pdf

采用两种陶瓷介质的LTCC高通滤波器设计.pdf

  • 1星
  • 日期: 2017-08-18
  • 大小: 482.66KB
  • 所需积分:1分
  • 下载次数:3
  • favicon收藏
  • rep举报
  • 分享
  • free评论
标签: 陶瓷介质LTCC高通滤波器

采用两种陶瓷介质的LTCC高通滤波器设计.pdf 

文档内容节选

ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 采用两种陶瓷介质的 LTCC 高通滤波器设计 李春宇,邢孟江,梁 ,李跃进,杨银堂 玭 西安电子科技大学 微电子研究所 西安市 710071 摘 要 本文介绍了一种采用两种陶瓷介质的低温共烧陶瓷LTCC高通滤波器该高通滤波器以 7 阶切 比雪夫高通滤波器为原型,截止频率为 900MHz通带内插入损耗小于 09dB,驻波比VSWR小于 15阻带内 在 400MHz 处有一个寄生的传输零点,并且在 400MHz 到 610MHz 范围内抑制大于 30dB,从直流到 400MHz 范围内抑制大于 63dB由于该高通滤波器采用 LTCC 工艺制作,具有体积小重量轻温度稳定性高等特点, 并且可加工成贴片形式,便于与其他微波组件集成,因此拥有广阔的应用前景 关键词 低温共烧陶瓷LTCC 高通滤波器 插入损耗 驻波比 A Design of Highpass Filter Using Two Kinds of LTCC Subs......

ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 采用两种陶瓷介质的 LTCC 高通滤波器设计 [ 李春宇,邢孟江,梁 ,李跃进,杨银堂] 玭 [西安电子科技大学, 微电子研究所, 西安市, 710071 ] [ 摘 要 ] 本文介绍了一种采用两种陶瓷介质的低温共烧陶瓷(LTCC)高通滤波器。该高通滤波器以 7 阶切 比雪夫高通滤波器为原型,截止频率为 900MHz。通带内插入损耗小于 0.9dB,驻波比(VSWR)小于 1.5。阻带内 在 400MHz 处有一个寄生的传输零点,并且在 400MHz 到 610MHz 范围内抑制大于 30dB,从直流到 400MHz 范围内抑制大于 63dB。由于该高通滤波器采用 LTCC 工艺制作,具有体积小、重量轻、温度稳定性高等特点, 并且可加工成贴片形式,便于与其他微波组件集成,因此拥有广阔的应用前景。 [ 关键词 ] 低温共烧陶瓷(LTCC); 高通滤波器; 插入损耗; 驻波比 A Design of High-pass Filter Using Two Kinds of LTCC Substrate [ Li Chunyu, Xing Mengjiang, Liang Pin, Li Yuejin, Yang Yintang ] [ Xidian University, Institute of Microelectronics, Xi’an, 710071, China ] [ Abstract ] This paper describes a high-pass filter using two kinds of media with different electric constants. The material of the media is low-temperature co-fired ceramic(LTCC). A 7-order chebyshev high-pass filter is used as the prototype, which has a cut-off frequency of 900MHz. In its pass-band the insertion loss is less than 0.9 dB and the voltage standing wave ratio (VSWR) is less than 1.5, however, in its stop-band, within the range of 400MHz to 610MHz the attenuation is greater than 30dB and in the DC to 400MHz range the attenuation is greater than 63dB. What’s more,there is a parasitic transmission zero at 400MHz. Since the filter is produced using LTCC technology, it has the performance of small size, light weight, high temperature stability and can also be processed into chip form in order to integrate with other modules easily, so it has broad application prospect. [ Keyword ] low-temperature co-fired ceramic (LTCC); high-pass filter; insertion loss; VSWR 1 前言 微波滤波器是一个二端口网络,它通过在滤波器通带频率内提供信号传输并在阻带内提供 衰减的特性,用以控制微波系统中某处的频率响应。微波滤波器是微波技术中许多设计问题的 基础,是微波系统中重要的基础元件[1-2]。 随着无线通信技术和单片微波集成电路的快速发展,要求电子产品向小型化、低成本、高 性能、高集成度趋势发展。在通信技术向高频方向发展的同时,微波滤波器的工作频率也越来 越高,这对滤波器的设计提出了更高的要求[3]。 高通滤波器广泛应用于通讯、雷达、电子对抗等信息领域中,是必不可少的重要元件之一。 在微波电路的设计中,传统的高通滤波器只能采用平面工艺,电感的设计是比较容易的,而难 点在于串联电容的设计[4]。要想实现宽带高通特性,串联耦合量应该足够大,如果用传统的平 面工艺实现比较大的电容,则两个极板中间的间隙必须足够小,太小的间隙加工难度太大,因 此传统的平面工艺不能实现面积很小的高通滤波器,而低温共烧陶瓷(low-temperature co-fired ceramic,LTCC)工艺采用的叠层工艺、三维布局的方式使尺寸很小的滤波器成为可能[5-6]。 ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 一个性能好的高通滤波器不仅应该具有带内低损耗和带外高抑制的传输特性,而且应该具 有尽可能宽的通带特性,而通带带宽主要取决于输入输出之间串联电容的品质因数[7]。本文设 计的高通滤波器以 7 阶切比雪夫高通滤波器为原型,具有体积小、重量轻、选频性能好、温度 稳定性高等特点,并且可加工成贴片元件形式,便于与其他微波组件集成,另外,由于该滤波 器是基于 LTCC 工艺,加工成本低,有利于批量生产。 2 高通滤波器的设计原理 在低频电路里,高通滤波器是由集总参数电抗元件(电感和电容)组成。因此,构成微波高通滤 波器最直接的方法,就是用微波结构来模拟集总参数电抗元件,然后用它们来组成微波高通滤波 器。根据高通滤波器的设计原理,先选定低通滤波器原型,然后通过阻抗和频率定标,把低通 原型的归一值变换成高通滤波器集总元件的实际值[8]。 低通滤波器原型可以根据其截止频率和带内外的抑制等通过查阅相关表得到。得到低通滤 波器原型后,可以通过频率定标和阻抗定标来得到实际高通滤波器的参数。 1.1 阻抗定标 阻抗定标是在原型设计中,源和负载的电阻为 1,设计时可以通过原型设计的阻抗与 Ro 相 乘得到。若 L、C 和 RL 是原型低通滤波器的元件值,带撇号的符号表示阻抗定标后的值,则新 的滤波器的元件值为: (1) ' = LRL 0 C R 0 C = ' (2) ' RS = ' = R L R 0 (3) RR 0 L (4) 1.2 频率定标 频率定标是将低通原型滤波器中衰减特性的频率变量 Ω 经过适当的变换,得到以新的频率 ω 为变量的衰减特性。为了将低通原型滤波器转换到高通滤波器响应,可将 Ω=0 映射到 ω=±∞, 将 Ω=∞映射到 ω=0,所以频率替换为: −←Ω ωc ω (5) 上式中 ωc 为截止频率。 为了转换低通原型的电感(或电容)到高通的电容(或电感),上式的负号是必需的,表示电路 中感性元件和容性元件互换,故变换后的高通滤波器新的元件值为: C ' = k ' = L k 1 L ω c k 1 C ω c k (6) (7) ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 上式中 Lk 为低通原型的串联电感值;Ck 为低通原型的并联电容值。 由上述理论得到从低通滤波器原型到高通滤波器的转换,则既要阻抗定标也要频率定标, 那么新的元件值为: 1 L R ω0 c k R 0 C ω c k (8) (9) C ' k = L ' = k 3 高通滤波器等效电路的设计 本文高通滤波器的设计指标为: (1) 截止频率为:(900±20)MHz; (2) 带内插入损耗:≤1.2dB; (3) 带外抑制:≥25dB (400~600MHz); ≥55dB (DC~400MHz); (4) 带内波动:≤0.1dB; (5) 驻波比: ≤1.5; (6) 输入输出阻抗:50Ω; 根据前面介绍的低通原型转换为高通的阻抗和频率定标理论,由截止频率为 900MHz 通带 纹波系数为 0.05dB 的 7 阶切比雪夫低通滤波器原型得到的 7 阶切比雪夫高通滤波器等效电路如 图 1 所示。为了画图以及仿真调试方便,电路采用对称结构,其中各元件具体参数值为: L1=L7=8.546nH,C2=C6=2.461pF,L3=L5=4.503nH,C4=2.188pF,两端口特征阻抗为 50Ω。 图 1 7 阶切比雪夫高通滤波器等效电路 本文采用的 7 阶切比雪夫高通滤波器等效电路利用 Ansoft Designer 软件得到的仿真结果如 图 2 所示。 ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 图 2 7 阶切比雪夫高通滤波器等效电路仿真结果 4 高通滤波器的电磁场仿真 在前面高通滤波器等效电路的仿真中,综合出了各元器件的集总参数值,根据其值的大小 可以设计 LTCC 埋层电容和埋层电感,本文中的电容采用金属-介质-金属(MIM)形式的平板电容 结构,电感采用垂直螺旋电感和平面螺旋电感两种形式。 LTCC 埋层电感的设计主要有两种,一种是平面螺旋结构,另一种是垂直螺旋结构。考虑 到尽量减小相邻电感之间的耦合影响,因此本文中的电感 L1 和 L7 采用垂直螺旋电感,而 L3 和 L5 采用平面螺旋电感。 LTCC 埋层电容的设计也主要有两种,一种是金属-介质-金属(MIM)结构,另一种是垂直交 指(VIC)结构。由于 VIC 结构的电容是由多层金属板构成的,因此这种形式构成的电容的品质因 数(Q)值没有 MIM 形式的高,因此本文只采用 MIM 形式实现电容的设计。 高通滤波器中电感的设计比较简单,难点在于电容的设计,因为对通带带宽影响最大的是 输入输出之间串联电容的品质因数。如果采用的 LTCC 陶瓷介质的介电常数太小,则实现同样 容值电容的平行极板的面积就很大,面积很大的平板电容使得高通滤波器的通带驻波特性变差, 通带带宽也减小;然而如果构成螺旋电感的陶瓷基板的介电常数太大,则螺旋电感(尤其是垂直 螺旋电感)两端寄生的并联电容就会很大,大的寄生电容使高通滤波器的通带特性变差。因此本 文采用两种介电常数不同的 LTCC 陶瓷介质基板,构成高通滤波器输入输出之间串联电容的 LTCC 陶瓷介质的相对介电常数为 50,构成螺旋电感的 LTCC 陶瓷介质的相对介电常数为 3.48。 由图 1 等效电路得到的三维高通滤波器模型如图 3 所示,整个器件封装尺寸为标准的 1206 封装形式(3.2mm×1.6mm×0.95mm),采用的 LTCC 陶瓷介质的相对介电常数(εr)有两种,介质 1 的 εr1 为 50,介质 2 的 εr2 为 3.48,介质损耗角正切(tanδ)都为 0.002,金属导体采用银,每层陶瓷介 质基板的厚度为 40μm,每层金属厚度为 10μm。电感采用垂直螺旋电感和平面螺旋电感两种, 电容采用 MIM 结构形式,螺旋电感金属微带线线宽为 80μm,金属通孔直径为 125μm,金属托 盘直径为 150μm,金属过孔直径为 350μm。图 3 的三维低通滤波器通过 Ansoft HFSS 软件的仿 真结果如图 4 所示。 ANSYS 2011 中国用户大会优秀论文 图 3 7 阶切比雪夫高通滤波器三维模型 图 4 7 阶切比雪夫高通滤波器仿真结果 5 结论 由图 4 的仿真结果可以看出,本文设计的 7 阶切比雪夫高通滤波器的截止频率为 900M Hz, 通带内插入损耗小于 0.9dB,驻波比(VSWR)小于 1.5,通带带宽大于 2250MHz。阻带内有一个 寄生的传输零点位于 400MHz。而且在 400MHz 到 610MHz 范围内抑制大于 30dB,直流到 400MHz 范围内抑制大于 63dB。从-3dB 点到-30dB 点的矩形系数为 1.36。由此本文设计的高通 滤波器各项性能均优于设计指标的要求,并留有 5dB 到 10dB 的加工余量。 由于高通滤波器设计过程中的难点在于输入输出之间串联电容的设计,为了提高串联电容 的品质因数,本文采用 MIM 形式的平板电容,而且利用高介电常数的 LTCC 陶瓷基板材料作为 电容的填充介质。但考虑到尽量减小垂直螺旋电感的寄生电容,本文采用两种介电常数不同的 LTCC 陶瓷基板。
更多简介内容

推荐帖子

DSP初级编程的 "hello,DSP world"工程实例
一个完整的工程,至少需要四个文件构成:   1、以.cmd结尾的命令文件,用来分配存储空间。   2、C语言系统库rts2xx.lib。系统库包括了编译器所提供的所有功能:初始化C语言环境(入口地址为—_c_int0),设置堆栈,标准C的函数库等,工程中还可以添加其他的库文件(.lib)。   3、有且必须有一个含有main()函数的C语言源程序文件(.c)。系统库初始化完毕后,
Jacktang DSP 与 ARM 处理器
助力雅特力成长,说说你与雅特力的故事
在每一个人的成长旅程中,都不缺少通过各种方式给与帮助,警醒,指导的人;同样,在一个企业的成长过程中,也同样需要员工们的共同努力,用户们的提醒,建议,反馈,用各自的力量添砖加瓦,帮助企业更好的成为“高楼大厦”。   雅特力真诚的邀请每一位工程师来一起搭建这座大楼。   即日起-9月30日,欢迎在“国产芯片交流”版块以“【我与雅特力】+副标题”形式发帖,留下你对雅特力的
okhxyyo 国产芯片交流
应对网站反爬机制的处理
  在大数据如此火的今天,爬虫是其中不可或缺的一部分。作为一位爬虫我们都是知道想要获取数据也不是很容易的事,因为不管大大小小的网站都是做了很多反爬机制来阻碍我们的脚步,但是方法总比困难多。我们今天先来分析下网站都是用过哪些方式来阻止我们的。 1、验证码 2、ua 3、登陆验证 4、封账号 5、加密 6、ip限制 今天我们就重点来讲下网站的ip
xiaotaomi 电路观察室
零件信息管理系统 Musecad CircuiteXpert-解决零件使用、库管理、稽核、不插件、BOM..
本帖最后由 musecad 于 2020-8-15 12:05 编辑 Capture作为老牌原理图设计工具功能强大且易于上手,是众多R&D的首选。这里介绍一款与它完美集成的零件信息管理系统          CircuiteXpert (by Musecad)        在原理图设计中引入集成了电子元件的原理图符号、PCB封装(同时支持pads和allegro)
musecad PCB设计
MSP430的AD采集程序
/* 基于msp430f169/149的双通道AD采集程序,,内部2.5V参考电压,中断处理方式,采用滑动平均的滤波 方式,在测试时稳定的电压的采集中在小数点后两位保持不动。 */ #include "ADC.h" #include "stdio.h" #include #define ADC_BUF_LEN   200 uint16_t ADC_Buf0[AD
fish001 微控制器 MCU
Vivado工程源码大瘦身
  特权同学原创,转载请保留署名 Vivado的工程文件包含了源码、IP、设置和各种编译的中间文件,动辄上百MB甚至上GB,非常占硬盘。可以通过以下步骤对编译过的工程进行瘦身,只预留必要的设置、IP和源码,减少硬盘空间占用。   打开Vivado工程,在Tcl Console中输入reset_project命令(Type a Tcl command here处
ove学习使我快乐 FPGA/CPLD

评论

登录/注册

意见反馈

求资源

回顶部

datasheet推荐 换一换

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版 版权声明

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
$(function(){ var appid = $(".select li a").data("channel"); $(".select li a").click(function(){ var appid = $(this).data("channel"); $('.select dt').html($(this).html()); $('#channel').val(appid); }) })