專利名稱：寬帶模擬低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低通濾波器。
背景技術(shù)：
低通濾波器為現(xiàn)有技術(shù)中已知的。一種低通濾波器類型為切比雪夫(Chebyshev) 濾波器，該濾波器對其電感器和電容器采用固定值。一旦選定電感器和電容器的固定值，則 在未改變組件的情況下，該濾波器的截止頻率一般就不會變化。存在許多其中需要具有截止頻率可調(diào)諧的RF低通濾波器的實(shí)際應(yīng)用。低通濾波 器還需要具有高的線性度，以便當(dāng)經(jīng)過具有多頻段的輸入頻譜時(shí)產(chǎn)生最少量的額外的假信號。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供具有高線性度的低通濾波器。本發(fā)明的目的還在于提供這樣一種低通濾波器，其截止頻率為可調(diào)諧的。本發(fā)明通過具有高線性度和可調(diào)諧截止頻率的低通濾波器來實(shí)現(xiàn)，該可調(diào)諧截止 頻率可以通過在RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器以及耦合至其中一個(gè)電感器 的節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)電可調(diào)電容器來實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)電感器包括繞組以及串聯(lián)耦合跨越該繞 組的一部分的電阻和電容，以增強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。然而，在其它實(shí)施例中，本發(fā)明需要實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)，其權(quán)利要求不應(yīng)局限于能 夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)的結(jié)構(gòu)或方法。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的特征在于一種低通濾波器，包括RF輸入端；RF輸出 端；在RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器；以及至少一個(gè)電可調(diào)電容器，其耦合 至其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)；其中至少一個(gè)電感器包括繞組以及串聯(lián)耦合跨越該繞組的一部 分的電阻和電容，以增強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。在優(yōu)選實(shí)施例中，該電阻和電容在使電感器實(shí)現(xiàn)諧振的頻率處的相位差約為180 度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合。電容的電抗的幅值約等于電阻器在電感器的諧振頻率處的值。每個(gè)電可調(diào)電容器可以包括變抗器。其中每個(gè)變抗器可以包括按照陽極接陽極或 陰極接陰極的方式耦合在一起的兩個(gè)二極管。其中每個(gè)變抗器還可以包括一個(gè)二極管。其 中每個(gè)變抗器可以包括PN結(jié)。其中每個(gè)變抗器可以包括場效應(yīng)晶體管(FET)，并在FET的 柵極和源極之間使用電容。
4
每個(gè)電可調(diào)電容器可以包括基于鐵電的電容器。每個(gè)電可調(diào)電容器可以包括基于 MEMS的電容器。電可調(diào)電容器可以耦合在接地與其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)之間。濾波器還可以包括控制電路，其耦合至電可調(diào)電容器，用來調(diào)節(jié)濾波器的截止頻 率?？刂齐娐房梢园l率控制端以及在頻率控制端和其中每一個(gè)可調(diào)電容器之間串聯(lián)耦 合的電感和電阻，用于對可調(diào)電容器進(jìn)行調(diào)諧。濾波器可以在平面單片基板上實(shí)施。單片基板可以選自于GaAs或SiGe的集合。 可以以表面安裝封裝來安裝單片基板。其中每個(gè)電感器可以為集總電感器。其中每個(gè)電感器可以為螺旋電感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的特征在于一種低通濾波器，包括RF輸入端；RF輸出 端；在RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器；至少一個(gè)電可調(diào)電容器，其耦合在接 地與其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)之間；以及控制電路，其耦合至電可調(diào)電容器，用于調(diào)節(jié)濾波器 的截止頻率；其中每個(gè)電感器包括繞組以及跨越該繞組中使電感器實(shí)現(xiàn)諧振的頻率處的相 位差約為180度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)耦合的電阻和電容，以增強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)電可調(diào)電容器中的每一個(gè)包括變抗器。其中每個(gè)變抗器可 以包括按照陽極接陽極或陰極接陰極的方式耦合在一起的兩個(gè)二極管。其中每個(gè)變抗器可 以包括一個(gè)二極管。在另一個(gè)實(shí)施例中，電感器包括繞組；以及跨越該繞組的一部分串聯(lián)耦合的電 阻和電容，以增強(qiáng)所述電感器的帶外抑制，該電阻和電容在繞組中使電感器實(shí)現(xiàn)諧振的頻 率處的相位差約為180度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合。電容的電抗的幅值約等于電阻器在電 感器的諧振頻率處的值。


根據(jù)以下對優(yōu)選實(shí)施例的描述和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想到其它目的、特征 和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的寬帶低通濾波器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2是圖1中寬帶低通濾波器的更具體的實(shí)施例的電路圖；圖3a和北是圖2中電感器之一的示意圖和等效電路圖；圖4是圖2中寬帶低通濾波器的管芯布局和接合圖；以及圖如和恥分別是在諧振抑制和沒有諧振抑制的情況下示出了根據(jù)調(diào)諧電壓的低 通濾波器響應(yīng)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式除優(yōu)選實(shí)施例或以下公開的實(shí)施例以外，本發(fā)明還可以是其它實(shí)施例，并能以各 種方式來實(shí)踐或?qū)崿F(xiàn)。因而，要理解本發(fā)明在其實(shí)際應(yīng)用上并不局限于在以下說明中闡述 或在附圖中表示的組件的具體結(jié)構(gòu)和組件排列。如果本文僅僅描述了一個(gè)實(shí)施例，此處權(quán) 利要求將不局限于此實(shí)施例。此外，將不受限制地讀取此處權(quán)利要求，除非存在清楚且令人 信服的證據(jù)清楚表示了特定的排他性、約束性或放棄權(quán)利。在圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的寬帶模擬低通濾波器10，包括RF輸入端12、RF輸出 端14以及串聯(lián)耦合在RF輸入和輸出端之間的多個(gè)電感器16a-b。至少一個(gè)電可調(diào)電容器
518耦合至其中一個(gè)電感器16a_b的節(jié)點(diǎn)。其中每個(gè)電感器16a_b分別包括繞組20a_b以及 跨越該繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻22a_b和電容Ma-b，以增強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。圖2中帶寬模擬低通濾波器IOa的另一個(gè)實(shí)施例采用七階集總元件Chebyshev濾 波器的配置。濾波器IOa包括背對背的變抗器18a-18c，用來提供電可調(diào)電容。盡管可以 使用單個(gè)變抗器，但是背對背的變抗器提供了高于單個(gè)變抗器實(shí)施方案的改善的線性度性 能?？刂齐娐飞蝰詈现量烧{(diào)諧變抗器對18a-18c，以調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率?？刂齐?路沈包括頻率控制端觀以及在該頻率控制端和每個(gè)可調(diào)諧變抗器對18a-18c的陰極之間 串聯(lián)耦合的電感器30a_c和電阻器32a_c，用來對變抗器進(jìn)行調(diào)諧。電感器33a_c和電阻器 31a-c還對變抗器對18a-18c中一些尚未直接接地的陽極提供直流(DC)返回。變抗器對 18a-18c分別通過電容器34a_c交流(AC)耦合至電感器16a_c。電容器34a_c的電抗分別 相比于背對背的可變二極管對18a-18c的電抗要小得多。電感器16c_f具有內(nèi)嵌的電阻器22c_f和電容器，這在頻率范圍內(nèi)提供了顯 著的額外的帶外抑制，在該頻率范圍內(nèi)，正如通帶頻率范圍內(nèi)的情況那樣，諸如電感器物理 布局內(nèi)固有的寄生電容的分布式電路效果通常無法提供集總元件等效電感。電感器16c_f 可以被實(shí)施為集總電感器和/或平面螺旋電感器。盡管濾波器IOa的實(shí)施例包括四個(gè)電感器16c_f，但是本發(fā)明可以包括任意數(shù)量 的電感器。實(shí)際上，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括單個(gè)電感器16a，該電感器包括繞組20a以 及跨越該繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻2 和電容Ma，以增強(qiáng)電感器的帶外抑制。濾 波器IOa還可以采用任何濾波器拓?fù)漕愋偷呐渲?，其集成有集總元件等效電感器，例如?Butterworth濾波器、Eliptic濾波器、Bessel濾波器、Cauer濾波器等。通過在濾波器中包括背對背的變抗器對來提高濾波器IOa的線性度，這大體上消 除了在給定的直流操作點(diǎn)附近的交流激勵(lì)下電容的不均勻變化。如圖2所示，背對背的變 抗器對18a-c按照陰極接陰極的方式耦合，但可選的，每個(gè)變抗器對還可以按照陽極接陽 極的方式進(jìn)行耦合。其它電可調(diào)電容器可以被用來代替背對背的可調(diào)諧變抗器對18a_18c， 例如單個(gè)變抗器、基于鐵電的電容器、基于MEMS的電容器和/或場效應(yīng)晶體管(FET)，該 FET在其柵極和源極之間使用電容。圖3a中電感器16g的一個(gè)實(shí)施例的布局顯示出電感器16g內(nèi)的阻容元件40的示 例性位置。阻容元件40的位置取決于電感器布局，而且可以通過檢查對顯示電磁場分布的 結(jié)構(gòu)有限元分析來確定阻容元件40的位置。阻容元件40優(yōu)選位于在使電感器16g實(shí)現(xiàn)諧 振的頻率處具有約180度相位差的各節(jié)點(diǎn)之間。這在電感器諧振的頻率范圍內(nèi)具有期望的 能量吸收效果，而在通帶頻率范圍內(nèi)對電感器16g(并依次為濾波器IOa)的性能只有非常 小的影響。圖北表示與電感器16g等效的低頻集總元件電感器模型16h，其顯示出在節(jié)點(diǎn) 42和44之間跨越電感器繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻器2 和電容器24h的示例，用來增 強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。優(yōu)選地，電容器24h的電抗的幅值約等于電阻器2 在電感器的諧振頻率處的值。 這有助于確保通帶內(nèi)的對電感器性能的最小影響。圖4中匪IC管芯的一種可能的布局和接合圖50顯示出怎樣可以將匪IC管芯裝 配為允許使用低成本裝配技術(shù)的表面安裝封裝。濾波器可以在平面單片基板上實(shí)施，例如，
6所述平面單片基板可以是GaAs基板或SiGe基板。圖5中低通濾波器IOa的響應(yīng)60顯示出當(dāng)施加到變抗器18a_c的陰極的調(diào)諧電壓在0到14伏特的范圍內(nèi)變化時(shí)的低通濾波器的插入損耗。濾波器IOa的拐角頻率或截 止頻率62從2GHz調(diào)諧至4GHz。此濾波器的60dB阻帶64擴(kuò)展至MGHz，帶外抑制66在 30GHz處仍為30dB。相時(shí)于本發(fā)明，圖釙中對電感器16c-f內(nèi)無電阻器22c_22f和電容器 24c-24f的低通濾波器IOa的響應(yīng)70顯示出在17GHz處存在較大的二次通帶72，在^GHz 處的抑制74僅縮小至不到10dB，這顯示了本發(fā)明在顯著改善帶外抑制的效果。本發(fā)明的實(shí)施例提供了具有可調(diào)諧截止頻率和高線性度的低通濾波器，以使得當(dāng) 經(jīng)過具有多頻段的輸入光譜時(shí)產(chǎn)生最少量的額外的假信號。另外，帶外抑制可以保持為高， 并擴(kuò)展幾個(gè)倍頻或超出原始阻帶，以確保遠(yuǎn)離載波的假信號不會以某種非顯而易見的方式 重新進(jìn)入系統(tǒng)。此性能可以通過相對低且平坦的插入損耗來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例還可以 在單片基板上實(shí)現(xiàn)，從多個(gè)電抗元件的一致性、縮小的尺寸、低成本和在同一個(gè)管芯上集成 其它有源或無源電路功能的可能性方面受益。盡管在一些附圖中顯示了本發(fā)明的特定特征，而在其它附圖中沒有進(jìn)行顯示，但 是這僅僅是為了方便起見，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明可以將每個(gè)特征與其他特征中的任何一個(gè)或所 有其它的特征組合。本文使用的“包括”、“包含”、“具有”和“帶有”一詞將得到寬泛且廣泛 的解釋，而不局限于任何物理互連。此外，在本申請中公開的任何實(shí)施例都不必作為僅僅是 可能的實(shí)施例而被采用。另外，在對本專利的專利申請和審查期間提出的任何修改并不是對本申請?zhí)峤粫r(shí) 提出的任何權(quán)利要求要素放棄權(quán)項(xiàng)，即無法合理地預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員對照字面意義包含 所有可能的等效內(nèi)容的權(quán)利要求的起草，在修改時(shí)，許多等效內(nèi)容將是不可預(yù)料的，并超出 了對放棄什么內(nèi)容的公平解釋(如果是任何內(nèi)容)，以下修改的基本原理可以負(fù)擔(dān)僅僅是 與許多等效內(nèi)容略為相關(guān)，和/或存在其他原因，無法預(yù)期申請人對任何修改的權(quán)利要求 要素的某些非實(shí)質(zhì)性替換的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到在以下請求保護(hù)的權(quán)利要求中的其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種低通濾波器，包括 RF輸入端；RF輸出端；在所述RF輸入端和RF輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器；以及 至少一個(gè)電可調(diào)電容器，其耦合到其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)；至少一個(gè)電感器包括繞組以及跨越所述繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻和電容，用于增 強(qiáng)所述低通濾波器的帶外抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述電阻和所述電容在使所述電感器實(shí)現(xiàn)諧振 的頻率處相位差約為180度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中多個(gè)電可調(diào)電容器中的每一個(gè)包括變抗器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其中每個(gè)變抗器包括按照陽極接陽極或陰極接陰極 方式耦合在一起的兩個(gè)二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，還包括控制電路，其耦合至所述電可調(diào)電容器，用來 調(diào)節(jié)所述濾波器的截止頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾波器，其中所述控制電路包括頻率控制端，以及在所述頻 率控制端和每一個(gè)可調(diào)電容器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于對所述可調(diào)電容器進(jìn)行調(diào) 諧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述濾波器在平面單片基板上實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中所述單片基板選自于GaAs或SiGe的集合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其中每個(gè)變抗器包括PN結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其中每個(gè)變抗器包括場效應(yīng)晶體管FET，并在所述 FET的柵極和源極之間使用電容。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中每個(gè)電可調(diào)電容器包括基于鐵電的電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中每個(gè)電可調(diào)電容器包括基于MEMS的電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其中所述單片基板被安裝為表面安裝封裝。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述每個(gè)電感器是集總電感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述每個(gè)電感器是螺旋電感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其中所述每個(gè)變抗器包括一個(gè)二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中至少一個(gè)電可調(diào)電容器耦合在接地與其中一 個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其中所述電容的電抗的幅值約等于所述電阻器在 所述電感器的諧振頻率處的值。
19.一種低通濾波器，包括 RF輸入端；RF輸出端；在所述RF輸入端和RF輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器；至少一個(gè)電可調(diào)電容器，其耦合在接地與其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)之間；以及控制電路，其耦合至諧振電路的所述電可調(diào)電容器，用于調(diào)節(jié)所述濾波器的截止頻率；每個(gè)電感器包括繞組以及跨越所述繞組中使所述電感器實(shí)現(xiàn)諧振的頻率處相位差約 為180度的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)耦合的電阻和電容，用于增強(qiáng)所述低通濾波器的帶外抑制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的濾波器，其中所述多個(gè)電可調(diào)電容器中的每一個(gè)包括變器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的濾波器，其中所述每個(gè)變抗器包括按照陽極接陽極或陰極 接陰極方式耦合在一起的兩個(gè)二極管。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的濾波器，其中所述每個(gè)變抗器包括一個(gè)二極管。
23.一種電感器，包括 繞組；以及跨越所述繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻和電容，以增強(qiáng)所述電感器的帶外抑制，所述 電阻和所述電容在所述繞組中使所述電感器實(shí)現(xiàn)諧振的頻率處相位差約為180度的兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)耦合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電感器，其中所述電容的電抗的幅值約等于所述電阻器在 所述電感器的諧振頻率處的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低通濾波器，包括RF輸入端、RF輸出端、在RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個(gè)電感器以及至少一個(gè)電可調(diào)電容器，其耦合在接地與其中一個(gè)電感器的節(jié)點(diǎn)之間。其中至少一個(gè)電感器包括繞組以及跨越該繞組的一部分串聯(lián)耦合的電阻和電容，以增強(qiáng)低通濾波器的帶外抑制。
文檔編號H03H7/12GK102148610SQ20111009389
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者M·科什林 申請人:赫梯特微波公司