbalanced signal and a common potential line, and having an attenuation pole in an adjacent frequency region of the passband;
A blocking capacitor that is connected in series between the input / output terminal of the unbalanced signal and one end of the first coupled line, and that attenuates the signal component on the side opposite to the passband of the attenuation pole;
The filter circuit according to claim 1, wherein the blocking capacitor and the inductor of the series resonance circuit constitute a series resonance circuit that resonates in a pass band.
前記2本の結合線路の結合部の長さが、前記通過帯域の中心周波数波長の1/4より短く設定され、当該長さの差分に応じて、前記帯域通過フィルタの機能を実現するためのキャパシタンスの大きさが設定されている
請求項1に記載のフィルタ回路。
The length of the coupling part of the two coupled lines is set to be shorter than ¼ of the center frequency wavelength of the passband, and the function of the bandpass filter is realized according to the difference between the lengths. The filter circuit according to claim 1, wherein the magnitude of the capacitance is set.
少なくとも一方の主面が絶縁体からなる基板の当該主面に形成され、層間の誘電体層を介して積層された2層の導電層から前記減衰回路部の少なくともインダクタが構成されている
請求項1に記載のフィルタ回路。
At least one main surface is formed on the main surface of a substrate made of an insulator, and at least an inductor of the attenuation circuit unit is constituted by two conductive layers stacked via an interlayer dielectric layer. 2. The filter circuit according to 1.
前記第1および第2の結合線路が同一の導電層から形成されている
請求項4に記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 4, wherein the first and second coupled lines are formed of the same conductive layer.
前記第1および第2の結合線路が異なる導電層から形成されている
請求項4に記載のフィルタ回路。

The filter circuit according to claim 4, wherein the first and second coupling lines are formed of different conductive layers.

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