專利名稱：高電阻硅的硅技術(shù)中的濾波網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在諸如HR-Si (高電阻硅)技術(shù)的技術(shù)中濾波網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式。其尤其關(guān)注應(yīng)用于例如用于移動電話的GSM和UMTS標(biāo)準(zhǔn)以及用于電視接收的DVB-HT標(biāo)準(zhǔn)的多標(biāo)準(zhǔn)端子。
背景技術(shù)：
這樣的濾波網(wǎng)絡(luò)的一個示例是偽橢圓(pseudo-elliptical)類型的基本低通濾波器，具有11個極點(diǎn)和5個傳輸零點(diǎn)。這樣的網(wǎng)絡(luò)能夠允許置于頻帶[462-862]MHz的 DVB-T信號通過并且抑制在頻帶[890-915]MHz中發(fā)現(xiàn)的GSM傳輸頻帶。圖1中描述了這種類型的濾波網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是對稱的。從而，對稱等級(rank)元件具有相同的值。網(wǎng)絡(luò)包括-在輸入端口Pl和輸出端口 P2之間以串聯(lián)方式連接的具有值Lsl、Ls2、Ls3的耦接電感Ll至L6。-在耦接電感Ll至L6的連接點(diǎn)Al至A5和接地之間以并聯(lián)方式連接的具有值 Lrl/CrU Lr2/Cr2, Lr3/Cr3 的 L/C 串聯(lián)諧振元件。在電感Ll和L2的連接點(diǎn)Al和接地之間由此連接第一諧振元件Lrl/Crl八在點(diǎn) A2和接地之間由此連接第二諧振元件Lr2/Cr2，并且在點(diǎn)A3和接地之間由此連接第三諧振元件Lr3/Cr3。對稱地，在點(diǎn)A4和接地之間連接諧振元件Lr2/Cr2，并且在點(diǎn)A5和接地之間由此連接諧振元件Lrl/Crl。這些“L/C串聯(lián)”元件在截止頻率的直接鄰域形成傳輸零點(diǎn)以便增加濾波器的選擇性。然而，根據(jù)典型的實(shí)施例，為了生產(chǎn)濾波器，使用被轉(zhuǎn)移到FR4類型的低成本襯底 (substrate)上的分立L/C組件，該襯底的下側(cè)用作接地平面，并且借助于金屬化的孔進(jìn)行這些組件的接地。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知RF元件的接地從不理想并且該不理想性可以由寄生電感 (parasite inductance)建模至一階。關(guān)于經(jīng)由金屬化孔接地，該電感的值將特別依賴于孔的直徑和它們的深度。這些接地寄生電感可以顯著地降低功能的性能，這種情況下，考慮它們并且通過重新優(yōu)化設(shè)計(jì)來補(bǔ)償它們是必要的。因此，在圖1的濾波網(wǎng)絡(luò)的情況下，通過將 L/C串聯(lián)諧振元件經(jīng)由金屬化孔直接與電路的低接地平面連接來獲取接地寄生電感的最小化。HR-Si技術(shù)當(dāng)今廣泛地用于無源功能(諸如自電感、電容和電阻)的集成，使得能夠以低級別的成本來設(shè)計(jì)具有顯著性能的完整功能，諸如濾波器、平衡-不平衡變壓器 (balim)、混頻器以及阻抗變換器。其還使得能夠進(jìn)行關(guān)于已知為SIP(系統(tǒng)封裝)的技術(shù)的系統(tǒng)的集成，在該情況下HR-Si技術(shù)不僅用于集成RLC元件而且還用作組成系統(tǒng)的各種 (diverse)集成電路的支持或接口。由于典型地1000 Ω . cm的高電阻硅(HR-Si)的使用使得這些性能是可能的。這種類型的結(jié)構(gòu)包括第一層的襯底HR-Si，典型地具有300 μ m的厚度并且11. 7的量級的介電常數(shù)，其在與下側(cè)對應(yīng)的一側(cè)被金屬化。在與上側(cè)對應(yīng)的另一側(cè)上，重疊兩層金屬導(dǎo)體。在第一金屬層和第二金屬層之間設(shè)置例如基于Si02的絕緣層。該結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)第二上表面上的線圈電感和MIM(金屬-絕緣-金屬)電容。這兩個層由于金屬化跨越而相連接。 在第二金屬層的上側(cè)設(shè)置鈍化層，例如，有機(jī)聚合物BCB (苯并環(huán)丁烯)層。然而，當(dāng)前技術(shù)不能使得在第一金屬層和組成接地平面的HR硅的下側(cè)之間產(chǎn)生金屬化跨越。其因此不能使得將LC元件直接連接(即以最短的路線)至接地。在復(fù)雜功能(例如包括多個要接地的元件的高階濾波器)的特定情況下，這種限制造成設(shè)計(jì)問題，這是因?yàn)榧纳沁@樣的它們可以完全地將使得濾波器的響應(yīng)惡化并改變其性質(zhì)，而沒有克服它的手段。圖2示出了根據(jù)如上所述的現(xiàn)有技術(shù)，在HR-Si技術(shù)中的高電阻硅中無源濾波器的實(shí)施方式的橫截面，并且圖3示出了該低通濾波器的電氣圖解。這個標(biāo)準(zhǔn)濾波器包括在輸入和輸出端口 Pl和P2之間的，由電容Crl、Cr2、Cr3和電感Lrl、Lr2、Lr3表示的L/C串聯(lián)組件并且其在具有值Lsl、Ls2、Ls3的耦接電感器和寄生接地線Ml、M2之間以并聯(lián)方式插入。通過電感Lml、Lm2、Lm3、Lm4分別建模接地點(diǎn)Grl、Gr2和Gr3、Gr4之間的寄生接地線 M1、M2。來自圖4中表示的該濾波器的傳輸響應(yīng)由此不僅示出了截止頻率的平移而且示出了傳輸零點(diǎn)。另一方面，截止頻率以外的衰減相比較于理想濾波器的要小很多。這些惡化的集合是由于這些接地寄生電感的出現(xiàn)。在使用測量測試點(diǎn)的情況下。這些點(diǎn)在圖2所示的電路上形成，中心核在輸入或輸出線上，而相關(guān)聯(lián)的接地點(diǎn)在接地線的端部。因此不能再將諧振元件Lrl/Crl、Lr2/Cr2以及尤其是Lr3/Cr3調(diào)整到最短接地點(diǎn)。如圖2所示的這些不可忽略長度的寄生接地線Lml、Lm2、Lm3、Lm4因此嚴(yán)重地改變?yōu)V波器的響應(yīng)，并且難以補(bǔ)償。本發(fā)明因此致力于當(dāng)以HR-Si技術(shù)或者不能產(chǎn)生縱向接地跨越的任何其它技術(shù)設(shè)計(jì)時的該功能組成元件的接地的問題。提出了現(xiàn)有技術(shù)中已知的不同的解決方案來解決這個問題。一種典型的解決方案是將HR-Si技術(shù)的這種電路轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移襯底(transfer substrate)的接地平面上，并且在若干點(diǎn)上將寄生接地線與該平面連接。這種解決方法由圖5表示的電路圖示，圖5示出了已知為接地導(dǎo)線的、將接地線與接地平面相連接使得能夠限制接地寄生電感的效應(yīng)的許多導(dǎo)線。還可將HR-Si技術(shù)的電路以倒裝芯片(flip-chip)模式安裝，然后將該電路返回至轉(zhuǎn)移電路并且使用錫球(ball)將其與后者相連接。在此也需要許多錫球以確保濾波器的正確接地?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的另一種解決方案是在差分模式中設(shè)計(jì)濾波器。該解決方案包含將參考接地的濾波器變換成差分模式中的電路。在這種情況下非差分濾波器根據(jù)由全局接地線組成的對稱軸的復(fù)制導(dǎo)致差分濾波器。在M.L.GRIMA的論文“Cone印tion d’ un recepteur radiofrequence en technologieintegree pour Ies systemes de radioastronomie du futur”(用于未來無線電航天系統(tǒng)的集成技術(shù)中的射頻接收器的設(shè)計(jì))，2007 年 12 月，Universit6d，Orleans 中提供一個示例。
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清楚的是該解決方案呈現(xiàn)組件加倍的主要缺點(diǎn)，其與硅表面的不同。此外，需要使用變換器，以將信號從差分模式轉(zhuǎn)換成非差分模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出對這個問題的另一種解決方案其包括一種硅技術(shù)中的濾波網(wǎng)絡(luò)，其通過至少一個截止頻率限定，并且包括輸入端子，其用于接收要被濾波的信號；以及輸出端子，其用于提供濾波信號，第一接地線，通過其端部與第一和第二接地點(diǎn)相連接，第二接地線，通過其端部與第三和第四接地點(diǎn)相連接，多個耦接電感，其以串聯(lián)方式連接在輸入端子和輸出端子之間。以并聯(lián)方式連接的多個LC諧振元件，其通過一端部與兩個接地線之一，并且經(jīng)由耦接電感的中間物通過另一端連接在一起，由此創(chuàng)建傳輸零點(diǎn)。接地線形成電感元件，網(wǎng)絡(luò)包括與至少一些所述電感元件相串聯(lián)的電容元件，選擇電容元件的值使得串聯(lián)的所述電感和電容元件的諧振頻率與處于帶寬外部的頻率對應(yīng)。優(yōu)選地，電容元件是與接地線相連接的電容。根據(jù)本發(fā)明的變型，LC諧振電路可以以非差分的方式連接至接地線之一或其他， 并且電容元件被適配為用于形成電感元件的接地線的值。優(yōu)選地，以HR-Si硅技術(shù)生產(chǎn)濾波網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明具有提供能夠消除接地線的有害效應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，并且作為結(jié)果，使得能夠保持理想濾波器的響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的濾波器網(wǎng)絡(luò)僅具有四個接地點(diǎn)，作為結(jié)果使得能夠進(jìn)行與其它簡化功能的相互連接以及裝配和集成的成本的減少。減少了接地線的位置，因此在HR-Si電路上為其它功能的集成釋放了空間。本發(fā)明使得可以使用傳感器直接測試“晶圓”上的濾波器，并且驗(yàn)證關(guān)于濾波器的最終尺寸的性能。根據(jù)本發(fā)明的電路的成本和尺寸顯著地降低。


在閱讀通過參照附圖進(jìn)行的以下描述時，前述發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及其它將更加清楚地呈現(xiàn)，其中圖1已經(jīng)被描述，示出了具有11個極點(diǎn)的偽橢圓低通濾波器，圖2示出了 HR-Si高電阻硅技術(shù)的濾波器的實(shí)施方式的俯視圖，圖3示出了包括接地寄生電感的低通濾波器網(wǎng)絡(luò)，圖4示出了比較于理想濾波器的傳輸中的響應(yīng)的具有接地寄生電感的濾波器的傳輸中的響應(yīng)，圖5示出了包括接地導(dǎo)線的HR-Si高電阻硅技術(shù)的濾波器的實(shí)施方式的俯視圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的低通濾波器的網(wǎng)絡(luò)，圖7示出了相比較于理想濾波器的傳輸中的響應(yīng)的圖6的濾波器的傳輸dB(S(3， 4))中以及反射dB(SG，4))中的響應(yīng)，
圖8示出了根據(jù)HR-Si高電阻硅的本發(fā)明的濾波器實(shí)施方式的俯視圖，圖9示出了根據(jù)HR-Si高電阻硅技術(shù)的本發(fā)明的、包括接地導(dǎo)線的濾波器的實(shí)施例的俯視圖。為了簡化描述，在這些后面的圖中使用相同的附圖標(biāo)記以便指定實(shí)現(xiàn)相同功能的元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的想法由此在于通過引入將與接地線一起進(jìn)入諧振的電容，以補(bǔ)償這些接地線的有害效應(yīng)，使得它們從電氣的角度易于理解。為了相同目的，還提出了另一種用于將硅電路的諧振器接地的方法。下文中詳細(xì)描述所提出的新的濾波網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)聯(lián)的硅電路。仿真的性能同樣地被指示為本構(gòu)思的證明。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的11階低通濾波器網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)注先前描述的低通濾波器，但是本發(fā)明的原理適用于在硅電路上設(shè)計(jì)的所有其它濾波器或無源電路。該濾波器是對稱的并且對稱的等級元件具有相同的值。類似與圖1 一起描述的濾波器，其包括耦接電感Ll至L6，其以串聯(lián)方式連接在輸入端口 Pl和輸出端口 P2之間；以及“LC串聯(lián)”諧振元件，其施加在耦接電感的連接點(diǎn)Al至A5和接地線Ml與M2之間。然而注意到，關(guān)于圖3的網(wǎng)絡(luò)，諧振元件Lr3/Cr3現(xiàn)在連接到同一接地線以及兩個諧振元件L22/ Cr2。該布置使得能夠減少接地寄生電感值。第一接地線Ml與通過接地導(dǎo)線的中間物連接至接地平面的兩個接地點(diǎn)Grl、Gr2 相連接。同樣地，第二接地線M2與通過接地導(dǎo)線的中間物連接至接地平面的兩個接地點(diǎn) Gr3、Gr4相連接。接地線部分形成由電感Lml、Lm2、Lm3表示的寄生電感元件。根據(jù)本發(fā)明，以與每個寄生電感Lm2串聯(lián)的方式引入電容Cml，寄生電感Lm2將濾波器的所有元件返回接地。以某種方式計(jì)算該電容的值使得其在位于盡可能地靠近要抑制的GSM波段的頻率上與Lm2 —起諧振。例如，并且作為指示，使用以下電感和電容元件的值耦接電感=Lsl= 2. 7nH, Ls2 = IOnH, Ls3 = 9. 1nHL/C 串聯(lián)元件Lrl = 12nH, Lr2 = 7. 5nH, Lr3 = 7. 5nH Cr，1 = 2. IpF, Cr2 = 3. 4pF, Cr3 = 3. 5pF并且假設(shè)寄生電感Lm2為InH，Cml以某種方式固定于25pF以在 1. OlGHz上得到諧振。因此在對于濾波器的選擇性關(guān)鍵的該頻率，Lm2與Cml串聯(lián)的等效阻抗為零，并且輸入/輸出接地返回至諧振器Lr2/Cr2的端部。因此消除了線Lm2的有害效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的變型，以與每個寄生電感Lml串聯(lián)的方式引入電容，寄生電感Lml將這些濾波器的元件返回接地。該電容的值與第一諧振器的電容Crl的值集成并且第一元件的電容被該等效Cr，1代替。例如假設(shè)0. 3nH的寄生電感Lml，2. IpF的Cr，1的值是可接受的?？赡茏⒁獾降氖牵欣?，將第三諧振器Lr3/Cr3連接到同一接地線M2作為兩個諧振器Lr2/Cr2。該部署還使得能夠通過電容Cml補(bǔ)償接地寄生電感值Lm3。例如使用0. 5nH的等效寄生電感Lm3，平衡網(wǎng)絡(luò)在1. OlGHz上得到諧振。本發(fā)明然后包含引入與對應(yīng)的接地點(diǎn)相連接的并且與將這些元件的集合返回接地的寄生電感Lm2串聯(lián)的電容Cml。本發(fā)明的變型包含通過考慮兩個電感Lm3的值，來重優(yōu)化Lr3/Cr3的值，使得諧振器在初始期望的頻率諧振。如圖7所示，可以看到相比較于理想解決方案的響應(yīng)，傳輸中的響應(yīng)顯示新的網(wǎng)絡(luò)在中和寄生接地線效應(yīng)的方面良好地取得成功。反射中的響應(yīng)另外顯示濾波保持良好地適配。圖8和圖9示出了 HR-Si硅電路的可能的設(shè)計(jì)。在圖8中并且與圖2相比較，將電容Cml和Cm2添加到Lm2值接地寄生電感的極端并且與接地點(diǎn)Grl、Gr2相連接。與接地寄生電感Lml串聯(lián)連接了等效電容Cr’ 1。顯示Lm3值接地寄生電感與第三諧振器的電容 Cr3相連接并且兩個電容Cr2的每一個都各自形成第二諧振器?？梢钥紤]該電路的其它設(shè)計(jì)，其中將通過電容元件來補(bǔ)償接地寄生電感?？梢宰⒁獾綀D8中濾波器僅需要經(jīng)由接地導(dǎo)線從四個接地點(diǎn)Grl、Gr2、Gr3、Gr4到接地平面的連接，即，兩個在輸入通路，兩個在輸出通路，而不是圖4表示的一般解決方案所需的多個。圖10和圖11示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖10示出了 7階的低通濾波器，其包括在輸入端口 iTerml和輸出端口 Term2之間以串聯(lián)方式連接的耦接元件Lsl、CsU Ls2、 Cs2。將與值Lpl/Cpl、Lp2/Cp2相應(yīng)的諧振元件以并聯(lián)方式連接在接地線的耦接元件的連接點(diǎn)之間。如上文所述，接地線形成由電感Lml、Lm2、Lm3表示的寄生電感元件。根據(jù)本發(fā)明，將電容Cml以串聯(lián)方式與電感元件Lml (以及Cm2分別地與Lm2)相連接以便返回元件集合至接地。計(jì)算電容Cml和Cm2的值，以使得在處于最靠近要抑制的頻率上，每個電容和其連接到的接地串聯(lián)電感一起諧振。在此相比較于Lml和Lm2，低值的Lm3對于濾波器的響應(yīng)僅具有小的影響范圍。圖11中表示了使用圖10的濾波器獲得的傳輸和反射中的響應(yīng)。傳輸中的響應(yīng)清晰地顯示由于兩個電容Cml和Cm2的添加而在帶寬的一部分和另一部分中創(chuàng)建的傳輸零點(diǎn)。然后在此示范了對由于電容的添加造成的接地線的有害效應(yīng)的補(bǔ)償。這使得不僅在濾波器的帶寬中能夠保持非常低的插入損耗，而且使得能夠獲得增加的頻率選擇性。
權(quán)利要求
1.一種HR-Si硅技術(shù)中的濾波網(wǎng)絡(luò)，其通過至少一個截止頻率(fc)限定，并且包括 輸入端子(P1)，其用于接收要被濾波的信號；以及輸出端子(P2)，其用于提供濾波信號，第一接地線(Ml)，其通過其端部連接至第一和第二接地點(diǎn)(Grl)、(Gr2)；第二接地線 (M2)，其經(jīng)由其端部連接至第三和第四接地點(diǎn)(Grf)、(Gr4)；多個L/C諧振元件(Lrl/Crl、 Lr2/Cr2、Lr3/Cr3)，其以并聯(lián)方式連接，并且經(jīng)由一端部鏈接到兩條接地線(Li，L2)之一， 經(jīng)由另一端部借助于耦接電感(Lsl，Ls2, Ls3)鏈接在它們之間，由此創(chuàng)建傳輸零點(diǎn)，其特征在于每條接地線(Ml，M2)形成電感元件(Lml，Lm2, Lm3)，網(wǎng)絡(luò)包括與至少一些所述電感元件(Lml，Lm2, Lm3)相串聯(lián)的電容元件(Cml，Cr’ 1)，選擇電容元件的值使得串聯(lián)的電感和電容元件的諧振頻率與處于帶寬以外的頻率對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，電容元件(Cml)是與接地點(diǎn)(Grl、Gr2) 相連接的電容。
3.如權(quán)利要求1所述的濾波網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，電容元件(Cr’l)與諧振元件的電容集成，用于修改所述值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種HR-Si硅技術(shù)中的濾波網(wǎng)絡(luò)，其通過至少一個截止頻率FC限定，并且包括用于接收要被濾波的信號的輸入端子P1以及用于傳遞濾波信號的輸出端子P2。網(wǎng)絡(luò)包括第一接地線M1，其通過其端部與直接連接到接地平面的第一和第二接地點(diǎn)Gr1、Gr2相連接；第二接地線M2，其經(jīng)由其端部與直接連接到接地平面的第三和第四接地點(diǎn)Gr3、Gr4相連接；多個L/C諧振元件Lr1/Cr1、Lr2/Cr2、Lr3/Cr3，其以并聯(lián)方式連接并且其經(jīng)由一端部鏈接到兩條接地線L1、L2之一并且經(jīng)由另一端借助于耦接電感Ls1、Ls2、Ls3鏈接在它們之間，由此創(chuàng)建傳輸零點(diǎn)。由于每條接地線(M1、M2)由電感形成電感元件(Lm1，Lm2，Lm3)，網(wǎng)絡(luò)包括與至少一些所述電感元件(Lm1、Lm2、Lm3)相串聯(lián)的電容元件(Cm1，Cr’1)，選取電容元件的電容使得串聯(lián)的電感和電容元件的諧振頻率與處于通帶以外的頻率對應(yīng)。
文檔編號H03H1/00GK102318187SQ201080007603
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者A.勞齊爾, B.巴雷勞德, B.賈里, D.羅海因唐, F.巴隆, J.林蒂格納特, R.拉巴比迪 申請人:湯姆森特許公司