TWI717305B

TWI717305B - 濾波器電路

Info

Publication number: TWI717305B
Application number: TW109128227A
Authority: TW
Inventors: 林義傑; 邱詩家
Original assignee: 聯發科技股份有限公司
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-01-21
Also published as: TW202110086A; CN112490604A; EP3783735A1; US11682816B2; US20210057143A1

Abstract

濾波器電路包括輸入節點，輸出節點，第一濾波元件和第二濾波元件。第一濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為向第二端提供第一信號傳導路徑，用於將在輸入節點處接收的第一信號傳導到第二端。第二濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為向輸出節點提供第二信號傳導路徑，用於將在輸入節點處接收到的第二信號傳導到所述輸出節點。所述第一濾波元件的第二端和第二濾波元件的第二端是開路端。

Description

濾波器電路

本發明涉及濾波器技術領域，特別涉及一種小型的濾波器設計。

5G無線通訊和77GHz汽車雷達技術的興起開始了毫米波應用領域一個激動人心的新時代。濾波器是晶片上或封裝基板上的關鍵被動元件之一，特別是在毫米波應用中。濾波器設計不僅可以簡單地用於帶通或抑制，還可以用於阻抗匹配以及與其他主動器件的協同設計。在設計濾波器時，需要考慮幾個設計折衷來滿足不同的設計規範，例如小型的物理尺寸和減少的插入損耗。

因此，非常需要具有良好的濾波性能並且易於在封裝基板上實施的特性的小型的濾波器設計。

根據本發明的實施例，濾波器電路包括輸入節點，輸出節點，第一濾波元件和第二濾波元件。第一濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為向第二端提供第一信號傳導路徑，用於將在輸入節點處接收的第一信號傳導到第二端。第二濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為向輸出節點提供第二信號傳導路徑，用於將在輸入節點處接收到的第二信號傳導到輸出節點。第一濾波元件的第二端和第二濾波元件的第二端是開路端。

根據本發明的另一實施例，濾波器電路包括輸入節點，輸出節點，第一跡線，第二跡線和第三跡線。第一跡線被佈線在基板上，並且具有耦接到輸入節點的第一端和第二端。第二跡線被佈線在基板上，並且具有耦接到輸入節點的第一端和耦接到輸出節點的第二端。第三跡線被佈線在基板上，並具有耦接到輸出節點的第一端和第二端。第一跡線用作第一濾波元件，用於濾除在輸入節點處接收的第一信號。第二跡線和第三跡線用作第二濾波元件，用於將在輸入節點處接收到的第二信號傳遞到輸出節點。

根據本發明的又一個實施例，濾波器電路包括輸入節點，輸出節點，第一濾波元件和第二濾波元件。第一濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為濾除具有第一頻率信號的信號，使得所述信號不能到達所述輸出節點。第二濾波元件具有耦接到輸入節點的第一端和第二端，並且被配置為允許具有第二頻率的信號通過以到達輸出節點。第一濾波元件的第二端和第二濾波元件的第二端是開路端。

本發明實施例通過提供第一濾波元件和第二濾波元件，使得能夠濾除不想要的第一信號，並將想要的第二信號傳導到輸出節點。

11,12,13:諧振器

21,22,23,31,32,33,41,42,43,51,52,53,931,932,1031,1032:跡線

100,910,920,1010,1020:濾波器電路

110:第一濾波元件

120:第二濾波元件

200,300,400,500,900,1000:基板

930,1030:組合器

第1圖是根據本發明實施例的濾波器電路的示意圖。

第2圖示出了根據本發明實施例的濾波器電路的示例性佈局。

第3圖示出了根據本發明另一實施例的濾波器電路的示例性佈局。

第4圖示出了根據本發明又一實施例的濾波器電路的示例性佈局。

第5圖示出了根據本發明又一實施例的濾波器電路的示例性佈局。

第6圖是示出根據本發明實施例的由濾波器電路的第一濾波元件提供的用於濾除不想要的信號的信號傳導路徑的示例圖。

第7圖是示出根據本發明實施例的由濾波器電路的第二濾波元件提供的用於傳遞想要的信號的信號傳導路徑的示例圖。

第8圖是示出根據本發明實施例的反射損耗(return loss)曲線S11和插入損耗曲線S21的示意圖。

第9圖示出了根據本發明實施例的雙工器(diplexer)電路的示例性佈局。

第10圖示出了根據本發明另一實施例的雙工器電路的示例性佈局。

第1圖是根據本發明實施例的濾波器電路的示意圖。濾波器電路100可以包括兩個埠，例如第1圖中所示的埠Port_1和Port_2。濾波器電路100可以被配置為提供雙向濾波功能，因此，兩個埠之一可以是濾波器電路100的輸入節點，而兩個埠中的另一個可以是濾波器電路100的輸出節點。

濾波器電路100可以包括第一濾波元件110和第二濾波元件120。第一濾波元件110可以具有耦接到兩個埠Port_1和Port_2中的一個(例如，濾波器電路100的輸入節點)的第一端，和第二端。第二濾波元件120可以具有耦接到兩個埠Port_1和Port_2中的一個(例如，濾波器電路100的輸入節點)的第一端，和第二端。

根據本發明的實施例，第一濾波元件110的第二端和第二濾波元件120的第二端是開路端(在第1圖中標記為OC(open-circuit))。第一濾波元件110被配置為向第一濾波元件110的第二端提供第一信號傳導路徑，用於將第一信號傳導至第一濾波元件110的第二端。第二濾波元件120被配置為向濾波器電路100 的輸出節點提供第二信號傳導路徑，用於將第二信號傳導至濾波器電路100的輸出節點。

根據本發明的實施例，第一信號和第二信號可以是在濾波器電路100的輸入節點處接收的信號中所包含的具有不同諧振頻率的信號分量。第一信號可以是具有在不想要的頻帶中的諧振頻率的不想要的信號，並且第二信號可以是具有在想要的頻帶中的諧振頻率的想要的信號。

因此，在本發明的實施例中，不想要的信號將不會通過濾波器電路100到達輸出節點(例如，Port_2)。濾波器電路100的整個網路用作不想要的頻帶中的不想要的信號的陷波濾波器(notch filter)。另一方面，想要的信號將通過濾波器電路100到達輸出節點(例如，Port_2)。濾波器電路100的整個網路用作用於想要的頻帶中的想要的信號的帶通濾波器。

根據本發明的實施例，第一濾波元件110可以包括諧振器(resonator)11，並且第二濾波元件120可以包括兩個諧振器12和13。諧振器12和13串聯耦接在濾波器電路100的輸入節點和第二濾波元件120的第二端之間，以及諧振器12和13的連接節點耦接到濾波器電路100的輸出節點。

根據本發明的實施例，諧振器11、12和13可以通過在基板上佈線的多條跡線來實現。因此，在本發明的一些實施例中，濾波器電路可以至少包括第一跡線，第二跡線和第三跡線，該第一跡線被佈線在基板上並且具有耦接至輸入節點的第一端，第二跡線被佈線在基板上並具有耦接至輸入節點的第一端，和耦接到輸出節點的第二端，第三跡線被佈線在基板上並具有耦接到輸出節點的第一端。第一跡線的第二端和第三跡線的第二端是開路端。第一跡線可以用作用於濾除不想要的信號的濾波元件或陷波濾波器，並且第二跡線和第三跡線可以用作用於將在輸入節點處接收到的想要的信號傳遞給濾波器電路的輸出節點的另一濾波元件或帶通濾波器。

根據本發明的實施例，濾波器電路的一個或多個跡線可以在基板上螺旋地(spirally)佈線。

第2圖示出了根據本發明實施例的濾波器電路的示例性佈局。在該示例性佈局中，包括跡線21，22和23，其中，跡線21和23在基板200上作為矩形螺旋線螺旋地佈線。

第3圖示出了根據本發明另一實施例的濾波器電路的示例性佈局。在該示例性佈局中，包括跡線31，32和33，其中，跡線31和33在基板300上作為圓形螺旋線螺旋地佈線。

應注意，儘管示出矩形螺旋線和圓形螺旋線作為濾波器電路的示例性佈局，但是本發明不應限於此。第2圖和第3圖中所示出的螺旋地佈線和螺旋地佈線的形狀僅僅是用於在基板上佈線的各種可能的佈線中的一些，以及本發明不應限於任何特定類型的佈線。

根據本發明的實施例，濾波器電路的一條或多條跡線可以在基板上朝向至少一預定方向平坦且筆直地佈線。

第4圖示出了根據本發明又一實施例的濾波器電路的示例性佈局。在該示例性佈局中，跡線41、42和43在基板400上水平地佈線。跡線41和43朝著相同方向平坦且筆直地佈線(例如，從跡線42向上延伸之後向左側延伸)，跡線42朝著兩個相反的方向平坦且筆直地佈線(例如，向左側和右側都延伸)。

第5圖示出了根據本發明又一實施例的濾波器電路的示例性佈局。在該示例性佈局中，跡線51、52和53在基板500上水平地佈線。跡線51和53朝著兩個相反方向平坦且筆直地佈線(例如，跡線51可以在從跡線52向上延伸之後向右側延伸，並且跡線53可以從跡線52向下延伸後向左側延伸，並且跡線52朝著相反的方向平坦且筆直地佈線(例如同時朝著左側和右側延伸)。

應當注意，在如第4圖和第5圖所示的細長(slender)佈線實施例中，如第4圖和第5圖所示，跡線可以基本上平行地佈置在基板上。以這種方式，濾波器電路的佈局可以具有細長的形狀，這有助於將濾波器電路封裝在薄的，平坦的和/或窄的形狀的封裝中。

應進一步注意的是，第4圖和第5圖所示的平坦佈線和平坦佈線的形狀僅僅是用於在基板上佈線的各種可能的佈線中的一些，並且本發明不應限於任何特定類型的佈線。

根據本發明的實施例，對應的濾波器電路的整體頻率響應，包括抑制頻帶的位置和通帶的位置，可以隨著跡線的長度變化而變化。因此，當設計好跡線的長度時，可以實現所需的濾波性能。

採取第2圖所示的示例性佈局作為例子，跡線21(例如，從點A1延伸至點A2的線段)具有對應的長度L_A，跡線22(例如，從點B1延伸至點B2的線段)具有對應的長度L_B和跡線23(例如，從點C1延伸到點C2的線段)具有對應的長度L_C。根據本發明的實施例，長度L_A，L_B和L_C可以基本等於在指定工作頻率處的四分之一波長的整數倍，其中，指定工作頻率可以是在不想要的頻帶中不想要的信號的諧振頻率。因此，在本發明的實施例中，可以基於指定的工作頻率和基板的材料來設計長度L_A，L_B和L_C。

應當注意，點A1和B1可以是相同的點(例如，對應的兩條跡線或兩個諧振器的連接節點)，也可以是具有相距較短距離的兩個不同的點。類似地，點C1和B2可以是相同的點(例如，對應的兩個跡線或兩個諧振器的連接節點)或具有相距較短距離的兩個不同的點。

在本發明的第一場景中，長度L_A，L_B和L_C可以基本等於在指定的工作頻率上的四分之一波長(例如，L_A=L_B=L_C=λ/4)。在第一場景中，在第1圖所示的點A處，對於不想要的信號，第一濾波元件110的開路殘段(stub)看起來像短路，而第二濾波元件120的開路殘段看起來像開路。因此，不想要的信號將不會通過到達埠_2。整個網路用作不想要信號的陷波濾波器。

第6圖是示出根據本發明實施例的由濾波器電路的第一濾波元件提供的用於濾除不想要的信號的信號傳導路徑的示例圖。如第6圖所示，不想要的信號(例如28GHz信號)將不會通過到達埠_2。

第7圖是示出根據本發明實施例的由濾波器電路的第二濾波元件提供的用於傳遞想要信號的信號傳導路徑的示例圖。如第7圖所示，想要的信號(例如39GHz信號)將被傳遞到埠_2。

在本發明的第二場景中，長度L_A可以基本上等於長度L_C，並且長度L_B可以不同于長度L_A和L_C。例如，長度L_A和L_C可以是在指定工作頻率上的四分之一波長，並且長度L_B可以是在指定工作頻率上的四分之一波長的整數倍。在本發明的實施例中，當長度L_A等於長度L_C時，可以實現用於抑制不想要的信號的良好的抑制能力。

在本發明的第三場景中，長度L_A，L_B和L_C可以彼此不同，且L_A<L_B<L_C或L_A>L_B>L_C。在長度L_A和L_C不同的情況下，濾波器電路可以提供兩個陷波(notch)，以及抑制頻寬(可以由兩個陷波定義)可以通過控制相應的跡線的長度L_A和L_C來調整。

第8圖是示出根據本發明實施例的反射損耗曲線S11和插入損耗曲線S21的示意圖。在本實施例中，濾波器電路設計為28GHz頻帶陷波濾波器，用於濾除28GHz信號並保持39GHz信號。在其他實施例中，濾波器電路被設計為39GHz頻帶陷波濾波器，用於濾除39GHz信號並保持28GHz。

根據本發明的實施例，可以在雙工器(diplexer)中利用如上所述的所提出的濾波器電路。

第9圖示出了根據本發明實施例的雙工器電路的示例性佈局。雙工器電路可以包括兩個濾波器電路910和920以及組合器930(也稱為結合器)，其中濾波器電路910和920可以由如上所述的在基板900上佈線的多條跡線實施。假設雙工器電路被配置為發送具有第一諧振頻率的第一信號和具有第二諧振頻率的第二信號，則濾波器電路910可以被設計為通過控制如上所示的相應跡線的長度，濾除不想要的信號(例如，具有第二諧振頻率的信號)的第一陷波濾波器。類似地，濾波器電路920可以被設計為用於通過控制如上所示的相應跡線的長度，濾除不想要的信號(例如，具有第一諧振頻率的信號)的第二陷波濾波器。

雙工器電路可以進一步包括埠Port_3，Port_4和Port_5。埠Port_4和Port_5可以是輸入埠，而埠Port_3可以是輸出埠，反之亦然。

根據本發明的實施例，組合器930還可以通過在基板900上佈線的多個跡線來實現，例如連接到濾波器電路910的跡線931，連接到濾波器電路920的跡線932，和連接到埠Port_3的跡線。根據本發明的實施例，跡線931和932的長度可以根據相應的濾波器電路的指定工作頻率來設計。

更具體地，在本發明的實施例中，假設濾波器電路910是用於濾除39GHz信號的陷波濾波器，則可以將連接到濾波器電路910的跡線931的長度設計為在39GHz上的四分之一波長。類似地，假設濾波器電路920是用於濾除28GHz信號的陷波濾波器，則可以將連接到濾波器電路920的跡線932的長度設計為在28GHz上的四分之一波長。

因此，在本發明第一場景的實施例中，當濾波器電路910的第一，第二和第三跡線的長度L_A，L_B和L_C等於在39GHz處(即，當濾波器電路910是用於濾除39GHz信號並通過28GHz信號的陷波濾波器時濾波器電路910的指定工作頻率)的四分之一波長時，以及當濾波器電路920的第一，第二和第三跡線的長度L_A，L_B和L_C等於在28GHz處(即，當濾波器電路920是用於濾除28GHz信號並通過39GHz信號的陷波濾波器時濾波器電路920的指定工作頻率)的四分之一波長，濾波器電路910的第一/第二/第三跡線和跡線931長度的總和可以與濾波器電路920的第一/第二/第三跡線和跡線932的長度的總和相同。

第10圖示出了根據本發明另一實施例的雙工器電路的示例性佈局。雙工器電路可以包括兩個濾波器電路1010和1020以及組合器1030，其中濾波器電路1010和1020可以由如上所示在基板1000上佈線的多個跡線來實現。類似地，組合器1030也可以通過在基板1000上佈線的多個跡線來實現，例如連接到濾波器電路1010的跡線1031，連接到濾波器電路1020的跡線1032以及連接到埠Port_3的跡線。

在該實施例中，濾波器電路和組合器的佈局具有細長的形狀。可以根據如上所述的相應濾波器電路的指定工作頻率來設計跡線1031和1032的長度。當電路的佈局為細長形狀時，也可以應用上述類似的跡線長度設計概念。因此，對於跡線長度設計的詳細圖示，可以參考第9圖的圖示，為簡潔起見，在此省略。

應該注意的是，第9圖和第10圖是通過示例的方式示出，該附圖不一定按比例繪製。

所提出的濾波器電路被設計為由具有可調諧振頻率的幾個可調的諧振器來實現，並且能夠用作通用陷波濾波器，該陷波濾波器在特定頻率下具有強而深的陷波(或一個以上陷波)並且還可以實現低通濾波器的響應和/或者高通濾波器的響應。以這種方式，可以實現良好的濾波性能。

另外，由於可調的諧振器可以由跡線(例如金屬跡線，傳輸線，或者類似的線)實現，因此所提出的濾波器電路的整體尺寸非常小，並且可以容易地應用於毫米波應用中。另外，由於濾波器電路也可以被設計成具有細長的形狀，這有助於被封裝在薄的，平坦的和/或狹窄的形狀的封裝中。

所屬領域具有通常知識者將容易地觀察到，在保持本發明的教導的同時，可以對裝置和方法進行多種修改和變更。因此，以上公開內容應被解釋為僅由所附請求項的界限來限定。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

11,12,13:諧振器

100:濾波器電路

110:第一濾波元件

120:第二濾波元件

Claims

一種濾波器電路，包括：輸入節點；輸出節點；第一濾波元件，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸入節點，所述第一濾波元件被配置為向所述第二端提供第一信號傳導路徑，以將在所述輸入節點處接收到的第一信號傳導至所述第二端，以及第二濾波元件，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至所述輸入節點，所述第二濾波元件被配置為向所述輸出節點提供第二信號傳導路徑，以將在所述輸入節點處接收的第二信號傳導至所述輸出節點，其中，所述第一濾波元件的第二端和所述第二濾波元件的第二端為開路端；其中，所述第一濾波元件包括第一諧振器，所述第二濾波元件包括第二諧振器和第三諧振器，所述第二諧振器和第三諧振器串聯耦接在所述輸入節點和所述第二濾波元件的所述第二端之間，其中，所述第二諧振器和所述第三諧振器的連接節點耦接到所述輸出節點。
如請求項1所述之濾波器電路，其中，所述第一諧振器是基板上的第一跡線，所述第二諧振器是所述基板上的第二跡線，所述第三諧振器是所述基板上的第三跡線。
如請求項2所述之濾波器電路，其中，所述第一諧振器是基板上的第一跡線，所述第一跡線具有第一長度，所述第一長度基本等於在指定工作頻率上的四分之一波長的整數倍，所述指定工作頻率是所述第一信號的諧振頻率。
如請求項2所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線具有第一長度，所述第二跡線具有第二長度，並且所述第三跡線具有第三長度，其中，所述第一長度，所述第二長度和所述第三長度基本等於在指定工作頻率上的四分之一波長的整數倍。
如請求項4所述之濾波器電路，其中，所述指定工作頻率是所述第一信號的諧振頻率。
如請求項2所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線具有第一長度，所述第二跡線具有第二長度，所述第三跡線具有第三長度，所述第一長度基本上等於所述第三長度，並且所述第二長度不同於所述第一長度和所述第三長度。
如請求項2所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線和所述第三跡線在所述基板上螺旋的佈線。
如請求項2所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線，所述第二跡線和所述第三跡線是在所述基板上朝向至少一預定方向平坦且筆直的佈線。
一種濾波器電路，包括：輸入節點；輸出節點；第一跡線，佈線在基板上，以及具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸入節點；第二跡線，佈線在所述基板上，以及具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸入節點，所述第二端耦接所述輸出節點，以及第三跡線，佈線在所述基板上，以及具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸出節點，其中，所述第一跡線用作第一濾波元件，用於濾除在所述輸入節點處接收的第一信號，以及其中，所述第二跡線和所述第三跡線用作第二濾波元件，用於將在所述輸入節點處接收到的第二信號傳遞到所述輸出節點。
如請求項9所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線的第二端和所述第三跡線的第二端為開路端。
如請求項9所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線具有第一長度，所述第二跡線具有第二長度，並且所述第三跡線具有第三長度，其中，所述第一長度，所述第二長度和所述第三長度基本等於在指定工作頻率上的四分之一波長的整數倍。
如請求項11所述之濾波器電路，其中，所述指定工作頻率是所述第一信號的諧振頻率。
如請求項9所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線具有第一長度，所述第二跡線具有第二長度，所述第三跡線具有第三長度，所述第一長度基本上等於所述第三長度，並且所述第二長度不同於所述第一長度和所述第三長度。
如請求項9所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線和所述第三跡線在所述基板上螺旋的佈線。
如請求項14所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線和所述第三跡線在所述基板上作為矩形螺旋線螺旋地佈線，或者，所述第一跡線和所述第三跡線在所述基板上作為圓形螺旋線螺旋地佈線。
如請求項9所述之濾波器電路，其中，所述第一跡線，所述第二跡線和所述第三跡線是在所述基板上朝向至少一預定方向平坦且筆直的佈線。
一種濾波器電路，包括：輸入節點；輸出節點；第一濾波元件，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸入節點，所述第一濾波元件被配置為濾除具有第一頻率信號的信號，使得所述信號不能到達所述輸出節點；所述第一濾波元件是基板上的第一跡線；第二濾波元件，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述輸入節點，所述第二濾波元件被配置為允許具有第二頻率的信號通過以到達所述輸出節點；所述第二濾波元件包括基板上的第二跡線和第三跡線，所述第二跡線和第三跡線串聯耦接在所述第二濾波元件的所述第一端和所述第二濾波元件的所述第二端之間，所述第二跡線和所述第三跡線的連接節點耦接到所述輸出節點；其中，所述第一濾波元件的第二端和所述第二濾波元件的第二端為開路端。