具有至少三個傳輸零點的器件和其中的帶通濾波器的製作方法

2023-05-27 05:28:01 1

專利名稱：具有至少三個傳輸零點的器件和其中的帶通濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有至少三個傳輸零點的器件和其中的帶通濾波器。
背景技術：
濾波器為使在特定範圍內的頻率通過(通帶)並且濾去(衰減)在該範圍以外的頻率(阻帶)的電路器件。作為頻率函數的衰減被稱為濾波器傳輸函數。帶通濾波器可以包括諧振電路，在某些配置中，該諧振電路確定濾波器傳輸函數的特徵出現的頻率。傳輸函數可以以高於或者低於特定頻率所傳輸的幅度明顯下降(稱為截止)為特徵。該特徵可以包括一個或者多個頻率，其中，傳輸高比例信號功率(峰值)或者傳輸特定低比例信號功率(零或者空值)。儘管通常將低點稱作零或者空值，但是傳輸功率在這些頻率處通常不為零，該頻率僅為衰減最大的頻率。在一實例中，諸如包括無源電路元件的切比雪夫(Chebyshev)低通濾波器，基本 形式可以具有一個LC諧振元件(僅具有一個電感器)，該諧振元件確定截止頻率，高於該截止頻率時信號功率衰減。另一實例為帶通濾波器，具有兩個生成隔離的傳輸零點的LC諧振器。例如，可以通過在序列(sequence)中提供高通和/或低通級(stage)來提供帶通或者帶阻濾波器拓撲，這是因為這些連接的級(stage)的濾波特徵彼此疊加(即，相加(multiplied))。雙諧振帶通濾波器可以在低頻處具有不良阻帶衰減。可以通過增加額外的濾波器級來改善這種性能，從而進一步衰減該阻帶或者可能改善在通帶和阻帶之間的截止銳利度。如果想得到額外傳輸零點以及其他特徵和具有諧振元件的級，則需要更多電感器，佔用額外物理面積。在這些實例和其他方法中，多個諧振元件(具有至少一個電感器和電容器)均有助於濾波器傳輸函數，但是會消耗電路的空間。諧振電路有時稱為LC諧振器或儲能電路，可以包括根據不同配置串聯和/或並聯設置的電感器和電容器。例如，將諧振元件結合在梯形電路。可能利用具有截然不同的諧振頻率的多個功能組合元件。每個元件通常可能影響多方面，例如濾波器傳輸函數的特徵的性質(例如，峰值、空值、或者截止值)和該特徵發生的截止頻率。每個諧振元件具有至少一個電感器。例如，如果以級聯方式來接連設置濾波器元件，則在確定級聯元件的傳輸函數時，將各個元件的傳輸函數相加。在集成電路中，可以將基板上設置有螺旋圖案(諸如所謂的匹配線圈(Baluncoil)的螺旋圖案)的導體作為實現的電感器。然而，這種電感器佔用位於電路上的相當大的物理面積，而空間非常寶貴。期望提供通過協作設置的多個諧振元件來確定帶通/帶阻函數，其中，獨立或級聯或者其他組合的諧振元件可以產生高通、低通、帶通、周期(例如，梳狀濾波器)和/或其他類似特徵，但是與如果對於每個確定的諧振特徵設置電感器，需要的空間相比較，能夠減小所需要的空間。為了使用較少集成電路空間達到良好阻帶衰減、銳利的截止等，期望提供具有多諧振和空值或者零的更複雜結構。業界急待通過使用最小化的電路面積允許具有多個截止頻率來改善傳統帶通濾波器設計得到改善的帶通濾波器設計。

發明內容
為了解決上述問題，根據本發明的ー個方面，提供了ー種集成電路，包括第一電容器和第二電容器，彼此並聯，其中，第一電容器和第二電容器包括輸入端；第三電容器，連接在第一電容器和第二電容器之間的第一電容器和第二電容器各自的輸入端處；以及至少兩個諧振器，與第一電容器和第二電容器並聯，其中，諧振器的至少ー個部件以ー距離彼此相鄰設置，使得諧振器的至少ー個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。其中，諧振器中的至少ー個部件包括電感器，其中，電感器以ー距離彼此相鄰設置，使得電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。其中，至少兩個諧振器的電感器彼此距離大約100微米設置。其中，至少兩個諧振器包括輸入端，其中，第三電容器連接在至少兩個諧振器之間 的至少兩個諧振器各自的輸入端處。該集成電路進一歩包括第四電容器和第五電容器，分別連接在至少兩個諧振器中的ー個和第一電容器之間的至少兩個諧振器中的一個的輸入端和第一電容器的輸入端處、以及連接在至少兩個諧振器中的另ー個和第二電容器之間的至少兩個諧振器中的另ー個的輸入端和第二電容器的輸入端處。其中，三個傳輸零點包括相隔大約200MHz生成的第一傳輸零點和第二傳輸零點，以及距離第二傳輸零點大約ー(I)GHz生成的第三傳輸零點。根據本發明的另一方面，提供了ー種帶通濾波器，包括第一電容器和第二電容器，彼此並聯，其中，第一電容器和第二電容器包括輸入端；第三電容器，連接在第一電容器和第二電容器之間的第一電容器和第二電容器各自的輸入端處；至少兩個諧振器，與第一電容器和第二電容器並聯，其中，諧振器的至少ー個部件以ー距離彼此相鄰設置，使得諧振器的至少ー個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；以及第四電容器和第五電容器，分別連接在至少兩個諧振器中的ー個和第一電容器之間的至少兩個諧振器中的一個的輸入端和第一電容器的輸入端處、以及連接在至少兩個諧振器中的另ー個和第二電容器之間的至少兩個諧振器中的另ー個的輸入端和第二電容器的輸入端處。其中，諧振器中的至少ー個元件包括電感器，其中，電感器以ー距離彼此相鄰設置，使得電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。其中，至少兩個諧振器的電感器彼此距離大約100微米設置。其中，至少兩個諧振器包括輸入端，其中，第三電容器連接在至少兩個諧振器之間的至少兩個諧振器各自的輸入端處。其中，三個傳輸零點包括相隔大約200MHz生成的第一傳輸零點和第二傳輸零點，以及距離第二傳輸零點大約ー(I)GHz生成的第三傳輸零點。根據本發明的再一方面，提供了一種電子器件，包括模擬電路，包括帶通濾波器，對所接收的信號進行濾波，其中，帶通濾波器包括第一電容器和第二電容，彼此並聯，其中，第一電容器和第二電容器包括輸入端；第三電容器，連接在第一電容器和第二電容器之間的第一電容器和第二電容器各自的輸入端處；以及至少兩個諧振器，與第一電容和第二電容器並聯，其中，諧振器的至少ー個部件以ー距離彼此相鄰設置，使得諧振器的至少ー個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；模擬數字轉換器，將濾波信號從模擬轉換為數字；以及數字電路，處理數位訊號。其中，諧振器中的至少一個部件包括電感器，其中，電感器以一距離彼此相鄰設置，使得電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。其中，至少兩個諧振器的電感器彼此距離大約100微米設置。其中，至少兩個諧振器包括輸入端，其中，第三電容器連接在至少兩個諧振器之間的至少兩個諧振器各自的輸入端處。該電子器件進一步包括第四電容器和第五電容器，分別連接在至少兩個諧振器中的一個和第一電容器之間的至少兩個諧振器中的一個的輸入端和第一電容器的輸入端處、以及連接在至少兩個諧振器中的另一個和第二電容器之間的至少兩個諧振器中的另一個的輸入端和第二電容器的輸入端處。

其中，三個傳輸零點包括相隔大約200MHz生成的第一傳輸零點和第二傳輸零點，以及距離第二傳輸零點大約一(I)GHz生成的第三傳輸零點。


附圖示出了某些實例作為本發明的可能實施例以及與本發明相關的其他信息，其中圖I為示出具有帶通濾波器的電子器件的實施例的高層框圖；圖2為示出諸如在圖I中所示的帶通濾波器的實施例的電路圖；圖3為示出諸如在圖2中所示的帶通濾波器的布置實施例的布置圖；以及圖4為示出諸如在圖2中所示的帶通濾波器得到的三個傳輸零點的實例的傳輸與頻率的對比圖。
具體實施例方式參照附圖論述了示例性系統。儘管詳細描述了這些系統，但是提供這些系統僅是為了說明，並且各種修改均是可行的。圖I為示出具有帶通濾波器125的電子器件100的實施例的高層框圖。電子器件100可以為在其他器件中的發射器、接收器、收發器。電子器件100包括模擬電路105，可以接收模擬信號並且經由濾波器(諸如帶通濾波器125)對所接收的信號進行濾波，該濾波器具有作為頻率的函數的傳輸/衰減特徵。濾波器為本發明的對象，並且進一步結合圖2-4對其進行描述。以下簡單描述了在圖I中所示的剩餘部件並且僅為了電子器件100的完整。模擬電路105處理模擬信號並且將所處理的模擬信號發送至模數轉換器(ADC)，該模數轉換器將所處理的模擬信號轉換為數位訊號。數字電路115接收來自ADC 110的數位訊號。數字電路115可以包括計算器件(沒有示出)，該計算器件接收和處理數位訊號，以便用戶操作電子器件100。圖2為示出諸如圖I所示的帶通濾波器125A的實施例的電路圖。在該實例中，帶通濾波器125A包括彼此並聯的第一電容器C69和第二電容器C72。第一電容器C69和第二電容器C72包括輸入端。帶通濾波器125A進一步包括第三電容器C74，連接在第一電容器C69和第二電容器C72之間的第一電容器和第二電容器各自的輸入端處；和兩個諧振器205,210,與第一電容器C69和第二電容器C72並聯。每個諧振器205、210包括電感器L67、L66、電容器C70、C71、以及端子。第二電容器C74連接在諧振器205、210之間的諧振器各自的輸入端處。帶通濾波器125可以包括第四電容器C75和第五電容器C73，分別連接在諧振器205和第一電容器C69之間、連接在在諧振器210和第二電容器C72之間。通常，所有電感器(L)和電容器(C)元件對濾波器的頻率響應具有影響。圖3為示出諸如在圖2中所示的帶通濾波器125B的布置實施例的布置圖。在該實例中，圖3的帶通濾波器125B的結構與如在圖2所示的帶通濾波器125A的結構類似。相同的部件通過相同的參考標號標出，例如，第一電容器C69、第二電容器C72、第三電容器C74、第四電容器C75、第五電容器C73、以及諧振器205、210。此外，兩個諧振器205、210的電感器L67、L66以一定距離臨近設置並且彼此共面，使得電感器L67和L66彼此電磁耦合。結果是提供三個(3)傳輸零點420、425、430。每個線圈的電感(電感係數，inductance)為導體尺寸和匝數的函數，並且線圈的電感和其間距 影響耦合程度。通過在物理上(physically)將電感器L66、L67設置為彼此足夠近，電感器L66、L67成為變壓器。通常，變壓器為兩個(2)磁耦合在一起的電感器，並且通過耦合係數(k)來限定耦合強度，其中，k在O I的範圍內。所說明的實例基於為O. 15的較弱k。如圖3所示的實際實施例的尺寸為每個電感器可以佔用約200X350 μ m2至約350X350 μ m2的典型面積。考慮到通過兩個LC諧振元件能夠得到三個諧振器，可以去除一電感器和一個或者兩個電容器，從而進一步實現空間節省。圖4為示出諸如在圖2中所示的帶通濾波器125得到的三個傳輸零點420、425、430的實例的傳輸與頻率的對比圖。如通過曲線圖415所示的，帶通濾波器125具有作為頻率的函數的傳輸/衰減轉移特性，該曲線圖包括三個傳輸零點420、425、430，傳輸零點通過以足夠小的距離進行設置和/或充分對準定向，使得電感器L67、L66彼此臨近並且電磁耦合在一起而得到。在所示實施例中，電感器被構造為集成電路上彼此鄰近設置的螺旋導體，例如，具有約600 μ m中心間距，且在最外層螺旋線圈(匝)之間具有約100 μ m間隔。因此，與各自電感器的姆個相關聯的磁通量與其他電感器的阻(turn)相截(intercept),因此將電感器電磁耦合。在示例性實施例中，第一傳輸零點420和第二傳輸零點425分別在600MHz和800MHz處生成，這兩個頻率相隔大約200MHz。基於帶通濾波器125A和該帶通濾波器部件的值來生成第一傳輸零點420和第二傳輸零點425。第三傳輸零點430在I. 8GHz處生成，該頻率與第二傳輸425相隔約ー(l)GHz。第三傳輸零點基於諧振器205、210的電感器L66、L67的耦合而生成。所獲得的特定截止頻率隨著電感和電容的值以及電感的耦合程度而改變。可以看出，傳統的3階切比雪夫帶通濾波器(未示出)和量(2)個LC諧振器的帶通濾波器(未示出)的曲線圖405、401分別包括零(O)個傳輸零點和兩個(2)傳輸零點。如本文所述的，通過以電感器L67、L66電磁耦合在一起的距離將至少兩個諧振器205,210的電感器L67、L66設置為彼此鄰近，來表示改善的帶通濾波器125。該方法允許高性能帶通濾波器(BPF)具有以下優點，包括但並不限幹改善的阻帶衰減、和來自成對諧振元件的至少第三傳輸零點430。(也可能在一濾波器設置中採用兩個或者多個這樣耦合的電感器集。)除此之外，所公開的帶通濾波器125的一些其他優點包括實現上述改善的性能優勢而無需新工藝開發、在製造中沒有額外成本、與改善性能的改變需要涉及額外的諧振元件相比能減小晶片面積、不需要或需要更少的外圍電路(例如，緩衝器)、以及沒有額外的功率消耗。儘管根據示例性實施例已經描述了本發明，但是沒有限定本發明。另外，在不背離本發明的範圍和等效範圍的情況下，應該將所附權利要求寬泛理解為包括可以通過本領域的技術人員製作的本發明的其他變型例和實 施例。
權利要求
1.一種集成電路，包括 第一電容器和第二電容器，彼此並聯，其中，所述第一電容器和所述第二電容器包括輸入端; 第三電容器，連接在所述第一電容器和所述第二電容器之間的所述第一電容器和所述第二電容器各自的輸入端處；以及 至少兩個諧振器，與所述第一電容器和所述第二電容器並聯，其中，所述諧振器的至少一個部件以一距離彼此相鄰設置，使得所述諧振器的至少一個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。
2.根據權利要求I所述的集成電路，其中，所述諧振器中的至少一個部件包括電感器，其中，所述電感器以一距離彼此相鄰設置，使得所述電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；其中，所述至少兩個諧振器的所述電感器彼此距離大約100微米設置。
3.根據權利要求I所述的集成電路，其中，所述至少兩個諧振器包括輸入端，其中，所述第三電容器連接在所述至少兩個諧振器之間的所述至少兩個諧振器各自的輸入端處。
4.根據權利要求I所述的集成電路，進一步包括第四電容器和第五電容器，分別連接在所述至少兩個諧振器中的一個和所述第一電容器之間的所述至少兩個諧振器中的一個的輸入端和所述第一電容器的輸入端處、以及連接在所述至少兩個諧振器中的另一個和所述第二電容器之間的所述至少兩個諧振器中的另一個的輸入端和所述第二電容器的輸入端處。
5.根據權利要求I所述的集成電路，其中，所述三個傳輸零點包括相隔大約200MHz生成的第一傳輸零點和第二傳輸零點，以及距離所述第二傳輸零點大約一(I)GHz生成的第三傳輸零點。
6.一種帶通濾波器，包括 第一電容器和第二電容器，彼此並聯，其中，所述第一電容器和所述第二電容器包括輸入端; 第三電容器，連接在所述第一電容器和所述第二電容器之間的所述第一電容器和所述第二電容器各自的輸入端處； 至少兩個諧振器，與所述第一電容器和所述第二電容器並聯，其中，所述諧振器的至少一個部件以一距離彼此相鄰設置，使得所述諧振器的至少一個部件電磁耦合在一起，從而提供三⑶個傳輸零點；以及 第四電容器和第五電容器，分別連接在所述至少兩個諧振器中的一個和所述第一電容器之間的所述至少兩個諧振器中的一個的輸入端和所述第一電容器的輸入端處、以及連接在所述至少兩個諧振器中的另一個和所述第二電容器之間的所述至少兩個諧振器中的另一個的輸入端和所述第二電容器的輸入端處。
7.根據權利要求6所述的帶通濾波器，其中，所述諧振器中的至少一個元件包括電感器，其中，所述電感器以一距離彼此相鄰設置，使得所述電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；其中，所述至少兩個諧振器的所述電感器彼此距離大約100微米設置。
8.根據權利要求6所述的帶通濾波器，其中，所述至少兩個諧振器包括輸入端，其中，所述第三電容器連接在所述至少兩個諧振器之間的所述至少兩個諧振器各自的輸入端處。
9.一種電子器件，包括模擬電路，包括帶通濾波器，對所接收的信號進行濾波，其中，所述帶通濾波器包括 第一電容器和第二電容，彼此並聯，其中，所述第一電容器和所述第二電容器包括輸入端; 第三電容器，連接在所述第一電容器和所述第二電容器之間的所述第一電容器和所述第二電容器各自的輸入端處；以及 至少兩個諧振器，與所述第一電容和所述第二電容器並聯，其中，所述諧振器的至少一個部件以一距離彼此相鄰設置，使得所述諧振器的至少一個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；模擬數字轉換器，將所述濾波信號從模擬轉換為數字；以及數字電路，處理所述數位訊號。
10.根據權利要求9所述的電子器件，其中，所述諧振器中的至少一個部件包括電感器，其中，所述電感器以一距離彼此相鄰設置，使得所述電感器電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點；其中，所述至少兩個諧振器的所述電感器彼此距離大約100微米設置。
全文摘要
本發明公開了一種具有至少三個傳輸零點的器件和其中的帶通濾波器，具體公開了一種帶通濾波器，包括第一電容器、第二電容器、第三電容器、以及至少兩個諧振器。第一電容器和第二電容器彼此並聯，並且第一電容和第二電容中的每個包括輸入端。第三電容器連接在第一電容器和第二電容器之間的第一電容器和第二電容器各自的輸入端處。至少兩個諧振器與第一電容器和第二電容器並聯，並且諧振器的至少一個部件以一距離彼此相鄰設置，使得諧振器的至少一個部件電磁耦合在一起，從而提供三(3)個傳輸零點。
文檔編號H03H7/12GK102684633SQ20111022903
公開日2012年9月19日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年3月10日
發明者葉子禎, 蔡銘憲, 金俊德 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司