TWI220085B - Multi-layer bandpass filter with the characteristic of harmonic-suppression - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 1明係有關於-種可抑除譜波及於低通帶裙擺中具 減：性之積層帶通濾波器，特別適用於所有無線前 =電路，諸如：監牙（Bluet00th)、無線區域網路程（ 、天線（Antenna )、電話聽筒（Handset ). 專裝置者。 …… 先前技術】 攜 逐 路 良 應 5 要 利 構 之 用 晶 ig 細 册近年來，隨著可攜式行動電話的普及，且為利於方便 ▼，使得對於通訊裝置的體積尺寸縮小化及重量輕減化 成了努力改善趨勢，另一方面濾波器常被運用於高頻電 上、’因此成為了通訊裝置中重要的關鍵零件，然而一優 的濾波為元件除了需具備有縮小、輕減化的優點外，更 基於可讓必要之訊號通過、並將不必要訊號排除之特徵 因此如何減少插入損耗及擴大通帶外之衰減量乃成為重 課題。 如美國專利U. S· Patent No· 4, 1 66, 258號係揭露一種 用表面聲波元件（Surface Acoustic Wave ) S A W所 巧之濾波器（f i 1 ters )，其中若一般使用於iGHz以下 知7，率時，其小型輕減化確佔有很大優勢，然而若使 頻率高於1 GHz時，則因為表面聲波元件基本上係由一單 所構成之壓電基板表面以鋁為主成分之指叉式（interd 1 tal )導體所形成之指間電極（IDT )，而會變得非常 而增加製程技術的困難度。 如美國專利U. S. Patent No· 6, 2 43, 564 B1號則揭露

1220085 —91H891R 年月日 修正 五、發明說明（2) " =藉问^電材料構成的同軸諧振腔相互耦合而形成之濾波 :’、已是一種非常成熟的產品，因此在無線手機中或無線 區域網路卡中的射頻收發器部分往往可以發現這種滹波哭 的應用； “ m 、 一般而言其使用頻率仍受限在5 0 0MHz到6GHz之間，因 為$用高介電材料（一般有介電常數38及90二個材料族） 使~四分之一波長諧振腔大大縮小。 义另外使用低溫共燒陶瓷LTCC的厚膜技術，則在最近幾 年^發展非常快速，諸如美國專利匕s. Patent N〇. 5,332,98 \及U .S.Patent Νο·5，489，881號所揭露，其主要係以陶 瓷作為電路基板材料，内外電極可分別使用銀、銅、金等 金屬:在約攝氏85 0〜900多度的燒結爐中，將如濾波器的 被動元件以平行式印刷塗佈製程燒結形成整合式陶瓷元件 其中由於陶瓷與石夕的材質極接近，因此適合與晶片連 接且/、有印省空間、降低成本的優點，其操作頻率大約 介於90 0MHz到5GHz之間； 、 、 然 有收縮 氣特性 擬軟體 此 ，如利 計之多 low-si 同 而 程 變 做 外 用 層 de 樣 ，LTCC在將溫度控制在9 〇 〇度以内進行燒結時， 度不同的困難，且仍以堆疊方式製成，容易使電 數增加，故於設計上需配合使用三度空間電磁模 辅助，因此程序相當複雜。 濾波器的設計往往會因規袼不同而有不同的考量 =國專利U.S· patent N〇.5,523, 72 9號的架構設 濾波器，它的特徵響應是在接近低通帶裙擺（ skirt )會產生傳輸零點。 若利用如美國專^u.s.Patent N〇.6,0 64,68 1號

1220085 __案號92118916__年月 曰 修正_ 五、發明說明（3) 的架構所設計之多層濾波器’它的特徵響應亦會在接近低 通帶裙擺附近會出現傳輸零點。 另若利用如美國專利U.S.Patent Νο·6，114, 925號的 架構設計之多層濾波器，它的特徵響應則是在設計的中心 頻率兩側，如高通帶裙擺以及低通帶裙擺附近均會各出現 一個傳輸零點；但若要符合行動通訊帶通濾波器特性「在 低通帶裙擺產生高衰減特性，且在高通帶裙擺亦能有衰減 特性（即產生位置可調的傳輸零點）」的要求，則無法達 到。 至於利用如美國專利U.S.Patent Νο·5,373,271號方 式製作之多層濾波器，雖具有可調整頻率中的特徵響應「 adjusting frequency characteristic」，然而，其僅在 低通帶裙擺時產生高衰減特性，而於高通帶裙擺時，仍無 法抹除諧波的效應。 由此可見，上述現有之習知解決方法於實務上仍有諸 多缺失，實非一良善之設計者，而亟待加以改良。 本案發明人鑑於上述習知系統所衍生的各項缺點，乃 亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於 成功研發完成本案。 【發明内容】 、本，明之主要目的乃在提供/種可抑除諧波的積層帶 呈、其係月b同時在低通帶裙擺（l〇w — side skirt) 衰減特丨生’且在咼通帶裙擺（high _side skirt) 可抑除高頻諧波。

1220085 案號 92118916 五、發明說明（4) 種可抑除諧波的積層帶 上非常適合多層的架構 型（Chip -type)元件 備輕、薄、短、小特性 設計上主要係採用修正 filter )，即在輸入埠 以達到在低通帶裙擺（ 並利用接地電感來達到 丨可濾除高頻諧波之目 本發明之另一目的乃在提供一 通濾波器，其中由於該元件在設計 ，因此可以製作出尺寸微小的晶片 ，俾能充分滿足現今通訊設備需具 之要求。 為了達成上述目的，本發明於 型的三階梳型濾波器（comb-line 及輸出埠之間加入一耦合電容，藉 low-side skirt )具高衰減特性， 於高通帶裙擺（high-side skirt: 的者。 【實施方式】 本發明主要係提供一種可抑除諧波的積層帶通濾波器 ’其係能同時在低通帶裙擺（l〇w-side 具有高衰 減特性’且在高通帶裙擺（high_side skirt )可抑除高 頻諧波。 為了達成上述之目的，本發明的重要特點係將實際晶 疋件（chip )焊接（mount )在印刷電路板的金屬墊片 mV，第二圖所示）’其中該金屬塾片（Pad)與印 v 板接地面（PCB ground )的連接係利用金屬穿孔（ 。達成，如此即可以減輕多層架構在設計上的複雜 等嗖Ϊ ί閱第一圖所示，係為本發明試舉-較佳實施例之 」 ：___其主要係包括由C12、C20、C23與TL1、TL2、 第9頁 1220085

TL3並聯形成三條傳輸線，其中該一立山 之間透過C10串接，而該C2〇\ 而 過C30予以串接，並於Cl0盘門/// 243\几3一化之間則透 α/ο Pom ，未相接端各引出傳輸端點 li/u rort)，及於該傳輪诚 入雷客ci3，另由j - a翰 （I/〇 Po )間則並聯耦 口電合C1 3另由该二條傳輸線的另端則透過一 L，該接地電感L係可透過印刷電路板 接 =斤形成=⑽(Vla) 3與印刷電屬路=(接： 所示）。 連接末貝現““己合參閲第二圖 仫Π· ί :卜Ϊ於土述構想，在設計多層的晶片型帶通濾波器 係可間化成不含接地電感L的架構（如第三圖所示），其 實施例中揭露了由Leyerl〜Leyer9層所組成的多層次架、 構其中第圖專效電路中的三條傳輸線tli、τ[2、TL3 係用Layer8的帶線（strip - line)來實現 ，而接地部分則係利用金屬穿孔（via) 3連接至Layer9 的元件接地面（chip guound)。 其中係以Layer4為元件接地面（chip gu〇und)，俾 可將該Layer4定為界線區分成上下兩部分，其下部分由

Layer4 ’ Lay er5 ’ Layer6，Layer7 組成，藉以共同達成 C12、C23、C20及部分CIO、C30的連接；上部分由 Layerl ’Layer2，Layer3，Layer4 組成，藉以共同達成 C13 及部分CIO、C30 的連接’俾於Layerl，Layer4，

Layer7，Layer9上端各形成接地平面（Ground Plane) 4，及於Layer3與Layer5兩端各形成傳輸端點（ι/ο Portl、I/O Port2 )，並由Layer4 加以分隔。

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皇舞 91Π8916 五、發明說明（6) 如第四圖所示係為本私人^ ^ 〃十\明含印刷電路板Ί ( 金屬墊片2 ( Pad )的頻率邀 C CB ) 笙 囬士 Λ的ώΒ '應圖。右利用接地電感L (見 第四圖中△的曲線），即於古、s/ A TBJ 通帶裙擺（high-si Η Ρ skirt )最大衰減能達到近〜7ηΗ k ^ . (〇dB’因此於高通帶裙擺可滅 除高頻諧波；另若再於輸人瑝β ^ ^ ^ ^ ^ 容C13 (見第四圖中△的曲績、 σ α _ _ τ •‘、、去u 。 緣），即於低通帶裙擺（low- side skirt ) 達到近-80dB 的吞 、士 ^ ^ > ^ 0 ^ ^ ^ i± . 的哀減，俾以能同時在低通帶 月匕木间^於纟士娃，且在高通帶裙擺可抑除高頻諧波。 、 ； 上可以分別單獨分層來設計，因此大 幅減輕設計上的複雜性，非^ ρ ^ ηπ , ^ , ^ 非常具有商業上競爭性；且本發 明的結構尺寸非常微小，极炎、立 極為適用於通訊系統的縮小化應 用〇 【特點及功 本發明 他習用技術 1 、其係能 衰減特 抑除面 2、 結構尺 -type : 3、 可大幅 上列詳 明，惟該實 離本發明技 效】 所提供之 相互比較 同時在低 性，且在 頻諧波。 寸微小， 1元件。 減輕設計 細說明係 施例並非 藝精神所 1抑除諧波的積層帶通濾 ^ 更具有下列之優點： 通▼ 4君擺（low-side ski 馬通τ裙擺（high-side 波器，與其 rt ) s k i r 具有高 t )可 俾可製作出尺寸微小的晶片型（Ch i p

具體說 凡未脫 含於本 上之複雜性。 針對本發明之一可行實施 用以限制本發明之專利範 為之等效實施或變更，均

1220085 修正 _案號 92118916 五、發明說明（7) 案之專利範圍中。 綜上所述，本案不但在技術思想上確屬創新，並能較 習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步 性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核 准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

第12頁 1220085 _案號92118916_年月日 修正 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖係為本發明試舉一較佳實施例的等效電路。 第二圖係為本發明實施於多層的晶片型帶通濾波器中含有 接地電感L的架構。 第三圖係為本發明實施於多層的晶片型帶通濾波器中不含 接地電感L的架構。 第四圖係為本發明含有印刷電路板的金屬墊片的頻率響應 圖。

1gb # 符 表 代 分 部 要 主 rL 1… …印 刷 電 路 板 1… ...才妾 地 面 (PCB ground ) 2… …金 屬 墊 片 (pad ) 3… …金 屬 穿 孔 (via) 4… …接 地 平 面 (Ground Plane )

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Claims (1)

1220085 _案號92118916_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 1 、一種可抑除諧波的積層帶通濾波器，包括： 一積層式晶片元件所形成之濾波器，其設有數層兩側 具傳輸端點之積層，以及間隔數層元件接地面，其中該傳 輸端點内的輸入埠及輸出埠之間加入耦合電容； 一印刷電路板，其一端設有金屬墊片（pad )，該金 屬墊片上則形成金屬穿孔（v i a )，俾以透過該金屬穿孔 分別使該晶片元件之數層元件接地面與印刷電路板接地面 連接形成接地電感者。 2 、如申請專利範圍第1項所述之可抑除諧波的積層 帶通濾波器，其中所述之濾波器係為修正型的三階梳型濾 波器（comb-line filter ) 〇 3 、如申請專利範圍第1項所述之可抑除諧波的積層 帶通濾波器，其中至少一元件接地面做為分隔界線區。 4、如申請專利範圍第1項所述之可抑除諧波的積層 帶通濾波器，其中該傳輸端點之傳輸線係由帶線（strip-1 ine )來實現。

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