[发明专利]基于硅通孔的低通滤波器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于硅通孔的低通滤波器设计方法，主要解决现有基于硅通孔低通滤波器设计过程复杂，需要大量的时间和计算资源的问题。其实现方案是：1)根据工程需求和滤波器输入条件确定低通滤波器选型和设计指标；2)根据设计指标，确定低通滤波器各元件值，建立滤波器的集总电路图；3)根据集总电路图中的各节电感元件值，确定各节三维集成电感中硅通孔的排列的行、列间距和电感匝数；4)根据集总电路图中的各节电容元件值，确定各节同轴硅通孔电容器的内介质层厚度；5)利用3)和4)中确定的参数，在电磁软件中建立硅通孔低通滤波器三维模型并仿真，完成整个低通滤波器的设计。本发明设计简单，耗时更短，可用于射频无线通信系统。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种低通滤波器的设计方法，可用于射频无线通信领域。

背景技术

低通滤波器是射频前端部分一个重要的无源器件。随着现代无线通信技术的发展，对通信设备和通信系统的要求是具有小型化、高速和多功能等特点。传统的无源滤波器由于电感器和电容器的尺寸太大，现有封装技术无法将传统无源滤波器等射频单元集成到系统内部。为此，近年来基于硅通孔的电容电感构成的滤波器技术得到了越来越多的研究。

专利CN106158835A提出了一种基于硅通孔技术的低通滤波器，其采用垂直同轴硅通孔电容器代替传统平面电容器，结合平面螺旋电感，设计了一种五阶低通滤波器。专利CN106329038A利用硅通孔阵列，设计了一种LC低通滤波器。

以上这两种基于硅通孔的低通滤波器均没有系统的技术手段，在确定特定电感值的电容器和特定电容值的电容器的电气参数时，需要利用电磁仿真软件进行多次的迭代仿真。这种基于仿真的硅通孔低通滤波器设计过程复杂，需要大量的时间和计算资源，因此限制了基于硅通孔的低通滤波器的产出。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于硅通孔的低通滤波器设计方法，以减小仿真时间和计算资源的消耗，简化此类低通滤波器繁琐的设计过程。

为了实现上述目的，本发明的实现方案如下：

(1)根据工程需求和滤波器输入条件确定低通滤波器选型和设计指标，其中，低通滤波器选型包括：巴特沃斯型、切比雪夫型、逆切比雪夫型以及椭圆型；

设计指标包括：滤波器阶数N、截止频率ω_c、通带最大衰减度A_p、特征阻抗z_o以及阻带最大衰减度A_s；

(2)根据设计指标，利用集总元件低通滤波器设计方法，确定低通滤波器各元件值，建立滤波器的集总电路图；

(3)根据集总电路图中的各节电感元件值，确定各节三维集成电感中硅通孔的排列的行、列间距和电感匝数：

(3a)根据集总电路图中的电感元件值，先给出一组包括电感匝数N_T、硅通孔排列的行间距P_TSV和列间距S_TSV的参数值，计算此组参数值对应的三维集成电感的电感值和面积；

(3b)将(3a)中得到的电感值与集总电路中的电感元件值比较，根据比较结果调整电感匝数N_T、行间距P_TSV和列间距S_TSV的值，重新计算电感值和面积；

(3c)重复(3a)-(3b)操作，直到计算的电感值等于集总电路的电感值，且电感面积最小，得到最终的电感匝数N_T、硅通孔排列的行间距P_TSV和列间距S_TSV的值；

(4)根据集总电路图中的各节电容元件值，确定各节同轴硅通孔电容器的内介质层厚度t_r：