TWI517570B - LC filter circuit and high frequency module - Google Patents

Description

LC濾波器電路及高頻模組

本發明係關於一種具備LC並列諧振電路之LC濾波器電路及高頻模組。

在行動電話等移動體通訊機器，使用小型且低損耗且量產性優異之積層型濾波器電路(例如，參照專利文獻1)。圖1係專利文獻1所使用之LC濾波器電路之電路圖。

圖1所示之電路，在將第1輸出入端子P1及第2輸出入端子P2加以連接之訊號線與接地之間，插入有以電感器L11與電容器C11構成之LC並列諧振電路。LC並列諧振電路具有在該諧振電路之諧振頻率電路阻抗成為最大(無限大)之阻抗特性，因此能利用此使包含該諧振頻率之頻帶之訊號通過。

專利文獻1：日本特開2003-258587號公報

如上述，在形成使特定頻帶通過之濾波器電路之情形，藉由實現在特定頻帶(通帶)之端獲得急速衰減之特性(以下，將此種特性稱為急速衰減特性)，可防止通帶寬度不必要地變寬。藉由實現此種特性，例如，即使欲使之通過之通訊訊號與欲使之衰減之通訊訊號之帶域接近，亦可僅使欲使之通過之通訊訊號通過。

然而，在使用包含圖1之LC並列諧振電路之濾波器電路之情形，藉由使電容器C11之電容變高能使衰減特性變 急速，但通帶之衰減量亦增加，插入損耗變大。另一方面，藉由使電感器L11之電感變高能使插入損耗變小，但此情形，衰減特性變緩和，3dB帶域寬度變廣。因此，在圖1所示之習知濾波器電路，無法實現能將使用帶域接近之通訊訊號彼此確實地分離之濾波器。

再者，為了使電感器L11之電感變高，必須要使電感器L11之導體之匝數變多等之設計變更，必然地會有電路尺寸變大之傾向。因此，在電感具有上限之情形，就電路尺寸而言，必需使插入損耗犧牲某種程度。

有鑑於上述問題，本發明之目的在於提供一種插入損耗低且可獲得急速衰減特性之小型LC濾波器電路及高頻模組。

本發明之LC濾波器電路，具備：第1電感器，第1端部連接於將第1輸出入端子與第2輸出入端子加以連結之訊號線；以及LC並列電路，由第2電感器及並聯於該第2電感器之電容器構成。第1電感器與第2電感器係配置成磁場耦合。LC並列電路之第2電感器與電容器之一方之連接點係接地。

在此構成，第1電感器與構成LC並列電路之第2電感器磁場耦合，藉此形成交互電感器。藉此，僅以第1電感器、第2電感器、及電容器之三個電路元件即可構成由第1電感器、第2電感器、交互電感器、及電容器之四個電路元件構成之濾波器電路。是以，不使實際形成在積層體之電路元件數增加即可實現僅以一個電感器與一個LC並列電 路之組合無法實現之衰減特性或衰減極。

又，本發明之LC濾波器電路中，較佳為，第1電感器之與第1端部相反側之第2端部係接地或透過電容器、電感器等元件接地。

在此構成，顯示具體之LC濾波器電路之一例。在此構成，在訊號線與接地之間連接有第1電感器，成為LC並列電路之第2電感器與此第1電感器磁場耦合之電路構成。藉由此種電路構成，可構成以特定頻帶作為通帶且較該通帶高頻側及低頻側成為衰減帶域之濾波器。此外，如後述，藉由適當設定各電路元件，使低頻側之衰減特性急速傾斜，可實現在通帶之高頻側具有衰減極之特性。亦即，能實現可防止通帶寬度不必要地變寬且增加在通帶兩端之衰減量之濾波器電路。

又，本發明之LC濾波器電路中，較佳為，第2電感器之電感大於第1電感器之電感。

在此構成，能更有效地實現上述特性。

又，本發明之LC濾波器電路中，較佳為，電容器為第2電感器之寄生電容器。

在此構成，進一步地，電容器實際上亦不形成在積層體，可實現在電路上。藉此，可進一步小型化。

又，本發明之高頻模組，由LC濾波器電路之構成構成。高頻模組，具備：積層體，積層有複數個電介質層；以及導電圖案，設在電介質層，形成第1電感器、第2電感器及電容器。較佳為，形成第1電感器之導電圖案與形成第2 電感器之導電圖案沿著積層體之積層方向至少一部分對向。

在此構成，顯示上述濾波器電路構成之高頻模組之具體構造例。

又，本發明之高頻模組，具有複數個LC濾波器電路之構成。高頻模組，具備：積層體，積層有複數個電介質層；以及導電圖案，設在電介質層，形成第1電感器、第2電感器及電容器。較佳為，形成第1電感器之導電圖案與形成第2電感器之導電圖案，在複數個LC濾波器電路之各個，沿著積層體之積層方向至少一部分對向。

在此構成，顯示複數個上述濾波器電路構成之高頻模組之具體構造例。

根據本發明，能以簡單電路構成且小型地形成插入損耗低且可獲得急速衰減特性之LC濾波器電路。

參照圖式說明本發明第1實施形態之濾波器電路。圖2係第1實施形態之LC濾波器電路1之電路圖。

LC濾波器電路1具備第1輸出入端子P1與第2輸出入端子P2。第1輸出入端子P1與第2輸出入端子P2係以訊號線100連接。第1電感器101，第1端連接於訊號線100，與第1端相反側之第2端連接於接地(被接地)。第1電感器101之電感為L1。

第2電感器102之第1端與電容器103之第1端連接，第2電感器102之第2端與電容器103之第2端連接。藉 此，構成第2電感器102與電容器103之LC並列電路10。LC並列電路10之第2電感器102與電容器103之第2端彼此之連接點係連接於接地。第2電感器102之電感為L2，電容器103之電容為C1。

第1電感器101與第2電感器102係配置成藉由後述積層體內之構造磁場耦合。藉此，在第1電感器101與第2電感器102之間產生交互電感M。此時，第1電感器101與第2電感器102係以藉由磁場耦合使交互電感以-M作用於各電感器之方式配置。

此種構成之LC濾波器電路1具有下述傳送特性(通過特性(S(2,1)及反射特性S(1,1))。圖3(A)係第1實施形態之LC濾波器電路1之傳送特性圖，圖3(B)係圖2所示之習知LC濾波器電路之傳送特性圖。此外，圖3(A)、圖3(B)係模擬結果，設定成2.5GHz成為通帶之中心頻率。

作為具體之元件值之設定，係使用下述設定。

圖3(A)，第1、第2輸出入端子P1,P2設定成50 Ω終端，第1電感器101之電感L1設定成1.0nH，第2電感器102之電感L2設定成8.0nH，第1、第2電感器101,102之內部電阻設定成10 Ω。又，電容器103之電容C1設定成0.5pF，由電感器102與電容器103構成之並列電路之內部電阻設定成10 Ω。又，圖3(B)，電感設定成1nH，電容設定成6.0pF。

若使用本實施形態之構成，則如圖3(A)所示，能使通帶之頻率變窄，在通帶之低頻側與高頻側可實現急速之衰 減特性。尤其是，在高頻側可形成衰減極。此外，在此構成，3dB帶域寬度為640MHz。此處，3dB帶域寬度係表示以通過損耗最小之頻率之衰減量為基準、成為-3dB之衰減量之頻率範圍。又，插入損耗IL為0.56dB。

另一方面，使用習知構成之情形，如圖3(B)所示，通帶之頻寬變廣，通帶之低頻側與高頻側之兩方成為緩和之衰減特性。此外，在此習知構成，3dB帶域寬度為1980MHz，插入損耗為1.53dB。

如上述，若使用本實施形態之構成，則可實現通帶作為狹帶域且在通帶之低頻側與高頻側獲得急速衰減特性且插入損耗小之LC濾波器電路。亦即，可實現傳送特性優異之LC濾波器電路。尤其是，以供構裝該LC濾波器電路之通訊模組收發高頻側之衰減極。若設定成與利用相鄰頻率之其他通訊訊號之頻帶大致一致，則可充分地確保在收發二種通訊訊號之收發電路間之隔離。

其原因可認為是，本實施形態之LC濾波器電路1與下述等效電路為相同電路構成而可實現。LC濾波器電路1，藉由第1電感器101與第2電感器102之電磁場耦合，可視為圖4所示之等效電路。圖4係考量第1實施形態之LC濾波器電路1之交互電感M之等效電路圖。

作為等效電路之LC濾波器電路1，由電感(L1-M)構成之電感器111之第1端連接於訊號線。在此電感器111之第2端連接有由電感M構成之電感器113之第1端與由電感(L2-M)構成之電感器112之第1端。在電感器112之第2 端連接有由電容C1構成之電容器103之第1端。電感器113之第2端與電容器103之第2端係連接於接地。藉此，構成電感(L2-M)之電感器112及電容器103之LC串列電路與電感M之電感器113之並列電路。

在此種電路構成，在通帶之低頻側，第1電感器101與第2電感器102之磁場耦合較弱，直接連接於訊號線之第1電感器大幅有助於LC濾波器電路1之傳送特性。此外，由於低頻且第1電感L1小於第2電感L2且值小，因此從訊號線100透過第1電感器101連接至接地之電路之阻抗亦較小。因此，在訊號線100傳送之訊號成為容易透過第1電感器101往接地流動之特性。藉此，在通帶之低頻側形成具有既定衰減量及衰減特性之衰減域。

接著，在通帶必須考量交互電感M之存在，交互電感M之電感器113與電感(L2-M)之電感112及電容C1之電容器103之並列諧振電路大幅有助於LC濾波器電路1之傳送特性。在並列諧振電路之諧振頻率，並列電路之阻抗成為最大。因此，在通帶，若從訊號線100觀察接地側，則可視為電感(L1-M)之電感器111與具有大阻抗之並列諧振電路連接。藉此，在通帶，在與此諧振頻率對應之頻帶，可視為較大阻抗從訊號線100連接於接地側，通訊訊號未衰減地在第1、第2輸出入端子間傳送。再者，交互電感M無導體損耗，因此並列諧振電路之Q值非常高。是以，可實現狹帶域且通帶內之衰減少之濾波器。

接著，在較通帶高頻側，必須考量交互電感M之存在， 由電感(L1-M)之電感器111、電感(L2-M)之電感器112、及電容C1之電容器構成之串列諧振電路大幅有助於LC濾波器電路1之傳送特性。在串列諧振電路之諧振頻率，阻抗成為最小，在諧振頻率，通訊訊號幾乎流往接地。是以，在第1、第2輸出入端子間，通訊訊號幾乎不傳送。藉由將此諧振頻率設定成與通帶之高頻側之附近、尤其是相鄰其他之通訊訊號之頻率大致一致，能使高頻側之衰減特性提升。

此外，如上述，藉由以上述電路構成實現LC濾波器電路1，能由第1電感器101、第2電感器102、電容器103之三個電路元件實現電感器111、電感器112,113、電容器103之四個電路元件之電路。亦即，僅在積層體形成三個電路元件即可實現以四個電路元件構成之LC濾波器電路10。藉此，相較於將四個電路元件形成在積層體之情形，可小型化。

如上述，藉由使用本實施形態之構成，能小型地實現通帶狹窄、衰減特性優異、插入損耗低之LC濾波器電路。

接著，參照圖式說明本發明第2實施形態之LC濾波器電路。圖5係第2實施形態之LC濾波器電路1A之電路圖。本實施形態之LC濾波器電路1A之構成具備二個第1實施形態所示之利用交互電感之LC濾波器電路1。

在第1輸出入端子P1與第2輸出入端子P2之間，從第1輸出入端子P1側串聯有電容器105、電感器104、電容器106。

電容器105與電感器104之連接點係透過電感器101A、電容器200連接於接地。電感器102A係以與電感器101A磁場耦合產生交互電感M1之方式形成配置。此時，電感器101A與電感器102A係以藉由磁場耦合使交互電感以-M1作用於各電感器之方式配置。電容器103A之第1端連接於電感器102A之第1端，電容器103A之第2端連接於電感器102A之第2端。藉此，構成電感器102A與電容器103A之並列電路。電感器102A及電容器103A之各第2端係透過電容器200連接於接地。

電感器104與電容器106之連接點係透過電感器101B、電容器200連接於接地。電感器102B係以與電感器101B磁場耦合產生交互電感M2之方式形成配置。此時，電感器101B與電感器102B係以藉由磁場耦合使交互電感以-M2作用於各電感器之方式配置。電容器103B之第1端連接於電感器102B之第1端，電容器103B之第2端連接於電感器102B之第2端。藉此，構成電感器102B與電容器103B之並列電路。電感器102B及電容器103B之各第2端係透過電容器200連接於接地。

此處，電感器101A,101B相當於上述第1電感器，電感器102A,102B相當於上述第2電感器。

此種構成之LC濾波器電路1A具有下述傳送特性(通過特性(S(2,1)及反射特性S(1,1))。圖6係第2實施形態之LC濾波器電路1A之傳送特性圖。此外，圖6係實驗結果，設定成2.4GHz附近成為通帶之中心頻率。

如圖6所示，藉由使用本實施形態構成之LC濾波器電路1A，可實現插入損耗未惡化且衰減帶域之衰減量大之LC濾波器電路。尤其是，藉由圖5所示之電路構成，在通帶之低頻側與高頻側之雙方形成衰減極。是以，若將該衰減極設定成與利用頻帶相鄰之複數個通訊訊號之頻帶大致一致，則能實現可更高地確保複數個通訊訊號之電路間之隔離之高頻前端電路。

具備此種LC濾波器電路1A之高頻模組，如上述可藉由積層體實現，各電感器及電容器以下述形狀形成即可。

圖7、圖8、圖9係具備第2實施形態之LC濾波器電路1A之高頻模組之一部分之積層圖。圖7及圖8中，僅顯示圖5所示之電感器101A,101B,102A,102B。圖9中，僅顯示圖5所示之電容器200。

在圖7(A)至圖7(D)所示之各電介質層，構成電感器101A,101B之開環狀之電極圖案係以電極圖案彼此在積層方向至少部分地重疊之方式形成。各層之電極圖案，藉由將此等以通孔電極在積層方向連接，形成為以積層方向為軸方向之螺旋形狀。電感器101A,101B係透過圖9所示之電容器200之電極圖案從圖7(D)所示之電介質層連接於接地電位。

在圖8(A)至圖8(D)所示之各電介質層，構成電感器102A,102B之開環狀之電極圖案係以電極圖案彼此在積層方向至少部分地重疊之方式形成。各層之電極圖案，藉由將此等以通孔電極在積層方向連接，形成為以積層方向為 軸方向之螺旋形狀。電感器102A,102B係透過圖9所示之電容器200之電極圖案從圖8(D)所示之電介質層連接於接地電位。

在圖9所示之各電介質層，平面狀之電極圖案200A與內層接地電極GND對向形成。藉由此構成，形成電容器200。

此時，構成電感器101A之電極圖案，係以相對構成電感器102A之電極圖案、電極圖案彼此在積層方向至少部分地重疊之方式形成。藉由改變構成電感器101A之電極圖案與構成電感器102A之電極圖案之重疊面積及電極圖案間之積層方向之距離，可適當地調整在電感器101A與電感器102A間產生之交互電感M1之值，視需要可調整LC濾波器1A之特性。

同樣地，構成電感器101B之電極圖案，係以相對構成電感器102B之電極圖案、電極圖案彼此在積層方向至少部分地重疊之方式形成。藉由改變構成電感器101B之電極圖案與構成電感器102B之電極圖案之重疊面積及電極圖案間之積層方向之距離，可適當地調整在電感器101B與電感器102B間產生之交互電感M1之值，視需要可調整LC濾波器1A之特性。

再者，圖5所示之電容器103A，係藉由電感器102A之電極圖案與電容器200之電極圖案200A沿著積層方向重疊所產生之寄生電容器而實現。又，圖5所示之電容器103B，係藉由電感器102B之電極圖案與電容器200之電極圖案200A沿著積層方向重疊所產生之寄生電容器而實現。 藉由此重疊面積與重疊電極間之電介質層之層數，可獲得作為LC濾波器電路1A所需之電容。

此處，如上述，由於若電容變大則插入損耗變大，因此只要在本實施形態之LC濾波器電路1A，以必要最小限獲得既定範圍之電容即可。是以，若使用圖7、圖8、圖9所示之電極圖案之構成以在電感器102A,102B與電容器200之間產生之寄生電容器實現電容器103A,103B，則能小型地實現本實施形態之構成所需之電極構造，即使電容器103A,103B之電容為必要最小限且用於改善插入損耗使電感器102A,102B之電感變大。

又，如上述說明所示，具備本實施形態之LC濾波器電路之高頻模組，由於可內設於LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)，因此能使另外具備可實現相同狹帶域之通過特性之SAW濾波器且將該SAW濾波器構裝於積層體之頂面之形狀之高頻模組進一步小型化。

此外，上述第2實施形態中，雖顯示具備二個第1實施形態所示之LC濾波器電路之例，但為三個以上亦可。

又，上述實施形態所示之電感或電容，係用以實現本實施形態之構成之一例，以作為LC濾波器電路可獲得上述本申請發明之特徵特性之方式，將電感或電容適當設定成其他值亦可。

1,1A‧‧‧LC濾波器電路

10,10A,10B‧‧‧LC並列電路

100‧‧‧訊號線

101‧‧‧第1電感器

102‧‧‧第2電感器

103,103A,103B,200‧‧‧電容器

101A,101B,102A,102B,104‧‧‧電感器

圖1係專利文獻1所使用之LC濾波器電路之電路圖。

圖2係第1實施形態之LC濾波器電路1之電路圖。

圖3(A)、(B)係第1實施形態之LC濾波器電路1及習知LC濾波器電路之傳送特性圖。

圖4係考量第1實施形態之LC濾波器電路10之交互電感M之等效電路圖。

圖5係第2實施形態之LC濾波器電路1A之電路圖。

圖6係第2實施形態之LC濾波器電路1A之傳送特性圖。

圖7(A)~(D)係具備第2實施形態之LC濾波器電路1A之高頻模組之一部分之積層圖。

圖8(A)~(D)係具備第2實施形態之LC濾波器電路1A之高頻模組之一部分之積層圖。

圖9(A)~(B)係具備第2實施形態之LC濾波器電路1A之高頻模組之一部分之積層圖。

1‧‧‧LC濾波器電路

10‧‧‧LC並列電路

100‧‧‧訊號線

101‧‧‧第1電感器

102‧‧‧第2電感器

103‧‧‧電容器

C1‧‧‧電容

L1,L2‧‧‧電感

P1‧‧‧第1輸出入端子

P2‧‧‧第2輸出入端子

Claims (6)

1. 一種LC濾波器電路，具備：第1電路，具有第1端部連接於將第1輸出入端子與第2輸出入端子加以連結之訊號線之第1電感器、及由第2電感器及並聯於該第2電感器之電容器構成之第一LC並列電路；以及第2電路，具有第1端部連接於該訊號線之第3電感器、及由第4電感器及並聯於該第4電感器之電容器構成之第二LC並列電路；該第1電感器與該第2電感器係配置成磁場耦合，該第3電感器與該第4電感器係配置成磁場耦合；該第一LC並列電路之第2電感器與電容器之一方之連接點及該第二LC並列電路之第4電感器與電容器之一方之連接點係透過接地用電容器接地；該第一LC並列電路之電容器係以該第2電感器之寄生電容器形成；該第二LC並列電路之電容器係以該第4電感器之寄生電容器形成。
2. 如申請專利範圍第1項之LC濾波器電路，其中，該第1電感器及該第3電感器之與該第1端部相反側之第2端部係透過接地用電容器接地。
3. 如申請專利範圍第1或2項之LC濾波器電路，其中，該第2電感器之電感大於該第1電感器之電感；該第4電感器之電感大於該第3電感器之電感。
4. 如申請專利範圍第1或2項之LC濾波器電路，其中，該第一LC並列電路之電容器為該第2電感器與該接地用電容器形成之寄生電容器；該第二LC並列電路之電容器係以該第4電感器與該接地用電容器形成之寄生電容器形成。
5. 如申請專利範圍第3項之LC濾波器電路，其中，該第一LC並列電路之電容器為該第2電感器與該接地用電容器形成之寄生電容器；該第二LC並列電路之電容器係以該第4電感器與該接地用電容器形成之寄生電容器形成。
6. 一種高頻模組，由申請專利範圍第1至5項中任一項之LC濾波器電路之構成構成；具備：積層體，積層有複數個電介質層；第1導電圖案，設在該電介質層，形成該第1電感器、該第2電感器及該電容器；以及第2導電圖案，設在該電介質層，形成該第3電感器、該第4電感器及該電容器；形成該第1電感器之第1導電圖案與形成該第2電感器之第1導電圖案沿著該積層體之積層方向至少一部分對向；形成該第3電感器之第2導電圖案與形成該第4電感器之第2導電圖案沿著該積層體之積層方向至少一部分對向。