型式 A 高通濾波器

型式 A 高通濾波器：美磊製程

型式 A 高通濾波器，吾人希望實現一 2GHz 高通濾波器。在此吾人將探 討L 、₁ L 與₂ L 接地部份的處理。下圖 4.11 分為電路出始模擬與最後輸₀ 出成品的三維立體圖，左側為電路初始佈局圖，在模擬軟體中，模擬環 境的邊緣是理想接地面；右側為實際電路佈局，在實際電路佈局時，由 於電路並不進行切割，吾人必須在電路周圍自行以 via 貫穿電路四周完 成接地面，由左右兩途圈選處可發現，在實際電路設計時，由於考慮設 計規範與減少 via 數目，吾人在L 、₁ L 與₂ L 皆多了一小段傳輸線，圖 4.12₀ 為兩者全波電磁模擬的比較，由圖 4.12 可看出因為接地部份的不當處 理，使得此濾波器返回損失的頻寬大幅的變窄，在初始電路部份，在初

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始電路佈局時，在通帶2GHz~ 5GHz內返回損失可大於14.5dB，而在通 帶外 0.85GHz 與1.4GHz 具有兩個傳輸零點，但在實際電路設計時

4.245GHz以後返回損失已小於14.5dB，且通帶外傳輸零點的特性也因

電感的不當處理發生改變，吾人判斷應是零點過於接近產生重合。有ㄧ 傳輸零點出現在1.16GHz，在DC ~ 1.42GHz可提供30dB的衰減量。在 這部份吾人將再型式 B 高通濾波器予以修正，型式 A 高通濾波詳細佈 局因與型式Ｂ高通濾波器觀念相同，吾人將於型式Ｂ高通濾波器時再加 以詳細說明。最後型式 A 整體電路尺寸為100 80 27.06mil× × ³。

圖 4.11 型式 A 高通濾波器初始與實際電路三維佈局圖

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Frequency (GHz)

0 1 2 3 4 5 6 7

M a g n it u d e ( d B )

-80 -60 -40 -20 0

Ideal Real

S

S

圖 4.12 型式 A 高通濾波器因接地處理不當 EM 模擬比較圖

圖 4.13 為量測頻率響應圖，在 2GHz 至 4GHz 內植入損耗小於 1.3dB，返回損失大於14dB，在1.12GHz及1.35GHz有兩個傳輸零點，

DC 至1.5GHz 有 30dB 的衰減量。最後吾人將量測與模擬結果整理於表 4.2。圖 4.14 為最後電路實品上視圖。

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Measurement vs. EM

Frequency (GHz)

0 1 2 3 4 5 6 7

M a g n it u d e ( d B )

-80 -60 -40 -20 0

EM

Measurement

S

S

圖 4.13 型式 A 高通濾波器量策結果

EM 模擬結果 量測結果

頻率範圍 2GHz~ 4GHz

植入損耗 <1.1dB <1.3dB 返回損失 >15dB >14dB

傳輸零點位置 1.16GHz

1.12GHz

1.35GHz 頻率範圍

衰減量 30dB> ^{DC ~ 1.42GHz DC ~ 1.5GHz} 尺寸 100 80 27.06mil× × ³

表 4.2 型式 A 高通濾波器模擬及量測結果比較表

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圖 4.14 型式 A 高通帶濾波器成品上拍俯視圖

3.4.2型式B高通濾波器

型式Ｂ高通濾波器：工研院製程

型式Ｂ高通濾波器三維佈局圖如下圖 4.15 所示，同樣為了方便說 明，吾人以接面敘述電路佈局。在高通濾波器部分，吾人亦只使用了其 中的十一層，在開始佈局電路時，首先要考慮C₁₀與C₂₀對整體頻率響應 影響，事實上此兩個對地電容式吾人即欲避免的，因為C₁₀與C₂₀的增加 會使植入損耗在高頻是衰減的非常劇烈，此效應限制了其後要整合為帶 通濾波器時通帶所能延伸的高頻上限，因此在接面 0 吾人裸空方式降低 C10與C₂₀。接面 11 是本電路的接地面，為了降低對地的電容效應，吾 人在接面 8 實現電感L₀，藉由三層介質的間距，亦可以在減小對地電容 以及減少體積上取得一平衡點。電容C₁與C₂同時扮演著連接L₁₀、L₂₀與

100mil

80mil

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C 接面功能，吾人希望其面積不要過小以方便後續元件的連接，決定12

間隔兩層界質方式實現，但如此ㄧ來又有面積過大問題，最後採取利用 接面 5 與接面 6 階梯式佈局與接面 7 構成電容，如此可以在適當面積實 現。C 則利用₁₂ C 與₁ C 上架一空中橋方式實現，₂ L 與₁ L 在接面 1 實現，₂ 同一層佈局方式可盡量減少因製程誤差而影響ｋ值。型式 B 高通濾波器 最後整体電路尺寸為128 100 38.94mil× × ³

圖 4.15 型式 B 高通濾波器三維佈局圖

完成三維佈局後利用全波模擬軟體進行模擬，頻率響應如下圖 4.16

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所示，與初始電路模擬結果相互比較，大致上趨勢是十分近似的，由於 L1、L₂與L₀接地部分處理得以，型式 A 高通濾波器返回損失頻寬沒有 獲得延展的問題，在此已經作了修正。在預期頻段 3.1GHz~ 4.9GHz 內 植入損耗皆小於0.6dB，返回損失至少大於17dB，在通道外如預期出現 兩個傳輸零點分別位於1.25GHz 與 2.5GHz ，在DC~ 1.685GHz 可提供

30dB以上衰減量。整體而言頻率響應特性符合設計初期的預期。

EM vs. Circuit

Frequency (GHz)

0 2 4 6 8 10 12

M a g n it u d e ( d B )

-80 -60 -40 -20 0

Circuit EM

S

S

圖 4.16 型式 B 高通濾波器 EM 模擬響應

圖 4.17 為形式 B 高通濾波器量測結果。由量測結果可看出在所設

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計通帶3.1GHz~ 4.9GHz內植入損耗小於0.6dB，在返回損耗部份皆大於 18dB ，通帶外產生兩個傳輸零點，第一個傳輸零點與模擬幾乎結果一

致座落於1.23GHz，第二個零點與電磁模擬的2.5GHz相較略微往高頻移

動座落於 2.596GHz 。在通帶外DC~ 1.63GHz 可提供 30dB 以上衰減量。

整體頻率響應稍微有往高頻漂移現象，但量測結果與電磁模擬結果十分 吻合。

Measurement vs. EM

Frequency (GHz)

0 2 4 6 8 10 12

M a g n it u d e ( d B )

-80 -60 -40 -20 0

EM

Measurement

S

S

圖 4.17 型式 B 高通濾波器量測結果

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EM 模擬結果 量測結果

頻率範圍 3.1 ~ 4.9GHz

植入損耗 <0.6dB <0.6dB 返回損失 >17dB >18dB

傳輸零點位置 ^1.23GHz

2.5GHz

1.23GHz

2.596GHz 頻率範圍

衰減量>30dB DC~ 1.685GHz DC~ 1.63GHz

尺寸 128 100 38.94mil× × ³

表 4.3 型式 B 高通濾波器模擬及量測結果比較表

圖 4.18 型式 B 高通帶濾波器成品上拍俯視圖 100mil

128mil