專利名稱：帶通濾波器電路及多層結構及其方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種帶通濾波器電路及多層結構，可增加其拒斥力
(rejection),且關于其相關增加帶通濾波器拒斥力的方法。
背景技術：
誠如眾人所知，射頻無源元件于現(xiàn)今通訊系統(tǒng)之中扮演了相當吃重的角色，無論是基礎的電感、電容、電阻器亦或是天線、平衡至非平衡轉換器等器件，都是一無線通訊系統(tǒng)內(nèi)不可或缺的。其中，射頻帶通濾波器又往往是系統(tǒng)中最關鍵的一個器件。射頻帶通濾波器其主要功能為在頻譜中選取出所需頻段的信號，除此之外并針對通帶外的干擾源信號提供適當?shù)乃p量(attenuation)。在系統(tǒng)之中，濾波器的位置通常在天線之后，且在低噪聲放大器之前。故一個良好的射頻帶通濾波器必須具備有在通帶內(nèi)低注入損耗(insertion loss),在通帶外則需具備足夠的衰減量等特性。近十年來，由于手持行動裝置及無線網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展，亦使得射頻帶通濾波器的商品化發(fā)展迅速，其整體產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟價值之高可想而知。是故在因應電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的發(fā)展趨勢下， 一個具有良好電氣特性及適切尺寸的射頻帶通濾波器實有其市場價值及需求。
射頻帶通濾波器長久以來一直在無線通訊系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的角色。由于無線傳輸通道中噪聲及干擾源十分嚴重，系統(tǒng)需仰賴位于前端位置的頻帶選擇濾波器(band-select filter)針對鏡像(image)信號及諧波(harmonic)項信號等干擾信號進行抑制。是故如何提升濾波器的通帶外拒斥力為濾波器設計中一十分重要的技術。
US 7,109,829專利揭露三階帶通濾波器架構，其主要為利用諧振器間的多
5重交互耦合來達到制造通帶外傳輸零點的目的。所述濾波器的頻率響應于低裙襬處具一傳輸零點，高裙襬處具有二個傳輸零點。此一架構的布局精簡，而諧震器間的互耦合機制控制不易，因此傳輸零點的位置亦較難控制。
發(fā)明內(nèi)容
目前在射頻帶通濾波器的創(chuàng)作及研究發(fā)展方向上，已逐漸由通帶內(nèi)響應的探討衍伸至通帶外響應的研究。其原因在于當系統(tǒng)面對無線傳輸通道內(nèi)的種種噪聲及干擾時，射頻帶通濾波器的通帶外拒斥能力就顯得更形重要。故本發(fā)明提出一種創(chuàng)新的射頻帶通濾波器架構，其特色主要在于能增進射頻帶通濾波器的通帶外拒斥力。除外，就本濾波器的架構而言，亦具備有適合于多層基板工藝如多層印刷電路板、多層陶瓷基板…等等工藝之中實現(xiàn)的特性。
本發(fā)明揭示一種帶通濾波器電路，其包括多個諧振器、 一反饋電容器件及一接地電感器件。各所述諧振器的第一端點連接一第一節(jié)點，且其第二端點連接一第二節(jié)點。所述反饋電容器件設于所述第一節(jié)點至第二節(jié)點的反饋電路中。所述接地電感器件的一端點連接所述第二節(jié)點，另一端點接地。一實施范例中，所述諧振器包括一電容器件及一電感器件。上述帶通濾波器電路可由多層電路板加以實現(xiàn)，由上而下大體上包括一第一電路板層、 一第二電路板層、 一第三電路板層、 一第四電路板層和一第五電路板層。第二電路板層設有所述多個諧振器的電容器件的上電極板部分，第三電路板層設有所述多個諧振器的電容器件的下電極板部份，第五電路板層設有所述多個諧振器中的電感器件部份。另外， 一接地層設于所述第五電路板層的下表面。
上述增加帶通濾波器的拒斥力，可大致包括形成多個諧振器于二信號連接端口之間，且所述多個諧振器是并聯(lián)設置，且一端連接于第一節(jié)點，另一端連接于第二節(jié)點。接著形成一反饋電路于第一節(jié)點及第二節(jié)點間，且所述反饋電路為一電容器件所組成。之后形成一電感器件連接于所述第二節(jié)點且接地。
圖1顯示本發(fā)明的帶通濾波器的電路方塊示意圖；圖2顯示本發(fā)明一實施范例的帶通濾波器的電路示意圖；圖3、圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E、圖4F、圖5顯示本發(fā)明一實施范例的帶通濾波器多層結構示意圖；以及
圖6顯示本發(fā)明一實施范例的帶通濾波器的功效示意圖。附圖標號
10帶通濾波器11第一諧振器
12第二諧振器13第三諧振器
14耦合器件15耦合器件
16電容器件17電感器件
21、23、 25 電容器件22、24、 26 電感器件
-35介質層36金屬層
37接地層6卜《6 引線孔
402a 402f 導電層 403a 403f 導電層
404a 404f 導電層 405a 405d 導電層
具體實施例方式
在無線通訊系統(tǒng)的整體特性考量上，為避免傳輸通道內(nèi)的噪聲干擾或諧波失真等情形發(fā)生，通常需要一具有高拒斥力的射頻帶通濾波器器件。
圖1顯示本發(fā)明的帶通濾波器的電路方塊示意圖。 一帶通濾波器10主要包括一第一諧振器ll、 一第二諧振器12、 一第三諧振器13、 一第一耦合器件14、 一第二耦合器件15、 一反饋電容器件16及一接地電感器件17。所述第
7一耦合器件14設于第一諧振器11及第二諧振器12之間，所述第二竭合器件15設于第二諧振器12和第三諧振器13之間。所述第一、第二及第三諧振器11、 12及13的一端是連接于一第一節(jié)點a，而另一端連接于一第二節(jié)點b。反饋電容器件16設于節(jié)點a至b的反饋電路之間。節(jié)點b另連接所述接地電感器件17，且接地電感器件17的另一端接地。第一諧振器11及第二諧振器13分別連接所述帶通濾波器10的兩信號連接端口 A及B。藉由諧振器11、12及13及反饋電路的設置，可提高帶通濾波器的高拒斥力。
第一、第二及第三諧振器11、 12及13的諧振頻率可相同或不同。第一及第二耦合器件14及15可使用金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容型式、垂直交指(VIC-Vertical Interdigital Capacitor)電容型式、表面粘著器件(SMD)型式或其他等效電容型式實現(xiàn)，且其電容值可相同或不同。除外，電容器的電極板可為由多個電極板所構成。
一實施例中，第一諧振器11包括一電容器件21及一電感器件22;第二諧振器12包括一電容器件23及一電感器件24;第三諧振器13包括一電容器件25及一電感器件26。電容器件2K 23及25連接于節(jié)點a，電感器件22、24及26連接于節(jié)點b。第一耦合器件14是連接于電容器件21及電感器件22間的節(jié)點c及電容器件23及電感器件24間的節(jié)點d。節(jié)點c連接于信號連接端口 A。第二耦合器件15是連接于電容器件23及電感器件24間的節(jié)點d及電容器件25及電感器件26間的節(jié)點e。節(jié)點e連接于信號連接端口 B。
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明一實施例，第一諧振器11是由電容C1及電感L1所等效構成；第二諧振器12是由電容C2及電感L2所構成；第三諧振器13是由電容C3及電感L3所構成。二個諧振器之間的耦合器件14及15是分別由耦合電容C12和C23等效構成。反饋電容器件16是由電容C0構成，接地電感器件17是由電感L0構成。
上述電路的實際應用方面，本發(fā)明提出一新型態(tài)的濾波器架構，適用于多層基板工藝。此一基板內(nèi)埋濾波器架構設計概念，主要由傳統(tǒng)三階梳型帶
8通濾波器設計概念衍生的創(chuàng)新架構。
本發(fā)明利用一典型2/2/2增層法多層印刷電路板工藝，做為此一高拒斥帶通濾波器的多層架構實施范例。惟此一創(chuàng)新架構可以不同的工藝、暨不同的其他布局方式實施，亦皆應納入本案的權利保護范圍。
本實施范例的基板架構圖3所示。此工藝為六層板架構，其中包括五層電路板層31~35，分別包括用做核心層(corc layer)的BT基板，兩層高分子混合高介電系數(shù)基板，以及最外層的兩層Rogers 4403低損耗基板，由上而下分別為第一電路板層34、第二電路板層32、第三電路板層31、第四電路板層33及第五電路板層35。另外，各電路板層31~35或設有金屬層36，做為電路導電之用，而接地層37則作為系統(tǒng)接地面。
圖4A至圖4E分別顯示對應至第一電路板層34、第二電路板層32、第三電路板層31、第四電路板層33及第五電路板層35的電路布局示意圖。圖4F則為系統(tǒng)接地面的接地層37。圖5為圖4A至4F形成的對應結構側視圖。濾波器的信號輸入、輸出端口為位于圖4C的導電層403a及403b。圖2中帶通濾波器等效電路的C1、C2、C3則分別由圖4B和4C中的導電層402c和403c、402d和403d、 402e和403e等三組平行板電容所構成。而圖2中的L1、 L2、L3則由位于圖4E的基板405上的導電層405a、 405c、以及405b所等效。本實施范例中導電層405a、 405b、 405c是以內(nèi)埋傳輸線的方式達到電感器的功效，此外亦利用蜿蜒曲折傳輸線的方式使電路尺寸縮小。前述所提的第一諧振器ll即包括導電層402c、 403c及405a，其中402c、 403c分別使用引線孔61及62跨層連接于電感405a的兩端。同第一諧振器11的做法，第二及第三諧振器12及13分別包括導電層402d、 403d和405c，及402e、 403e和405b，其中402d、 403d和402e、 403e亦分別使用引線孔61及62跨層連接于電感405c和405b的兩端。第一諧振器11與第二諧振器12之間的耦合電容C12,以及第二諧振器12與第三諧振器13之間的耦合電容C23，則分別由導電層402a、 403c和402b、 403e所構成的平行板電容所組成。此外，導電層402a與402b亦透過引線孔61共同連接至403d。藉由上述做法，利用402a、 402b、403c、 403d、 403e即可實現(xiàn)圖2中的諧振器間耦合電容C12和C23。其中電容器的型式不限定于MIM電容型式，可由多個電極板并聯(lián)而成。
圖2中的并聯(lián)反饋電容CO可藉由MIM電容型式實現(xiàn)，利用導電層402c、402d、 402e共同連接的402f以及403f、 403g、 404d、 404e、 404f和405d構成垂直多層MIM電容，其中402f、 404d間是由引線孔61、 64連接；403f與404f、 405d間是由引線孔63、 66進行連接；此多層MIM電容共使用了兩層高介電常數(shù)基板材料，即32和33兩層，充分發(fā)揮此一工藝的特點。進一步言之，所述反饋電容包括四層電極板，所述第二電路板層32設有所述反饋電容的第一電極板402f，第三電路板層31設有所述反饋電容的第二電極板403f、403g，第四電路板層33設有所述反饋電容的第三電極板404d、 404e、 404f，第五電路板層35設有所述反饋電容的第四電極板405d。藉此一做法可提供足夠大的電容值以實現(xiàn)本發(fā)明中的高拒斥力帶通濾波器架構。
圖2中的對接地面耦合電感LO可利用導電層405d連接多個(至少一個以上)引線孔65至接地層37來實現(xiàn)。藉由多個引線孔并聯(lián)電感L0的效應，控制引線孔數(shù)目的多寡亦可達到控制L0的感值大小。
上述包括402a 402f、 403a 403g、 404a 404f、 405a 405d的電路布局即由相應于圖2中的金屬層36所形成。
上述電容器件除上述MIM形式外亦可由垂直交指式電容(VerticalInterdigitai Capacitor)型式或部份或全部以表面粘著器件(SMD)電容實現(xiàn)。電感器件可以使用離散式電路設計概念的帶線、微帶線、內(nèi)埋微帶線或其他傳輸線實現(xiàn)，在結構上可以為螺旋式、蜿蜒式或其他任意曲折型縮小其尺寸，亦可部份或全部以SMD電感器件實現(xiàn)。
本發(fā)明除可應于至印刷電路板領域外，亦可應用于陶瓷基板領域或IC襯底領域。
本發(fā)明的帶通濾波器10經(jīng)高頻全波電磁模擬軟件Ansoft HFSS進行模擬。其模擬結果如圖6所示。其中觀察其模擬響應可知，此帶通濾波器可于通帶 外產(chǎn)生四個傳輸零點。此四個傳輸零點位置分別位于0.87GHz、 1.97GHz、 4.62GHz以及6.16GHz。藉由此四個通帶外傳輸零點，本發(fā)明的帶通濾波器可 提供于DC約1GHz約60dB的衰減量，于lGHz 2GHz則具有約40dB的衰 減量，以及在4.32GHz 6.35GHz約40dB的衰減量。由模擬結果可知，本次 發(fā)明的帶通濾波器架構確實具有良好的通帶外拒斥力。此外，由濾波器電磁 模擬響應結果可知，在2.5GHz ~ 2.7GHz通帶之內(nèi)的最大注入損耗約為2.6dB， 而通帶內(nèi)的返回損失皆可滿足大于15dB的所需。
本發(fā)明的帶通濾波器亦可以不同工藝實現(xiàn)，如多層陶瓷基板(LTCC & HTCC)、多層IC襯底、薄膜工藝或其他類似工藝。所述帶通濾波器中的電感、 電容器件可為多層結構，且可為全部或部分以集總器件(lump dement)或離散 器件(distributed element)等效實現(xiàn)。
本發(fā)明的技術內(nèi)容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍 可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因 此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發(fā) 明的替換及修飾，并為以下的權利要求范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種帶通濾波器電路，其特征在于，所述帶通濾波器電路包括多個諧振器，各所述諧振器的第一端點連接一第一節(jié)點，且其第二端點連接一第二節(jié)點；一反饋器件，設于所述第一節(jié)點至第二節(jié)點的反饋電路中；以及一接地器件，其一端點連接所述第二節(jié)點，另一端點接地。
2. 如權利要求1所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述反饋器件為 電容，所述接地器件為電感。
3. 如權利要求1所述的帶通濾波器電路，其特征在于，各所述諧振器包 括一 電容器件及一 電感器件。
4. 如權利要求3所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述電容器件及 電感器件是并聯(lián)。
5. 如權利要求3所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述反饋器件是 連接所述第一節(jié)點，所述電感器件連接所述第二節(jié)點。
6. 如權利要求1所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述多個諧振器 中的二諧振器是分別連接信號輸入端口和信號輸出端口 。
7. 如權利要求1所述的帶通濾波器電路，其特征在于，各相鄰二諧振器 之間是利用電容耦合方式實現(xiàn)電氣連接。
8. 如權利要求7所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述帶通濾波器 電路還包括至少一耦合電容器件，連接于各相鄰兩諧振器之間。
9. 如權利要求1所述的帶通濾波器電路，其特征在于，所述帶通濾波器 電路于通帶外產(chǎn)生多個傳輸零點。
10. —種帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述帶通濾波器包括多個諧 振器、 一反饋電容器件及一接地電感器件，所述帶通濾波器多層結構由上而 下依序包括一第一電路板層；一第二電路板層，設有所述多個諧振器的電容器件的上電極板部分， 以及所述反饋電容器件的第一電極板部分；一第三電路板層，設有所述多個諧振器的電容器件的下電極板部份， 以及所述反饋電容器件的第二電極板部分；一第四電路板層，設有所述反饋電容器件的第三電極板部分；一第五電路板層，設有所述多個諧振器中的電感器件部份，以及所述 反饋電容器件的第四電極板部分；以及一接地層，設于所述第五電路板層的下表面。
11. 如權利要求IO所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述多個 諧振器的電容器件的下電極板是利用弓I線孔連接至所述電感器件部份。
12. 如權利要求10所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述反饋 電容包括四層電極板，所述四層電極板是由第二電路板層所包括的第一電極 板，第三電路板層所包括的第二電極板，第四電路板層所包括的第三電極板， 第五電路板層所包括的第四電極板共同組成。
13. 如權利要求12所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述第一 電極板和第三電極板以及第二電極板和第四電極板分別以引線孔形成電氣連 接。
14. 如權利要求12所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述第四 電極板以弓I線孔連接至所述接地層，以形成所述接地電感器件。
15. 如權利要求10所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述帶通 濾波器電路另包括至少一耦合電容器件，連接于各相鄰兩諧振器之間，且所述第二電路板層另包括所述耦合電容器件的上電極板；以及 所述第三電路板層另包括所述耦合電容器件的下電極板。
16. 如權利要求15所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述耦合 電容器件的下電極板利用弓I線孔連接至所述電感器件部分。
17. 如權利要求IO所述的帶通濾波器多層結椅，其特^E"在于，所述第五 電路板層包括連接所述電感器件部份及所述接地層的引線孔。
18. 如權利要求10所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，電容器件 采用金屬-絕緣層-金屬電容型式、垂直交指電容型式或表面粘著器件電容型 式。
19. 如權利要求10所述的帶通濾波器多層結構，其特征在于，所述電感 器件使用帶線、微帶線或內(nèi)埋微帶線。
20. —種帶通濾波器增加拒斥力的方法，其特征在于，所述帶通濾波器增 加拒斥力的方法包括下列步驟形成多個諧振器于二輸入端口之間，且所述多個諧振器是并聯(lián)設置， 且一端連接于第一節(jié)點，另一端連接于第二節(jié)點；形成一反饋電路于第一節(jié)點及第二節(jié)點間，且形成一電容器件于所述 反饋電路中；以及形成一電感器件連接于所述第二節(jié)點且接地。
21. 如權利要求20所述的帶通濾波器增加拒斥力的方法，其特征在于，所述多個諧振器之間是采電容耦合方式實現(xiàn)電氣連接。
22. 如權利要求20所述的帶通濾波器增加拒斥力的方法，其特征在于， 所述帶通濾波器是以多層陶瓷基板、多層IC襯底或薄膜工藝實現(xiàn)。
23. 如權利要求20所述的帶通濾波器增加拒斥力的方法，其特征在于， 所述帶通濾波器中的電感及電容器件是全部或部分以集總器件或離散器件等 效實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種帶通濾波器電路及多層結構及其方法，所述帶通濾波器電路包括多個諧振器、一反饋電容器件及一接地電感器件。各所述諧振器的第一端點連接一第一節(jié)點，且其第二端點連接一第二節(jié)點。所述反饋電容器件設于所述第一節(jié)點至第二節(jié)點的反饋電路中。所述接地電感器件的一端點連接所述第二節(jié)點，另一端點接地。一實施范例中，所述諧振器包括一電容器件及一電感器件。
文檔編號H01P1/20GK101651244SQ20081014708
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權日2008年8月15日
發(fā)明者張立奇, 晉國強, 蔡承樺, 陳昌升, 陳韋廷, 魏昌琳 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院