電雙濾波器結構及其多層實現的製作方法

2023-09-12 20:20:05 1

專利名稱：電雙濾波器結構及其多層實現的製作方法
電雙濾波器結構及其多層實現技術領域
根據本發明的實施例涉及用於通過頻率選擇方式將來自第一濾波器埠的第一電信號轉發至第二濾波器埠並用於以頻率選擇方式將來自第三濾波器埠的第二電信號轉發至第四濾波器埠的電濾波器結構。
根據本發明的某些實施例涉及縮放阻抗半集總(scaled impedancesem1-lumped) 低通濾波器。
背景技術：
電濾波器結構被使用在許多應用中。例如，電濾波器結構可被實現為用作低通濾波器、帶通濾波器或高通濾波器。以下將給出對濾波器設計的簡要介紹。
圖6a示出了傳統的集總N次低通濾波器(還簡稱為LPF)的示意圖。濾波器600 被布置在源610 (通過具有生成器電壓Ve的電壓源和具有生成器電阻Re的電阻器所建模) 和負載620 (通過具有阻抗Re的電阻器所建模)之間。通常，內部阻抗(此處通過具有生成器電阻Re的電阻器所建模)和負載阻抗(通過具有阻抗&的電阻器所建模)是純電阻式的。這證明了為什麼圖6a和圖6b將其表示為&和&。另外，負載阻抗&和源阻抗Re通常是一致的(唯一相關的例外是偶階切比雪夫(Chebyshev)濾波器)，並且在大多數情況下等於50 Ω。
濾波器600自身包括floor (N/2)串聯電感器L1'L3. . . Ln和ceil (N/2)並-串聯 LC單元L2-C2、L4-C4. .. Ljm-CV115通過定義，給定實數X，函數floor (X)返回大於或等於x的最小整數，而函數ceil (X)返回小於或等於X的最大整數。更準確地，上述並聯單元的電感器在全極點類型的濾波器(諸如，巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和貝塞爾(Bessel))中被短路。
圖6b示出圖6a的(低通)濾波器的所謂的半集總實現的示意圖所有的電感器都用具有(相對)高特性阻抗的傳輸線片段(還稱為傳輸線部分)實現，而所有的電容器都用具有(相對)高低特性阻抗的傳輸線片段(還稱為傳輸線部分)實現。此處，條件「高」 和「低」表示比濾波器的工作阻抗(還稱為「內部阻抗」)高得多和低得多的(例如，至少更大或更小1. 5倍因子，但是，優選的是至少更大或更小2倍甚至至少3倍因子)的值。
還已經發現，通常希望在有限的區域上實現多個類似的濾波器，同時仍舊保持濾波器之間的良好絕緣。
鑑於這種情形，本發明的目的是創造一種電濾波器結構，其帶來濾波器特性和實現面積要求之間的良好折衷。發明內容
根據本發明的實施例，創建了用於以頻率選擇方式將來自第一濾波器埠的第一電信號轉發至第二濾波器埠並以頻率選擇方式將來自第三濾波器埠的第二電信號轉發至第四濾波器埠的電濾波器結構。
濾波器結構包括第一濾波器核心結構，所述第一濾波器核心結構包括第一濾波器 埠(其可以是濾波器核心埠)、第二濾波器埠(其可以是濾波器核心埠)、多個在 所述第一濾波器埠和所述第二濾波器埠之間形成環路的多個串聯阻抗元件以及多個 並聯阻抗元件。所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件是利用耦合至節點的傳輸線結構 所實現的，所述節點在所述第一濾波器核心結構的後續串聯阻抗元件之間。
電濾波器結構還包括第二濾波器核心結構，所述第二濾波器核心結構包括第三濾 波器埠(其可以是濾波器核心埠)、第四濾波器埠(其可以是濾波器核心埠)、多 個在所述第三濾波器埠和所述第四濾波器埠之間形成環路的多個串聯阻抗元件，以及 多個並聯阻抗元件。所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件是利用耦合至節點的傳輸線 結構所實現的，所述節點在所述第二濾波器核心結構的後續串聯阻抗元件之間。
所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在多層結構的不同導電層中，並 且，所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在多層棧的不同導電層中。
用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構和用於實 現所述第二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構被布置在所述多層結構的 相同導電層中。類似地，用於實現所述第一濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線 結構和用於實現所述第二濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構被布置在所 述多層結構的相同導電層中。
用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構和用於實 現所述第二濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構至少在垂直於所述多層結 構的主表面的投影中部分重疊，所述多層結構中間帶有導電屏蔽。類似地，用於實現所述第 二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構和用於實現所述第一濾波器核心結 構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構至少在垂直於所述多層結構的主表面的投影中部分 重疊，所述多層結構中間帶有導電屏蔽。
本發明的關鍵想法是上述對傳輸線結構的交織布置，其被用於實現兩個濾波器核 心結構的並聯阻抗元件，其允許對兩個電獨立的濾波器核心結構的特別節約空間的實現， 其中，對用於實現給定一個濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構的分配允許在濾 波器設計中包括垂直結構，例如，通過結構。這給與設計額外的自由度。在另一方面，對兩 個濾波器核心結構的並聯傳輸線結構的交織布置允許非常節約空間的布置，但其中可通過 利用導電屏蔽來獲得兩個濾波器核心結構之間的好的絕緣。因此，上述濾波器結構可被用 於獲得兩個電濾波器(或濾波器核心結構)，當與兩個分離的濾波器的區域消耗相比時，其 區域消耗被顯著減小。
在優選實施例中，所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在所述多層結 構的不同導電層中，使得過孔阻抗被與所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件中的至少 一個串聯布置。類似地，所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在所述多層結構 的不同導電層中，使得過孔阻抗被與所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件中的至少一 個串聯布置。通過在濾波器結構中利用過孔阻抗，濾波器核心結構的橫向尺寸通常可被某 種程度上減小，因為使用近似垂直於導電層的過孔允許利用多層結構的第三維度。
在優選實施例中，用於實現所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結 構被交替布置在所述多層結構的第一導電層和第二導電層中。類似地，用於實現所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構被交替布置在所述多層結構的第二導電層 和第一導電層中。所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構的傳輸線結構的多 個對應對還在垂直於所述多層結構的主表面的投影中至少部分重疊，且這兩個傳輸線結構 之間帶有導電屏蔽。通過在不同導電層中交替布置用於實現濾波器核心結構的並聯阻抗元 件的傳輸線結構，可最優化濾波器的阻帶分離。
在優選實施例中，所述濾波器結構包括至少兩行由所述多層結構的接地層和所述 多層結構的垂直接地結構所界定的電屏蔽區域(還稱為子區域)。兩行電屏蔽區域(子區 域)被以垂直於所述多層結構的主表面的方向布置堆棧。在該情形中，用於實現所述第一 濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構被交替布置在上面行的電屏蔽區域和下面 行的電屏蔽區域中。類似地，用於實現所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線 結構(244a，244b ;562a，562b)被交替布置在上面行的電屏蔽區域(532a，532c)和下面行 的電屏蔽區域(532h，532j)中，其中，不存在用於實現所述第一濾波器核心結構的並聯阻 抗元件的傳輸線結構。因此，可獲得很好的傳輸線結構互屏蔽，該傳輸線結構用於實現第一 濾波器核心結構和第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件。在屏蔽在垂直相鄰的傳輸線結構 (即，在垂直於多層棧的主表面的投影中至少部分重疊的傳輸線)和水平相鄰的傳輸線結 構(即，布置在相同導電層中的傳輸線結構)二者之間給出。
在優選實施例中，用於實現所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構 的並聯阻抗元件的傳輸線結構被布置，使得電屏蔽區域行的電屏蔽區域包括所述第一濾波 器核心結構的傳輸線結構和所述第二濾波器核心結構的傳輸線結構的交織序列。因此，可 獲得上述關於交織布置所獲得的優點。
在優選實施例中，所述濾波器結構(至少)包括三個平行接地層，其中，所述三個 平行接地層通過多個平行垂直接地結構(其通常垂直於接地層)相連接，以獲得多個基本 上塊狀的電屏蔽區域，所述電屏蔽區域在四邊處通過所述接地層的兩層和所述平行垂直接 地結構中的兩個所界定。在該情形中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗 元件的傳輸線結構被布置在第一塊狀電屏蔽區域中，而用於實現所述第二濾波器核心結構 的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構被布置在第二塊狀電屏蔽區域中，所述第二塊狀電屏蔽 區域與所述第一塊狀電屏蔽區域垂直相鄰。用於實現所述第一濾波器核心結構的第二並聯 阻抗元件的傳輸線結構被布置在第三塊狀電屏蔽區域中，所述第三塊狀電屏蔽區域與所述 第二塊狀電屏蔽區域水平相鄰，而用於實現所述第二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件 的傳輸線結構被布置在第四塊狀電屏蔽區域中，所述第四塊狀電屏蔽區域與所述第一塊狀 電屏蔽區域水平相鄰並與所述第三塊狀電屏蔽區域垂直相鄰。
在優選實施例中，所述第二濾波器核心結構被配置為轉發第二信號，所述第二信 號與所述第一信號電分離。如上所述，對兩個濾波器核心結構的良好分離允許發送電獨立 的信號。
在優選實施例中，所述濾波器結構包括中央部分，所述中央部分包括至少三個接 地層，所述接地層中的相鄰層之間具有第一間距d。在該情形中，所述濾波器結構包括第一 外部部分(還稱為第一外部區域)，所述第一外部部分包括具有第二間距Dl的上接地層和 下接地層。所述濾波器結構包括第二外部部分(還稱為第二外部區域)，其中，所述第二外 部部分包括具有第二間距D2 (其可與第二間距Dl相同，也可以不同)的上接地層和下接地層。所述中央部分被布置在所述第一外部部分和所述第二外部部分之間。用於實現所述第 一濾波器核心結構的串聯電感被布置在所述第一外部部分中，使得用於實現所述第一濾波 器核心結構的串聯電感的傳輸線部分是具有總帶線高度Dl的對稱或非對稱帶線。類似地， 用於實現所述第二濾波器核心結構的串聯電感被布置在所述第二外部部分中，使得用於實 現所述第二濾波器核心結構的串聯電感的傳輸線部分是具有總帶線高度D2的對稱或非對 稱帶線。用於實現所述並聯阻抗元件的電容的傳輸線部分被布置在所述中央部分的兩個相 鄰接地層之間，使得用於實現所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構的並聯 阻抗元件的電容的傳輸線部分是具有總帶線高度d的對稱或非對稱帶線。在該情形中，d小 於01，並且其中，d小於D2。
因此，可以高效地實現濾波器核心結構的高阻抗傳輸線和濾波器核心結構的低阻 抗傳輸線。通過為高阻抗傳輸線和低阻抗傳輸線提供不同的帶線高度，可避免對傳輸線寬 度的過分改變。具體地，用於實現並聯阻抗元件的電容的傳輸線的寬度可被保持適當地小， 這有助於節約區域，並且，還有助於避免過寬的傳輸線可能導致的濾波器特性的降級。
在優選實施例中，所述並聯阻抗元件包括從節點伸出的高阻抗部分，後續串聯阻 抗元件在所述節點處被耦合至所述外部部分和所述中央部分中的各自一個之間的各自邊 界。並聯阻抗元件還包括低阻抗部分，所述低阻抗部分從所述各自邊界伸向所述中央區域 的各自相反邊界。通過這種方式，可以將串聯共振電路實現為並聯阻抗元件，其中，並聯阻 抗元件的電導被實現在外部區域中，該處存在大的帶線高度D1、D2，並且其中，並聯阻抗元件 的電容被實現在中央區域中，該處存在高度為d的帶線。
在優選實施例中，所述濾波器結構關於位於所述中央區域中的中心軸軸對稱。通 過這種方式，可在小空間中實現兩個電獨立的濾波器結構。
在優選實施例中，所述第一濾波器核心結構是低通濾波器，並且其中，所述第二濾 波器核心結構是低通濾波器。已經發現，該具有創造性的概念特別適於實現低通濾波器。
在優選實施例中，所述濾波器結構包括第一(外部)濾波器埠，所述第一濾波器 埠具有第一特性埠阻抗，以及第二(外部)濾波器埠，所述第二濾波器埠具有第二 特性埠阻抗，其中，第一濾波器核心結構的工作阻抗不同於所述第一特性埠阻抗和所 述第二特性埠阻抗。在該情形中，所述濾波器結構包括第一匹配布置，所述第一匹配布置 在所述第一(外部)濾波器埠和所述第一濾波器核心結構之間形成環路，其中，所述第一 匹配布置被配置為執行所述第一特性埠阻抗與所述第一濾波器核心結構對所述第一匹 配布置所呈現的特性阻抗之間的阻抗匹配。類似地，所述濾波器結構包括第二匹配布置， 所述第二匹配布置在所述第二(外部)濾波器埠和所述第一濾波器核心結構之間形成環 路，其中，所述第二匹配布置被配置為執行所述第二特性埠阻抗與所述第一濾波器核心 結構對所述第二匹配布置所呈現的特性阻抗之間的阻抗匹配。已經發現，該具有創造性的 雙濾波器結構非常適於與濾波器核心結構的阻抗縮放相結合。濾波器核心結構的阻抗縮放 允許對傳輸線結構進行簡化實現，並且有助於減少傳輸線結構的餓寄生(例如，傳輸線的 寄生電容被用於實現電感)。因此，可改進濾波器結構的濾波器特性(例如，阻帶阻礙)，並 且還可減小濾波器的尺寸。


隨後將參照所附示圖來描述根據本發明的實施例，其中
圖1示出了根據發明的第一實施例的電濾波器結構的方框示意圖2示出了根據發明的另一實施例的電濾波器結構的方框示意圖3a示出了帶有源和負載的標準集總低通濾波器的示意圖3b示出了從帶有源和負載的內部阻抗縮放後的圖3a的標準集總低通濾波器導 出的濾波器的示意圖3c示出了從帶有源和負載的內部阻抗縮放後的圖3a的標準集總低通濾波器導 出的另一濾波器的示意圖3d示出了帶有源和負載的通過重新布置圖3c的濾波器的元件所獲得的濾波器 結構的不意圖4示出了標準濾波器和縮放阻抗濾波器的響應的圖形表示；
圖5a示出了對多層印刷電路板中的兩個濾波器進行交織實現的第一濾波器的圖 形表示；
圖5b示出了對多層印刷電路板中的兩個濾波器進行交織實現的第二濾波器的圖 形表示；
圖5c示出了對在相同基板中的根據圖5a的第一濾波器和根據圖5b的第二濾波 器的交織結果的圖形表示；
圖6a示出了集總低通濾波器的示意圖6b示出了半集總低通濾波器的示意圖；以及
圖7示出了對用於製造五個濾波器和測試結構的掩模組的圖形表示。
具體實施方式
1.根據圖1的濾波器結構
以下將描述濾波器結構100。圖1示出了濾波器結構100的方框示意圖。
濾波器結構100被配置為以頻率選擇方式將來自第一(外部)濾波器埠 110的 電信號轉發至第二(外部)濾波器埠 112，從而例如實現低通濾波器特性、高通濾波器特 性或帶通濾波器特性。第一濾波器埠 110包括第一特徵埠阻抗Zpi，並且第二濾波器端 口 112包括第二特徵埠阻抗ZP2。
濾波器結構100還包括具有工作阻抗Zw的濾波器核心結構120，其中，工作阻抗 不同於第一特性埠阻抗Zpl和第二特性埠阻抗Zp2。濾波器核心結構120的工作阻抗描 述濾波器核心結構的阻抗水平。在許多情形中，濾波器結構的工作阻抗等於由濾波器結構 埠處的濾波器結構在通帶中所呈現的特性阻抗。換言之，濾波器核心結構的工作阻抗通 常等於在濾波器結構的輸入和輸出處應當呈現的阻抗水平，以便獲得通帶中的最小插入損 耗。針對半集總實現，濾波器的工作阻抗通常在低阻抗傳輸線的傳輸線阻抗和高阻抗傳輸 線的傳輸線阻抗之間。濾波器的工作阻抗(或內部阻抗)例如可等於高阻抗傳輸線和低阻 抗傳輸線的阻抗的算術均值或幾何均值。
濾波器結構100還包括第一匹配布置130，其在第一濾波器埠 110和濾波器核心 結構120之間形成環路。第一匹配布置130被配置為執行第一特性埠阻抗Zpl與濾波器 核心結構120對第一匹配布置130所呈現的特性阻抗Za之間的阻抗匹配。另外，濾波器結構100還包括在第二濾波器埠 112和濾波器核心結構120之間形成環路的第二匹配布置 140。第二匹配布置140被配置為執行第二特性埠阻抗Zp2與濾波器核心結構120對第二 匹配布置140所呈現的特性阻抗Zc2之間的阻抗匹配。
此處，術語「特性阻抗」指定出現所希望的濾波器特性(例如，通帶中的最小插入 損耗)的阻抗。
濾波器結構100允許實現濾波器核心結構，使得集總或半集總阻抗元件的寄生可 被保持為足夠小。因此，濾波器核心結構的工作阻抗(有時還稱為「濾波器的內部阻抗」) 可被縮放至合適的水平zw，其不同於特性埠阻抗Zpl、Zp2,並且，適於很好地實現濾波器核 心結構120。濾波器核心結構120的輸入和輸出可被匹配至所希望的外部阻抗，即，利用匹 配網絡(即，第一匹配布置130和第二匹配布置140)匹配至第一(特性)埠阻抗Zpl和 第二(特性)埠阻抗Zp2。因此，例如可降低標準集總濾波器或半集總濾波器對與每個電 感器相關聯的寄生並聯電容的敏感度。
簡而言之，根據圖1的濾波器結構100允許獲得非常好的通帶特性和阻帶特性，其 中，利用給定的技術，通常可以獲得比利用具有等於埠阻抗ZP1、Zp2的工作阻抗的濾波器 核心結構所能獲得的特性更好的特性。
以下將討論有關濾波器結構100的進一步細節。
2.根據圖2的濾波器結構
圖2示出了根據發明的另一實施例的濾波器結構的示意圖。
圖2的濾波器結構200可被看作是雙濾波器結構並被配置用於以頻率選擇的方式 將來自第一濾波器埠 210的第一電信號轉發至第二濾波器埠 212，並且用於以頻率選 擇的方式將來自第三濾波器埠 220的第二電信號轉發至第四濾波器埠 222。
濾波器結構200包括第一濾波器核心結構230，其包括第一濾波器埠 210、第二 濾波器埠 212、在第一濾波器埠 210和第二濾波器埠 212之間形成環路的多個串聯阻 抗元件232a、232b、232c，以及多個並聯阻抗元件234a、234b。第一濾波器核心結構230的 並聯阻抗元件234a、234b被利用耦合至節點236a、236b的傳輸線結構實現，該傳輸線結構 電實現在第一濾波器核心結構230的後續串聯阻抗元件232a、232b與232b、232c之間。
濾波器結構200還包括第二濾波器核心結構240，其包括第三濾波器埠 220、第 四濾波器埠 222、在第三濾波器埠 220和第四濾波器埠 222之間形成環路的多個串聯 阻抗元件242a、242b、242c，以及多個並聯阻抗元件244a、244b。第二濾波器核心結構240 的並聯阻抗元件244a、244b被利用耦合至節點246a、246b的傳輸線結構實現，該傳輸線結 構電實現在第二濾波器核心結構240的後續串聯阻抗元件242a、242b與242b、242c之間。
第一濾波器核心結構230的並聯元件234a、234b (或更準確地，用於實現所述並聯 阻抗元件的傳輸線結構)被布置在多層結構的不同導電層中，使得優選但非必須地，過孔 阻抗(過孔238b的過孔阻抗)被與第一濾波器核心結構230的並聯阻抗元件234b中的至 少一個串聯布置。第二濾波器核心結構240的並聯元件244a、244b (或更準確地，用於實現 所述並聯阻抗元件的傳輸線結構)被布置在多層結構的不同導電層中，使得優選但非必須 地，過孔阻抗(過孔248b的過孔阻抗)被與第二濾波器核心結構240的並聯阻抗元件244b 中的至少一個串聯布置。
用於實現第一濾波器核心結構230的第一併聯阻抗元件234a的傳輸線結構和用於實現第二濾波器核心結構240的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構244b被布置在多層結構的相同的(即，共用的)導電層中。類似地，用於實現第一濾波器核心結構230的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構234b和用於實現第二濾波器核心結構240的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構244a被布置在多層結構的相同的(即，共用的)導電層中。
用於實現第一濾波器核心結構230的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構234a和用於實現第二濾波器核心結構240的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構244a至少在垂直於多層結構的主表面(其中，該主表面通常平行於導電層，或甚至可通過頂部導電層或底部導電層形成)的投影中部分重疊，且兩者之間帶有導電屏蔽250。用於實現第二濾波器核心結構240的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構244b和用於實現第一濾波器核心結構230的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構234b至少在垂直於多層結構的主表面的投影中部分重疊， 且兩者之間帶有導電屏蔽250。
圖2的濾波器結構(或雙濾波器結構)200允許對濾波器結構的非常緊湊的實現， 同時還可以利用過孔阻抗，過孔阻抗可通過布置用於實現多層結構的不同導電層中的並聯阻抗元件的傳輸線結構234a、234b、244a、244b來獲得。可見，可在垂直於多層結構的主表面的方向z和平行於多層結構的主表面的方向x(並且，方向X可以與從濾波器核心結構 230,240的輸入埠 210、220到濾波器核心結構230、240的輸出埠 212、222的主傳播方向或平均傳播方向相同)二者上獲得對傳輸線結構234a、234b、244a、244b的空間交織。因此，濾波器結構200比平面濾波器結構(其中，所有並聯阻抗元件都被實現在相同的導電層中)性能更好。
實現濾波器結構200所需的面積和層數通常還顯著小於實現兩個單獨的濾波器結構所需的面積。
當然，濾波器結構200可與上述匹配布置130、140組合，其中，匹配布置中的一個或多個可被連接至埠 210、212、220、222和對應的外部濾波器埠之間。因此，濾波器結構200的工作阻抗可以與耦合至濾波器結構200的傳輸線的阻抗不同。濾波器結構200例如還可用作濾波器核心結構120。
以下將討論更多細節。_3] 3.根據圖3a至圖3d的濾波器結構
以下，將參照圖3a至圖3d來描述有關縮放阻抗低通濾波器的設計的細節。還參照濾波器的一般設計規則，其已經通過參照圖6a和圖6b進行了討論。
3.1 一般設計規則
如上所述，圖6a示出了傳統的集總N階低通濾波器(LPF)的示意圖。濾波器被布置在源(ve，Rg)和負載(Rl)之間。通常，源(Re)的內部阻抗和負載(Rl)是純電阻式的這證明了為什麼圖6a和圖6b將其表示為電阻器。另外，負載和源阻抗通常是一致的，並且，在大多數情況下等於50 Ω。濾波器自身包括floor (N/2)串聯電感器LpL3. . . Ln和ceil (N/2) 並-串聯LC單元L2-C2、L4-C4. . . V1-C^10更準確地，上述並聯單元的電感器在全極點類型的濾波器(諸如，巴特沃斯、切比雪夫和貝塞爾)中被短路。
圖6b示出圖6a的濾波器的所謂的半集總實現所有的電感器(電容器)都用具有高(低)特性阻抗的傳輸線片段實現。此處，條件「高」和「低」表示比濾波器的工作阻抗高得多和低得多的值。
3. 2技術背景考慮
以下將討論如何從圖6a和圖6b所描述的傳統的濾波器導出縮放阻抗濾波器。應當注意，獲得比濾波器的工作阻抗大得多和小得多的阻抗值正是所提出的發明具體有助於獲得的性能。換言之，具有創造性的概念允許使用濾波器核心結構的工作阻抗，使得具有比工作阻抗小得多的阻抗的傳輸線結構和具有比工作阻抗大得多的阻抗的傳輸線結構二者可被利用容易獲得的技術不費力地實現。
根據發明的某些實施例涉及多層印刷電路板-諸如，低溫陶瓷(LTCC)-對圖6b所示的網絡的實現。理論上，微帶線(microstrip)和帶線實現是可能的，雖然從利用的角度看後者表現出優勢(因為其本身是屏蔽的)。
在這方面，帶線的通常數目是基板厚度B= 1mm，相對介電常數％ = 8，並且最小可實現寬度W = O. 1mm。通過這些值，最大可獲得的特性阻抗大約是69 Ω，其並未比50 Ω 大得多(其為通常的標準傳輸線阻抗)。
已經發現，這將導致濾波器的差的阻帶響應(低阻礙率)。已經發現，為了改進該性能，可能需要增大基板厚度B和/或減少帶線寬度W。遺憾的是，已經發現特性阻抗近似與B/w的比率的對數成正比。因此，特性阻抗的很小的增大需要大量減少W，這帶來實現過程和高相關串聯電阻器的後續危險和/或B的增大，從而增加堆棧層的數目或單個層的厚度。簡而言之，這兩個解決方案都是不實際或至少昂貴的。更加一般而言，在實現串聯電感器(或串聯電容器)的過程中，將呈現高寄生並聯電容。
3. 3根據圖3b的對縮放阻抗濾波器的設計
以下將詳細說明基於上述可獲得的改進。
此處應當注意，圖3a至圖3d示出了標準和縮放阻抗低通濾波器的示意圖。
圖3a示出了標準集總低通。圖3a與圖6a相同，並且為了清楚被複製到此處。
圖3b示出了在縮放內部阻抗之後從圖3a的濾波器所導出的濾波器的示意圖。換言之，圖3b的示意圖描繪了迴避問題的所呈現的想法的示意圖，其為縮放阻抗低通濾波器 (SILPF)。濾波器(或濾波器核心結構)的內部阻抗小於源610(例如，具有無負載電壓Ve 和內部電阻Re的電壓源)和負載620(例如，具有電阻&的電阻器)中的一個的阻抗，同時兩個理想變壓器312、314(還表示為Xtl, XN+1)再次與源和負載上的濾波器相匹配。
給出針對最佳電感器性能的濾波器Rfiu所需的內部阻抗，變壓器312、314(\;+1) 的變換比率是
權利要求
1.一種用於以頻率選擇方式將來自第一濾波器埠(210)的第一電信號轉發至第二濾波器埠(212)並用於以頻率選擇方式將來自第三濾波器埠(220)的第二電信號轉發至第四濾波器埠(222)的電濾波器結構(200;570)，所述濾波器結構包括第一濾波器核心結構，所述第一濾波器核心結構包括第一濾波器埠(210)、第二濾波器埠(212)、多個在所述第一濾波器埠(210)和所述第二濾波器埠(212)之間形成環路的多個串聯阻抗元件(232a，232b，232c 」，L3』，L5』，L/，L9」)、以及多個並聯阻抗元件 (C0，L2』，c2，，l4，，c4』，l6』，c6，，l8，，C8，，L0)，其中，所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件是利用耦合至節點(236a，236b ； 544a, 544b)的傳輸線結構(234a, 234b ；542a,542b)所實現的，所述節點(236a, 236b ； 544a，544b)在所述第一濾波器核心結構的後續串聯阻抗元件之間；以及第二濾波器核心結構，所述第二濾波器核心結構包括第三濾波器埠(220)、第四濾波器埠(222)、多個在所述第三濾波器埠(220)和所述第四濾波器埠(222)之間形成環路的多個串聯阻抗元件(242a, 242b, 242c ;L,，L3』，L5』，L/，L9」)、以及多個並聯阻抗元件 (C0，L2』，c2，，l4，，c4』，l6』，c6，，l8，，C8，，L0)，其中，所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件是利用耦合至節點(246a，246b)的傳輸線結構(234a，234b ;542a，542b)所實現的，所述節點(246a，246b)在所述第二濾波器核心結構的後續串聯阻抗元件之間；其中，所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件(C0, L2，，C2，，L4，，C4』，L6，，C6，，L8，， C8』，Lci)被布置在多層結構的不同導電層(LY3，LY5)中；其中，所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件(C0, L2，，C2，，L4，，C4』，L6，，C6，，L8，， C8』，Lci)被布置在多層棧的不同導電層(LY5，LY3)中；其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件(Q1)的傳輸線結構 (236a ；542a)和用於實現所述第二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件(L2』，C2』)的傳輸線結構(244b ；562b)被布置在所述多層結構的相同導電層(LY3)中；並且其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件(L2』，C2』 )的傳輸線結構(234b ；542b)和用於實現所述第二濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件(LO)的傳輸線結構(244a;562a)被布置在所述多層結構的相同導電層(LY3)中，並且其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構(234a; 542a)和用於實現所述第二濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構(244a; 562a)至少在垂直於所述多層結構的主表面的投影(570)中部分重疊，且這兩個傳輸線結構之間帶有導電屏蔽(LY4)，並且其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構(244b ； 562b)和用於實現所述第一濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構(234b; 542b)至少在垂直於所述多層結構的主表面的投影中部分重疊，且這兩個傳輸線結構之間帶有導電屏蔽。
2.根據權利要求1所述的電濾波器結構(200；570)，其中，所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在所述多層結構的不同導電層 (LY3，LY5)中，使得過孔阻抗(545b)被與所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件(L2』， C2』 )中的至少一個串聯布置，並且其中，所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在所述多層結構的不同導電層 (LY5，LY3)中，使得過孔阻抗(545b)被與所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件(L2』， C2』 )中的至少一個串聯布置。
3.根據權利要求1或2所述的濾波器結構(200;570)，其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件(C。，L2』，C2』，L/，C/，L6』，C6』，L8』，C8』，L0)的傳輸線結構(234a， 234b ;542a，542b)被交替布置在所述多層結構的第一導電層(LY3)和第二導電層(LY5) 中，並且其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件(C0，L2，，C2，，L4，，C4』，L6' C6，，L8，，C8，，L0)的傳輸線結構(244a, 244b ;562a，562b)被交替布置在所述多層結構的第二導電層(LY5)和第一導電層(LY3)中；並且其中，所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構的傳輸線結構的多個對應對(234a，244a ;234b，244b ;542a，562a ;542b，562b)在垂直於所述多層結構的主表面的投影(570)中至少部分重疊，且兩者之間帶有導電屏蔽(LY4)。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構包括至少兩行(532a-532f，532g-5321)由所述多層結構的接地層(LY2，LY4，LY6)和所述多層結構的垂直接地結構(533 ；534a-534e,535)所界定的電屏蔽區域，其中，兩行電屏蔽區域被以垂直於所述多層結構的主表面的方向布置堆棧，其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構(234a，234b ； 542a, 542b)被交替布置在上面行的電屏蔽區域(532b，532d)和下面行的電屏蔽區域 (532g，532i)中；並且其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構(244a，244b ； 562a, 562b)被交替布置在上面行的電屏蔽區域(532a，532c)和下面行的電屏蔽區域 (532h，532j)中，其中，不存在用於實現所述第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構。
5.根據權利要求4所述的濾波器結構，其中，用於實現所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件的傳輸線結構(234a，234b，244a，244b ; 542a， 542b，562a，562b)被布置，使得電屏蔽區域行的電屏蔽區域(532a_532f ;532g_5321)包括所述第一濾波器核心結構的傳輸線結構和所述第二濾波器核心結構的傳輸線結構的交織序列(234a, 244b ;244a，234b ;562a，542b ;542a，562b)。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構包括三個平行接地層(LY2，LY4，LY6)，其中，所述三個平行接地層通過多個平行垂直接地結構(533， 534a-534e,535)相連接，以獲得多個基本上塊狀的電屏蔽區域(532a_5321)，所述電屏蔽區域(532a-5321)在四邊處通過所述接地層的兩層和所述平行垂直接地結構中的兩個所界定；並且其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構(234a ； 542a)被布置在第一塊狀電屏蔽區域(532g)中，其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的第一併聯阻抗元件的傳輸線結構(244a; 562a)被布置在第二塊狀電屏蔽區域(532a)中，所述第二塊狀電屏蔽區域(532a)與所述第一塊狀電屏蔽區域(532g)垂直相鄰；其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構(234b ； 542b)被布置在第三塊狀電屏蔽區域(532b)中，所述第三塊狀電屏蔽區域(532b)與所述第二塊狀電屏蔽區域(532a)水平相鄰；並且其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的第二並聯阻抗元件的傳輸線結構(244b ； 562b)被布置在第四塊狀電屏蔽區域(532h)中，所述第四塊狀電屏蔽區域(532h)與所述第一塊狀電屏蔽區域(532g)水平相鄰並與所述第三塊狀電屏蔽區域(532b)垂直相鄰。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述第一濾波器核心結構被配置為轉發第一信號；並且其中，所述第二濾波器核心結構被配置為轉發第二信號，所述第二信號與所述第一信號電分離。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構包括中央部分(586)，所述中央部分包括至少三個接地層(LY2，LY4，LY6)，所述接地層(LY2，LY4， LY6)中的相鄰層之間具有第一間距d;並且其中，所述濾波器結構包括第一外部部分(582)，所述第一外部部分包括具有第二間距 D1的上接地層(LY7)和下接地層(LYl);並且其中，所述濾波器結構包括第二外部部分(584)，所述第二外部部分包括具有第二間距 D2的上接地層(LY7)和下接地層(LYl)；其中，所述中央部分(586)被布置在所述第一外部部分(582)和所述第二外部部分 (584)之間；其中，用於實現所述第一濾波器核心結構的串聯電感(L1」，L3』，L5』，L7』，L9」)被布置在所述第一外部部分(582)中，使得用於實現所述第一濾波器核心結構的串聯電感的傳輸線部分是具有總帶線高度D1的對稱或非對稱帶線；其中，用於實現所述第二濾波器核心結構的串聯電感(L1」，L3』，L5』，L7』，L9」)被布置在所述第二外部部分(584)中，使得用於實現所述第二濾波器核心結構的串聯電感的傳輸線部分是具有總帶線高度D2的對稱或非對稱帶線；並且用於實現所述並聯阻抗元件(C0, L2' C2，，L4，，C4，，L6，，C6，，L8，，C8，，L0)的電容(CO， C2，，C4，，C6，，C8，，CO)的傳輸線部分(542a，542b，562a，562b)被布置在所述中央部分 (586)的兩個相鄰接地層(LY2，LY4 ；LY4, LY6)之間，使得用於實現所述第一濾波器核心結構和所述第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件的電容的傳輸線部分是具有總帶線高度d 的對稱或非對稱帶線；其中，d小於D1，並且其中，d小於D2。
9.根據權利要求8所述的濾波器結構，其中，所述並聯阻抗元件L6』，C6』，L8』，C8』，L0)包括高阻抗部分和低阻抗部分，所述高阻抗部分從節點(544a，544b) 伸出，後續串聯阻抗元件在所述節點(544a，544b)處被耦合至所述外部部分(582，584)中的各自一個和所述中央部分(586)之間的各自邊界(550)，並且所述低阻抗部分從所述各自邊界(550)伸向所述中央區域(586)的各自相反邊界(552)。
10.根據權利要求8或9所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構關於位於所述中央區域(586)中的中心軸軸對稱。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述第一濾波器核心結構是低通濾波器，並且其中，所述第二濾波器核心結構是低通濾波器。
12.根據權利要求1至11中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構包括7 個導電層(LY1-LY7)序列，所述導電層的任意兩個相鄰層之間帶有介電層；其中，第一導電層(LY7)是頂部接地層；其中，第二導電層(LY6)是第一中央區域接地層；其中,第三導電層(LY5)是第一傳輸線層；其中，第四導電層(LY4)是第二中央區域接地層；其中，第五導電層(LY3)是第二傳輸線層；其中，第六導電層(LY2)是第三中央區域接地層；並且其中，第七導電層(LYl)是底部接地層；其中，所述串聯阻抗元件是利用布置在所述第三導電層和所述第五導電層上的傳輸線所實現的，所述串聯阻抗元件已經將所述頂部接地層和所述底部接地層關聯為對應的接地層；並且其中，所述並聯阻抗元件是用布置在所述第三導電層和所述第五導電層上的傳輸線所實現的，其中，用於實現所述並聯阻抗元件的傳輸線的高阻抗部分已經將所述頂部接地層和所述底部接地層關聯為對應的接地層，並且其中，用於實現所述並聯阻抗元件的傳輸線的低阻抗部分已經將所述第一中央區域接地層、所述第二中央區域接地層和所述第三中央區域接地層中的兩層關聯為對應的接地層。
13.根據權利要求1至12中的任一項所述的濾波器結構，其中，所述濾波器結構包括第一濾波器埠(210)，所述第一濾波器埠(210)具有第一特性埠阻抗，以及第二濾波器埠(212)，所述第二濾波器埠(212)具有第二特性埠阻抗，其中，第一濾波器核心結構(LI，，L2，，C2，，L3，，L4，，C4，，L5，，L6，，C6，，L7，，L8，，C8，，L9，)的工作阻抗(Zff)不同於所述第一特性埠阻抗和所述第二特性埠阻抗；並且其中，所述濾波器結構包括第一匹配布置(CO，L0)，所述第一匹配布置(CO，L0)在所述第一濾波器埠和所述第一濾波器核心結構之間形成環路，其中，所述第一匹配布置被配置為執行所述第一特性埠阻抗與所述第一濾波器核心結構對所述第一匹配布置所呈現的特性阻抗之間的阻抗匹配；並且其中，所述濾波器結構包括第二匹配布置(CO，L0)，所述第二匹配布置(CO，L0)在所述第二濾波器埠和所述第一濾波器核心結構之間形成環路，其中，所述第二匹配布置被配置為執行所述第二特性埠阻抗與所述第一濾波器核心結構對所述第二匹配布置所呈現的特性阻抗之間的阻抗匹配。
14.根據權利要求13所述的濾波器結構，其中，所述第一濾波器埠的特性埠阻抗是50 Ω，並且其中，所述第二濾波器埠的特性阻抗是50 Ω，並且其中，所述第一濾波器核心結構的工作阻抗小於30 Ω。
全文摘要
一種電濾波器結構包括第一濾波器核心結構(230)和第二濾波器核心結構(240)。該第一濾波器核心結構包括多個並聯阻抗元件(234a，234b)。類似地，第二濾波器核心結構包括多個並聯阻抗元件(244a，244b)。第一濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在多層結構的不同導電層中，而第二濾波器核心結構的並聯阻抗元件被布置在多層棧的不同導電層中。用於實現並聯阻抗元件的傳輸線被交織。
文檔編號H03H7/01GK103026620SQ201080067110
公開日2013年4月3日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者佳瓦尼·比安馳 申請人:愛德萬測試(新加坡)私人有限公司