CN107517042A - 具有数控衰减的低通集成滤波器 - Google Patents

具有数控衰减的低通集成滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有数控衰减的低通集成滤波器。该滤波器包括数控衰减器芯片和低通滤波器，其中数控衰减器芯片位于低通滤波器的上表面；所述数控衰减器芯片包含输入端口、输出端口以及九个数控端，其中输入端口与低通滤波器的第十输入端口连接，输出端口与低通滤波器的第一通孔相连，低通滤波器的后侧面依次间隔设有第一～九控制端口，分别连接数控衰减器芯片九个数控端，第十五输出端口为低通滤波器F的输出端口，第十一～十四接地端口为低通滤波器的接地端口；数控衰减芯片采用MMIC工艺，低通滤波器采用全集总结构，并用LTCC技术实现低通滤波器LC电路与数控衰减芯片的一体化集成。本发明体积小、可靠性高，可应用于卫星通信、雷达***。

Description

具有数控衰减的低通集成滤波器
技术邻域
本发明涉及微波技术领域，特别是一种具有数控衰减的低通集成滤波器。
背景技术
随着移动通信、卫星通信及国防电子***的快速发展，电子器件集成化、模组化、高性能、低成本已经成为国内外电子研发行业的焦点，并且对微波器件多种功能集成于一体提出了更加迫切的需求，同时随着电磁波频率段的迅速提高，电磁干扰的频率也越来越高，迫切需要一种抗干扰且可调控衰减的滤波器，这也对衰减器与滤波器的综合性能提出了更高的要求。
近年来低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，简称LTCC)技术的发展为多层射频元器件向小型化、高性能、低成本方向发展提供了强大的动力。低温共烧陶瓷技术是指在温度低于1000℃，可以采用高电导率的金、银、铜等金属作为导电介质，所有的电路被层叠在一起进行一次性烧结，节省了时间，降低了成本，而且电介质不易氧化，不需要电镀保护，大幅度减小了电路的尺寸。采用低温共烧陶瓷可以大幅缩小无源器件的尺寸，同时可以作为一种封装技术将多个元件集成在一起，用于制作新一代移动通信中的表面组装型元器件将显现出巨大的优越性。
然而，目前的低通集成滤波器往往存在体积大、可靠性差、结构复杂的问题，批量生产的一致性差、成品率低，温度性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、结构简单、可靠性高的具有数控衰减的低通集成滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有数控衰减的低通集成滤波器，包括数控衰减器芯片D1和低通滤波器F，其中数控衰减器芯片D1位于低通滤波器F的上表面；所述数控衰减器芯片D1包含输入端口、输出端口以及九个数控端，其中输入端口通过输入引线RFin与低通滤波器F的第十输入端口P10连接，输出端口通过输出引线RFout与低通滤波器F的第一通孔H1相连，低通滤波器F的后侧面依次间隔设有第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8和第九控制端口P9，所述第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8和第九控制端口P9分别连接数控衰减器芯片D1九个数控端，第十五输出端口P15为低通滤波器F的输出端口，第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13、第十四接地端口P14为低通滤波器F的接地端口；
所述低通滤波器F内部包含：第一通孔H1、第二通孔H2、第三通孔H3、第四通孔h4、第五通孔H5、第六通孔H6、第七通孔H7、第八通孔H8、第九通孔H9、第十通孔H10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第一接地屏蔽层GND1、第二接地屏蔽层GND2；
所述第一通孔H1一端与表面数控衰减芯片D1输出引线RFout连接，另一端与第二通孔H2连接，第一电容C1上极板与第二通孔H2上端相连，第一电容C1下极板与第三通孔H3上端相连，第一电感L1一端与第二通孔H2下端相连，另一端与通孔H3下端相连，第二电容C2上极板通过第四通孔H4与第三通孔H3下端相连，第二电容C2下极板为第二接地屏蔽层GND2，第三电容C3下极板与第三通孔H3上端相连，第三电容C3上极板与第五通孔H5相连，第二电感L2一端与第三通孔H3下端相连，另一端与第六通孔H6下端相连，第六通孔H6上端与第五通孔H5下端相连，第四电容C4下极板与第五通孔H5上端相连，第四电容C4上极板为第一接地屏蔽层GND1，第五电容C5下极板与第六通孔H6上端相连，上极板与第六电容C6上极板相连，第三电感L3一端与第六通孔H6下端相连，另一端与第四电感L4一端相连，第十电容C10上极板与第十五输出端口P15相连，第十电容C10下极板与第九通孔H9上端相连，第六电感L6一端与第十五输出端口P15相连，另一端与第九通孔H9下端相连，第九电容C9上极板通过第十通孔H10与第九通孔H9下端相连，第九电容C9下极板为第二接地屏蔽层GND2，第八电容C8下极板与第九通孔H9上端相连，第八电容C8上极板与第七通孔H7相连，第五电感L5一端与第九通孔H9下端相连，另一端与第八通孔H8下端相连，第八通孔H8上端与第七通孔H7下端相连，第七电容C7下极板与第七通孔H7上端相连，第七电容C7上极板为第一接地屏蔽层GND1，第六电容C6下极板与第八通孔H8上端相连，上极板与第五电容C5上极板相连，第四电感L4一端与第八通孔H8下端相连，另一端与第三电感L3一端相连，第一接地屏蔽层GND1、第二接地屏蔽层GND2与第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13、第十四接地端口P14相连。
进一步地，电感均采用三维多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构。
进一步地，所述低通滤波器F的内部结构均由LC集总元件构成，且左右对称。
进一步地，所述第十输入端口P10、第十五信号输出端口P15、第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8、第九控制端口P9、第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13和第十四接地端口P14均为外部封装引脚。
进一步地，所述数控衰减器D1和所述低通滤波器F通过LTCC技术实现一体封装。
进一步地，所述数控衰减器D1芯片的型号为WSD000065-5。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用LTCC技术，具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异的特点；(2)结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定，且兼具数控衰减性能。
附图说明
图1为本发明具有数控衰减的低通集成滤波器的结构示意图。
图2为本发明具有数控衰减的低通集成滤波器中低通滤波器的内部结构图。
图3为本发明具有数控衰减的低通集成滤波器中低通滤波器的传输损耗曲线图。
图4为本发明具有数控衰减的低通集成滤波器中低通滤波器的驻波比曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1、2，本发明具有数控衰减的低通集成滤波器，包含数控衰减器芯片D1和低通滤波器F，数控衰减器芯片D1位于低通滤波器F的上表面，数控衰减器芯片D1包含输入端口、输出端口以及九个数控端，其中输入端口通过输入引线RFin与低通滤波器F的第十输入端口P10连接，输出端口通过输出引线RFout与低通滤波器F的第一通孔H1相连，低通滤波器F的后侧面从左至右依次间隔设有第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8和第九控制端口P9，所述第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8和第九控制端口P9分别连接数控衰减器芯片D1九个数控端，第十五输出端口P15为低通滤波器F的输出端口，第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13、第十四接地端口P14为低通滤波器F的接地端口；
低通滤波器F内部包含：第一通孔H1、第二通孔H2、第三通孔H3、第四通孔H4、第五通孔H5、第六通孔H6、第七通孔H7、第八通孔H8、第九通孔H9、第十通孔H10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第一接地屏蔽层GND1、第二接地屏蔽层GND2；
所述第一通孔H1一端与表面数控衰减芯片D1输出引线RFout连接，另一端与第二通孔H2连接，第一电容C1上极板与第二通孔H2上端相连，第一电容C1下极板与第三通孔H3上端相连，第一电感L1一端与第二通孔H2下端相连，另一端与通孔H3下端相连，第二电容C2上极板通过第四通孔H4与第三通孔H3下端相连，第二电容C2下极板为第二接地屏蔽层GND2，第三电容C3下极板与第三通孔H3上端相连，第三电容C3上极板与第五通孔H5相连，第二电感L2一端与第三通孔H3下端相连，另一端与第六通孔H6下端相连，第六通孔H6上端与第五通孔H5下端相连，第四电容C4下极板与第五通孔H5上端相连，第四电容C4上极板为第一接地屏蔽层GND1，第五电容C5下极板与第六通孔H6上端相连，上极板与第六电容C6上极板相连，第三电感L3一端与第六通孔H6下端相连，另一端与第四电感L4一端相连，第十电容C10上极板与第十五输出端口P15相连，第十电容C10下极板与第九通孔H9上端相连，第六电感L6一端与第十五输出端口P15相连，另一端与第九通孔H9下端相连，第九电容C9上极板通过第十通孔H10与第九通孔H9下端相连，第九电容C9下极板为第二接地屏蔽层GND2，第八电容C8下极板与第九通孔H9上端相连，第八电容C8上极板与第七通孔H7相连，第五电感L5一端与第九通孔H9下端相连，另一端与第八通孔H8下端相连，第八通孔H8上端与第七通孔H7下端相连，第七电容C7下极板与第七通孔H7上端相连，第七电容C7上极板为第一接地屏蔽层GND1，第六电容C6下极板与第八通孔H8上端相连，上极板与第五电容C5上极板相连，第四电感L4一端与第八通孔H8下端相连，另一端与第三电感L3一端相连，第一接地屏蔽层GND1、第二接地屏蔽层GND2与第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13、第十四接地端口P14相连。
所述的电感均采用三维多层螺旋式结构,电容均采用金属-介质-金属形式的结构。
所述低通滤波器F的内部结构均由LC集总元件构成，且左右对称。
所述第十输入端口P10、第十五信号输出端口P15、第一控制端口P1、第二控制端口P2、第三控制端口P3、第四控制端口P4、第五控制端口P5、第六控制端口P6、第七控制端口P7、第八控制端口P8、第九控制端口P9、第十一接地端口P11、第十二接地端口P12、第十三接地端口P13和第十四接地端口P14均为外部封装引脚。
所述数控衰减器D1和所述低通滤波器F两者通过LTCC技术实现的一体封装。
所述数控衰减器D1芯片的型号为WSD000065-5，使用0.25um栅长的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺制造而成。该芯片通过背面金属经通孔接地。所有芯片产品全部经100％射频测量。WSD000065-5型芯片为0/-5V电源工作，在DC-6.5GHZ内***损耗：2.0dB，衰减精度：±(0.3+5％Ai)dB，输入驻波比：1.3:1，输出驻波比：1.3:1，切换时间：20ns。该芯片主要用于雷达。
具有数控衰减的低通滤波集成滤波器，由于采用数控衰减器芯片贴于LTCC滤波器实现，所以具有非常高的集成度、稳定性，并且还具有一定强度的生带。采用三维立体集成和多层折叠结构以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，降低了生产成本。
结合图3、图4，具有数控衰减的低通滤波集成滤波器的通带为0-3GHz，基态情况下，通带插损小于1.5dB，驻波小于1.4，边带衰减十分陡峭，阻带抑制从4GHz到9GHZ都能达到40dB以上，且与数控衰减芯片相结合，可以实现32个不同的衰减量，能满足多种衰减需求。

Claims (6)

1.一种具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：包括数控衰减器芯片(D1)和低通滤波器(F)，其中数控衰减器芯片(D1)位于低通滤波器(F)的上表面；所述数控衰减器芯片(D1)包含输入端口、输出端口以及九个数控端，其中输入端口通过输入引线(RFin)与低通滤波器(F)的第十输入端口(P10)连接，输出端口通过输出引线(RFout)与低通滤波器(F)的第一通孔(H1)相连，低通滤波器(F)的后侧面依次间隔设有第一控制端口(P1)、第二控制端口(P2)、第三控制端口(P3)、第四控制端口(P4)、第五控制端口(P5)、第六控制端口(P6)、第七控制端口(P7)、第八控制端口(P8)和第九控制端口(P9)，所述第一控制端口(P1)、第二控制端口(P2)、第三控制端口(P3)、第四控制端口(P4)、第五控制端口(P5)、第六控制端口(P6)、第七控制端口(P7)、第八控制端口(P8)和第九控制端口(P9)分别连接数控衰减器芯片(D1)九个数控端，第十五输出端口(P15)为低通滤波器(F)的输出端口，第十一接地端口(P11)、第十二接地端口(P12)、第十三接地端口(P13)、第十四接地端口(P14)为低通滤波器F的接地端口；
所述低通滤波器(F)内部包含：第一通孔(H1)、第二通孔(H2)、第三通孔(H3)、第四通孔(H4)、第五通孔(H5)、第六通孔(H6)、第七通孔(H7)、第八通孔(H8)、第九通孔(H9)、第十通孔(H10)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L6)、第一接地屏蔽层(GND1)、第二接地屏蔽层(GND2)；
所述第一通孔(H1)一端与表面数控衰减芯片(D1)输出引线(RFout)连接，另一端与第二通孔(H2)连接，第一电容(C1)上极板与第二通孔(H2)上端相连，第一电容(C1)下极板与第三通孔(H3)上端相连，第一电感(L1)一端与第二通孔(H2)下端相连，另一端与通孔(H3)下端相连，第二电容(C2)上极板通过第四通孔(H4)与第三通孔(H3)下端相连，第二电容(C2)下极板为第二接地屏蔽层(GND2)，第三电容(C3)下极板与第三通孔(H3)上端相连，第三电容(C3)上极板与第五通孔(H5)相连，第二电感(L2)一端与第三通孔(H3)下端相连，另一端与第六通孔(H6)下端相连，第六通孔(H6)上端与第五通孔(H5)下端相连，第四电容(C4)下极板与第五通孔(H5)上端相连，第四电容(C4)上极板为第一接地屏蔽层(GND1)，第五电容(C5)下极板与第六通孔(H6)上端相连，上极板与第六电容(C6)上极板相连，第三电感(L3)一端与第六通孔(H6)下端相连，另一端与第四电感(L4)一端相连，第十电容(C10)上极板与第十五输出端口(P15)相连，第十电容(C10)下极板与第九通孔(H9)上端相连，第六电感(L6)一端与第十五输出端口(P15)相连，另一端与第九通孔(H9)下端相连，第九电容(C9)上极板通过第十通孔(H10)与第九通孔(H9)下端相连，第九电容(C9)下极板为第二接地屏蔽层(GND2)，第八电容(C8)下极板与第九通孔(H9)上端相连，第八电容(C8)上极板与第七通孔(H7)相连，第五电感(L5)一端与第九通孔(H9)下端相连，另一端与第八通孔(H8)下端相连，第八通孔(H8)上端与第七通孔(H7)下端相连，第七电容(C7)下极板与第七通孔(H7)上端相连，第七电容(C7)上极板为第一接地屏蔽层(GND1)，第六电容(C6)下极板与第八通孔(H8)上端相连，上极板与第五电容(C5)上极板相连，第四电感(L4)一端与第八通孔(H8)下端相连，另一端与第三电感(L3)一端相连，第一接地屏蔽层(GND1)、第二接地屏蔽层(GND2)与第十一接地端口(P11)、第十二接地端口(P12)、第十三接地端口(P13)、第十四接地端口(P14)相连。
2.根据权利要求1所述的具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：电感均采用三维多层螺旋式结构，电容均采用金属-介质-金属形式的结构。
3.根据权利要求1所述的具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：所述低通滤波器(F)的内部结构均由LC集总元件构成，且左右对称。
4.根据权利要求1所述的具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：所述第十输入端口(P10)、第十五信号输出端口(P15)、第一控制端口(P1)、第二控制端口(P2)、第三控制端口(P3)、第四控制端口(P4)、第五控制端口(P5)、第六控制端口(P6)、第七控制端口(P7)、第八控制端口(P8)、第九控制端口(P9)、第十一接地端口(P11)、第十二接地端口(P12)、第十三接地端口(P13)和第十四接地端口(P14)均为外部封装引脚。
5.根据权利要求1所述的具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：所述数控衰减器(D1)和所述低通滤波器(F)通过LTCC技术实现一体封装。
6.根据权利要求1所述的具有数控衰减的低通集成滤波器，其特征在于：所述数控衰减器(D1)芯片的型号为WSD000065-5。
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