專利名稱：具有改進(jìn)的輸入/輸出匹配的集成濾波器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型集成電路，特別涉及集成濾波器。
頻率選擇濾波器具有三種重要功能。即，傳遞所需頻率的電信號，濾去其它頻率，以及匹配源和負(fù)載阻抗。當(dāng)前通過集成而小型化的趨勢使得在濾波器匹配電路設(shè)計中出現(xiàn)了一個問題，即寄生并聯(lián)電容阻礙濾波器與其源和負(fù)載匹配，并且在濾波器抑制頻帶(stopband)隔離設(shè)計中也產(chǎn)生了一個問題，即濾波器輸入和輸出(I／O)之間的耦合損害了濾波器的抑制頻帶濾除性能。
在常規(guī)的濾波器設(shè)計中，寄生并聯(lián)電容很小，并且其對匹配電路性能的影響通常是可以忽略的。而且在常規(guī)的濾波器設(shè)計中，通過物理地將濾波器的I／O部分分離而減少這兩部分之間的耦合，從而使對濾波器的抑制頻帶濾除性能的影響非常小。但是，由于電路設(shè)計趨向高度集成化，例如多層陶瓷集成電路(MCIC)或多層印刷電路板(MPCB)和高密度互連(HDI)，寄生并聯(lián)電容損害了匹配電路性能。這是當(dāng)今集成濾波器設(shè)計中相對較新且具有挑戰(zhàn)性的問題，現(xiàn)有技術(shù)中增加濾波器元件之間的間隔以及利用接地平面的方法對于集成濾波器設(shè)計來說都不是可行的解決方法。
因此非常需要提供能夠克服這些缺陷的裝置和制造方法，并且該裝置應(yīng)當(dāng)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且易于安裝和使用。
參照附圖

圖1到圖4是依據(jù)本發(fā)明的各種集成濾波器電路的示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明用多層陶瓷集成電路(MCIC)實(shí)現(xiàn)的雙工器的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路的示意圖；圖6是在MCIC封裝中具有只相隔允許距離的I／O線圈的圖5所示的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路的俯視圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明，具有分隔開的I／O線圈的圖5所示的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路的俯視圖；以及圖8是依據(jù)本發(fā)明的柵格式地線墻的放大等角圖。
現(xiàn)在參照圖1，該示意圖示出了具有依據(jù)本發(fā)明而改進(jìn)的輸入／輸出(I／O)匹配的集成濾波器電路10。電路10包括集成濾波器11，該集成濾波器具有與輸入寄生并聯(lián)阻抗(未示出)相連的輸入端子12和與輸出寄生并聯(lián)阻抗(未示出)相連的輸出端子13。集成濾波器11是當(dāng)今任何一種高度集成的濾波器，諸如那些依據(jù)多層陶瓷集成電路(MCIC)、多層印刷電路板(MPCB)和高密度互連(HDI)等技術(shù)而構(gòu)成的集成濾波器，其中輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗是固有的并影響匹配電路性能。就象所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所理解的那樣，輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗一般為并聯(lián)電容，但也可以是電容，電感，電阻或這三者的任意組合，并且它可以在特定的端子集中出現(xiàn)或分散出現(xiàn)。而且，為方便起見，在這個具體的實(shí)施例中，集成濾波器11以簡單的方框形式表示。
為方便起見以方塊形式示出的輸入電路14與輸入端子12耦合。輸入電路14具有特定的阻抗，此后稱為源阻抗。為方便起見以方塊形式示出的輸出電路15也與輸出端子13耦合。輸出電路15具有特定的阻抗，此后稱為負(fù)載阻抗。濾波電路10的輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗影響了濾波電路10的輸入和輸出阻抗。正如所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，在輸入電路14的源阻抗與濾波器電路10的輸入阻抗相匹配，而濾波器電路10的輸出阻抗與輸出電路15的負(fù)載阻抗相匹配時，輸入電路14、濾波器電路10和輸出電路15的操作最為有效。但是，在大多數(shù)按照多層陶瓷集成電路(MCIC)、多層印刷電路板(MPCB)和高密度互連(HDI)等技術(shù)制造濾波器電路10的情況下，輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗實(shí)質(zhì)上改變了輸入和輸出阻抗。
在本具體實(shí)施例中為電感線圈17的輸入電部件一端與濾波器11的輸入端子12相連，另一端與一個公用電位，如地線相連。電感線圈17基本上與輸入寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸入寄生并聯(lián)阻抗。同樣地，在本具體實(shí)施例中為電感線圈19的輸出電部件一端與濾波器11的輸出端子13相連，另一端與一個公用的電位，如地線相連。電感線圈19基本上與輸出寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸出寄生并聯(lián)阻抗。正如所理解的那樣，電感線圈17和19在降低或消除輸入寄生并聯(lián)電容方面是最有效的，并且一般被用在輸入寄生并聯(lián)阻抗為電容的集成濾波器電路中。而且，能夠方便地將輸入和輸出電感線圈17和19作為集成電感線圈集成到由例如多層陶瓷集成電路(MCIC)、多層印刷電路板(MPCB)和高密度互連(HDI)等形成的集成濾波器電路10中。
現(xiàn)參照圖2，該示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明具有改進(jìn)的I／O匹配的集成濾波器電路20。電路20包括集成濾波器21，其輸入端子22具有輸入寄生并聯(lián)阻抗(未示出)，其輸出端子23具有輸出寄生并聯(lián)阻抗(未示出)。如上所述，集成濾波器21是當(dāng)今任何一種高度集成的濾波器，其中輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗是固有的并影響匹配電路性能。輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗可以是電容，電感，電阻或這三種的任意組合，并且它可以在特定的端子集中出現(xiàn)或分散出現(xiàn)。而且，為方便起見，在這個具體的實(shí)施例中，集成濾波器21與輸入電路24和輸出電路25一起以簡單的方框形式表示。
在本具體實(shí)施例中為傳輸線元件27的輸入電部件一端與濾波器21的輸入端子22相連，另一端與公用的電位，如地線相連。傳輸線元件27基本上與輸入寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸入寄生并聯(lián)阻抗。同樣地，在本具體實(shí)施例中為傳輸線元件29的輸出電部件一端與濾波器21的輸出端子23相連，另一端與公用的電位，如地線相連。傳輸線元件29基本上與輸出寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸出寄生并聯(lián)阻抗。
正如所理解的那樣，能夠?qū)鬏斁€元件27和29的長度進(jìn)行特別設(shè)計，使其產(chǎn)生電感或電容阻抗以降低或消除輸入寄生并聯(lián)電感和／或電容，并且一般被用在輸入寄生并聯(lián)阻抗為電容或電感的集成濾波器電路中。而且，能夠方便地將輸入和輸出傳輸線元件27和29集成到由例如多層陶瓷集成電路(MCIC)、多層印刷電路板(MPCB)和高密度互連(HDI)等形成的集成濾波器電路10中。
現(xiàn)參照圖3，該示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明具有改進(jìn)的I／O匹配的集成濾波器電路30。電路30包括集成濾波器31，其輸入端子32具有輸入寄生并聯(lián)阻抗(未示出)，其輸出端子33具有輸出寄生并聯(lián)阻抗(未示出)。如上所述，集成濾波器31是當(dāng)今任何一種高度集成的濾波器，其中輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗是固有的并影響匹配電路性能。輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗可以是電容，電感，電阻或這三種的任意組合，并且它可以在特定的端子集中出現(xiàn)或分散出現(xiàn)。而且，為方便起見，在這個具體的實(shí)施例中，集成濾波器31與輸入電路34和輸出電路35一起以簡單的方框形式表示。
在本具體實(shí)施例中為并聯(lián)調(diào)諧電路的輸入電部件一端與濾波器31的輸入端子32相連，另一端與公用的電位，如地線相連，該并聯(lián)調(diào)諧電路包括可變電容36和電感線圈37。并聯(lián)調(diào)諧電路基本上與輸入寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸入寄生并聯(lián)阻抗。同樣地，在本具體實(shí)施例中為并聯(lián)調(diào)諧電路的輸出電部件一端與濾波器31的輸出端子33相連，另一端與公用的電位，如地線相連，該并聯(lián)調(diào)諧電路包括可變電容38和電感線圈39。并聯(lián)調(diào)諧電路基本上與輸出寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸出寄生并聯(lián)阻抗。
現(xiàn)參照圖4，該示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明具有改進(jìn)的I／O匹配的集成濾波器電路40。電路40包括集成濾波器41，其輸入端子42具有輸入寄生并聯(lián)阻抗(未示出)，其輸出端子43具有輸出寄生并聯(lián)阻抗(未示出)。在本具體實(shí)施例中為串聯(lián)調(diào)諧電路的輸入電部件一端與濾波器41的輸入端子42相連，另一端與公用的電位，如地線相連，該串聯(lián)調(diào)諧電路包括可變電容46和電感線圈47。同樣地，在本具體實(shí)施例中為串聯(lián)調(diào)諧電路的輸出電部件一端與濾波器41的輸出端子43相連，另一端與公用的電位，如地線相連，該串聯(lián)調(diào)諧電路包括可變電容48和電感線圈49。該輸入和輸出串聯(lián)調(diào)諧電路基本上分別與輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗并聯(lián)以降低輸出寄生并聯(lián)阻抗。
應(yīng)當(dāng)注意可以通過改變電容和電感線圈中的一個或同時改變來調(diào)整輸入和輸出并聯(lián)和串聯(lián)調(diào)諧電路。但是，最好使用可變電容，因為諸如變抗器或電壓可變電容(VVC)之類的電子設(shè)備可被用作變?nèi)萜鞑⑶乙子诩傻诫娐分?。也可通過簡單地向其上施加適當(dāng)?shù)碾妷簛碚{(diào)整或改變變抗器或VVC。一般地，可調(diào)整并聯(lián)和串聯(lián)調(diào)諧電路以降低輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗，無論該寄生并聯(lián)阻抗是電感、電容和／或電阻，從而提供了更多能夠?qū)е赂研阅艿脑O(shè)計靈活性。
現(xiàn)參照圖5，該示意圖示出了依據(jù)本發(fā)明用多層陶瓷集成電路(MCIC)實(shí)現(xiàn)的雙工器構(gòu)成的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路50。濾波器電路50包括通常被標(biāo)記為51的集成濾波器，該集成濾波器包括四個串聯(lián)的部分52，53，54和55。52到55中的每個部分包括表面聲波(SAW)諧振器56，電壓可變電容器57，和以多層陶瓷形成的電感線圈58。出于性能、尺寸和成本的考慮，集成濾波器51由MCIC實(shí)現(xiàn)。但是，由于實(shí)現(xiàn)小型化，相鄰濾波器的I／O部分之間的耦合是不可避免的，并且這種耦合可能是電容性的，電感性的，或二者兼?zhèn)洹６?，濾波器51的抑制頻帶濾除只能容忍很小的耦合，例如0．1pF(電容)和1．0nH(電感)。
在本具體實(shí)施例中，SAW諧振器56與電容61，62和63電容性地耦合。雜散或寄生電容可以60到64的形式存在并作為一個集合部件來說明。通?？蓪⒔徊婕纳娙?1，62和63吸收到集成濾波器51的設(shè)計中，但不能將輸入寄生電容60和輸出寄生電容64吸收到該設(shè)計中。輸入寄生電容60和輸出寄生電容64都大約為0．5pF并在通頻帶的開始給集成濾波器51帶來只有7dB的回程損耗。這種性能顯然是不能接受的。
在本具體實(shí)施例中輸入電部件65為電感線圈，但它可以是電感線圈、一段傳輸線、串聯(lián)調(diào)諧電路和并聯(lián)調(diào)諧電路中的任何一種，其一端與濾波器電路50的輸入端子66相連，另一端與公用的電位，如地線相連。同樣地，在本具體實(shí)施例中為電感線圈，但它可以是電感線圈、一段傳輸線、串聯(lián)調(diào)諧電路和并聯(lián)調(diào)諧電路中的任何一種的輸出電部件67一端與濾波器電路50的輸出端子68相連，另一端與公用的電位，如地線相連。輸入和輸出電部件65和67分別與輸入和輸出寄生并聯(lián)電容60和64并聯(lián)以降低輸入和輸出寄生并聯(lián)電容。引入輸入和輸出電部件65和67的結(jié)果是將濾波器電路50在通頻帶中的回程損耗提高到至少16dB。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果需要，可使用與上述電部件相似的附加電部件來降低寄生并聯(lián)電容(或其它寄生并聯(lián)元件)。
參照圖6，示出了圖5所示的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路的布局。為便于理解起見，相同的部件用相同的數(shù)字標(biāo)記。尤其應(yīng)當(dāng)注意的是，在本具體實(shí)施例中為輸入和輸出電感線圈的輸入和輸出電部件65和67可被物理地分開可允許的距離，即MCIC封裝的寬度。但是，通過物理分開所能達(dá)到的去耦量是非常有限的，并且可能導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)集成電路的目的失敗或不充分的去耦。例如，圖6所示的能夠允許的最大物理分離在輸入和輸出電部件65和67之間仍然存在耦合，其導(dǎo)致濾波器電路50的抑制頻帶濾除僅為26dB，這是決不能接受的。
現(xiàn)參照圖7，示出了圖5所示的依據(jù)本發(fā)明的可調(diào)發(fā)射集成濾波器電路的布局。為便于理解起見，仍用相同的數(shù)字標(biāo)記相同的部件。尤其應(yīng)當(dāng)注意的是，輸入和輸出電部件65和67在本具體實(shí)施例中分別為輸入和輸出電感線圈，此后被標(biāo)記為65和67。在圖7的結(jié)構(gòu)中利用了兩種不同的方法和裝置來提供輸入和輸出電感線圈65和67之間所需的去耦量。為了便于理解，將分別說明這兩種方法和裝置。應(yīng)當(dāng)理解在每種應(yīng)用中，可根據(jù)需要分別或一同使用這兩種方法和裝置。
在第一種方法中，應(yīng)當(dāng)理解輸入和輸出電感線圈65和67的磁場可被排列以產(chǎn)生一個建設(shè)性的或是破壞性的耦合。當(dāng)調(diào)整磁耦合線圈的間距時，電容性耦合因而可被調(diào)節(jié)成消除抑制頻帶頻率處的電感耦合，并在輸入和輸出電感線圈65和67之間具有虛地的最終結(jié)果。這種調(diào)節(jié)與通過物理分隔線圈來減少各種耦合在實(shí)質(zhì)上是不同的，并且能夠使線圈非常接近。利用這種方法可以得到改善的抑制頻帶性能。
在第二種方法和裝置(特別如圖7所示)中，輸入和輸出電感線圈65和67基本上位于彼此相鄰的位置，并且柵格式地線墻70位于它們之間。柵格式地線墻70以MCIC封裝形成，并與公用電位相接，例如地線，以便在實(shí)質(zhì)上截斷輸入和輸出電感線圈65和67之間的電磁耦合。如圖8所示，在MCIC或MPCB的每一層形成一條印刷金屬痕線(trace)71，72，73，74等，并通過75相互連接。這樣，印刷金屬痕線71，72，73，74等中至少有一條直接與地線連接，并通過75將其余所有印刷金屬痕線接地。應(yīng)當(dāng)注意印刷金屬痕線和通孔或接線柱構(gòu)成柵格或柵格墻，它被特別設(shè)計用于截斷電磁耦合。例如，柵格墻的開口近似小于工作頻率波長的1／20。例如在圖7所示的實(shí)施例中，盡管輸入和輸出電感線圈65和67的位置比圖6所示的近得多，但可以達(dá)到46dB的抑制頻帶濾除。
因此，本發(fā)明公開了具有改進(jìn)的I／O匹配的集成濾波器電路。該集成濾波器電路包括用于消除寄生并聯(lián)阻抗以使濾波器性能大大提高的電部件。而且，濾波器的輸入和輸出部分之間的耦合損害了濾波器的抑制頻帶濾除性能。為了改善濾波器的抑制頻帶隔離，描述了兩種不同的方法和裝置，這些方法和裝置包括利用柵格式地線墻對濾波器的I／O部分進(jìn)行電隔離，或者通過電磁方法消除I／O部分之間的耦合。在特定的應(yīng)用中所提供的兩種實(shí)施例都是可能或方便的。
我們已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以進(jìn)行修改和改進(jìn)。因此應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不僅限于所示出的特定形式，后面所提出的權(quán)利要求覆蓋了所有不偏離本發(fā)明構(gòu)思的修改。
權(quán)利要求
1．具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于集成濾波器(11)，其輸入端子(14)具有輸入寄生并聯(lián)阻抗，其輸出端子(15)具有輸出寄生并聯(lián)阻抗；與輸入端子耦合以便降低輸入寄生并聯(lián)阻抗的輸入電部件(17，27，36，37，46，47)；以及與輸出端子耦合以便降低輸出寄生并聯(lián)阻抗的輸出電部件(13，29，38，39，45，49)。
2．如權(quán)利要求1所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于輸入和輸出電部件被集成到集成濾波器電路中。
3．如權(quán)利要求1所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于輸入和輸出電部件中的每一個包括電感線圈、一段傳輸線、在串聯(lián)調(diào)諧電路中相連的電感線圈和可調(diào)電容以及在并聯(lián)調(diào)諧電路中相連的電感線圈和可調(diào)電容中的任何一種。
4．如權(quán)利要求1所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于集成濾波器包括多個濾波器部分。
5．如權(quán)利要求4所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于多個濾波器部分中的每一個包括表面聲波諧振器，電壓可變電容，以及多層陶瓷集成線圈。
6．如權(quán)利要求4所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路，其特征在于多個濾波器部分中的每一個包括相鄰耦合部分之間的中間寄生并聯(lián)阻抗，并且集成濾波器電路還包括與相鄰耦合部分耦合的中間電部件，以便降低中間寄生并聯(lián)阻抗。
7．具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路的制造方法，其特征在于以下步驟形成集成濾波器(11)，其輸入端子(14)具有輸入寄生并聯(lián)阻抗，其輸出端子(15)具有輸出寄生并聯(lián)阻抗；形成與輸入端子耦合以便降低輸入寄生并聯(lián)阻抗的輸入電部件(17，27，36，37，46，47)；以及形成與輸出端子耦合以便降低輸出寄生并聯(lián)阻抗的輸出電部件(13，29，38，39，45，49)。
8．如權(quán)利要求7所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路的制造方法，其特征在于形成集成濾波器的步驟包括形成多個串聯(lián)連接的濾波器部分，其中每個濾波器部分包括表面聲波諧振器，電壓可調(diào)電容和多層陶瓷集成線圈。
9．如權(quán)利要求8所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路的制造方法，其特征在于形成多個濾波器部分的步驟包括形成每個部分具有相鄰耦合部分之間的中間寄生并聯(lián)阻抗，并且形成與相鄰耦合部分耦合的中間電部件，以便降低中間寄生并聯(lián)阻抗。
10．如權(quán)利要求7所述的具有改進(jìn)I／O匹配的集成濾波器電路的制造方法，其特征在于形成輸入電部件和形成輸出電部件的步驟包括將輸入和輸出電部件集成到集成濾波器電路中。
全文摘要
集成濾波器具有輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗。輸入和輸出電部件分別與輸入和輸出端子耦合,以便降低輸入和輸出寄生并聯(lián)阻抗。輸入和輸出電部件中的每一個包括線圈、一段傳輸線、串聯(lián)調(diào)諧電路中相連的線圈和可調(diào)電容以及并聯(lián)調(diào)諧電路中相連的線圈和可調(diào)電容中的一種。集成濾波器包括定位成消除電感耦合的輸入和輸出多層陶瓷集成線圈和/或位于輸入和輸出線圈之間的中間層?xùn)鸥袷降鼐€墻。
文檔編號H03H9/64GK1295379SQ00132938
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月9日
發(fā)明者顧望常, 理查德·斯帝芬·可穆魯斯奇 申請人:摩托羅拉公司