一种滤波器及射频前端模块的制作方法

本实用新型涉及滤波器领域，尤其指应用于射频前端模块中的滤波器领域。

背景技术：

射频前端模块是在通讯系统中介于天线与射频收发芯片之间的信号处理模块，射频前端模块中通过功率放大器、低噪声放大器、滤波器、开关电路等射频器件构成射频信号发射通路和射频信号接收通路。以确保有用的射频信号能够完整不失真地从天线拾取接收，或者神品信号完整不失真的通过天线发射出去。其中滤波器在射频前端模块中起到消除干扰杂讯的效果，允许一定频率范围内的信号通过，阻挡或者衰减工作频段以外的射频信号，从而实现对工作频段以外的波段进行有效滤除。例如，随着5g网络时代的到来，应用在移动通信中的n79频率段(4.4g-5.0ghz)的应用越来越多，相应地，应用于射频前端的滤波器的用量也呈现快速增长。

为了提高通信质量、避免相邻信道间的干扰，要求虑波器必须有很好的带外抑制能力；为了提高系统灵敏度，要求通带内要有较低的插入损耗；而为了减小信号的失真，又要求通带内有平坦的幅频特性和群时延特性；而为了满足现在通信设备小型化趋势，要求滤波器要有更小的体积。

目前，现有目前存在各种滤波器，有的滤波器结构简单易于实现，能获得较良好的通频带(或称通带)，但其带外抑制能力最差。为了增强其带外抑制能力，则需在通频带和阻带之间实现陡峭的过渡衰减变化。为了达到足够高的阶数，那么就需要大量的电容和电感，需要的器件越多电路结构就越复杂，相应的滤波器的体积也增大，此时，其插入损耗又相应增加，与我们要求的插入损耗较低的要求相矛盾，因此，实际上设计一款能满足相关使用要求的滤波器是一件并不简单的事情。

同时，希望能获得尽量小的体积，在尽量小的体积下，提高滤波器的带外抑制就显得尤为重要。申请人在实际研发过程中，发现目前还没有具有优良的带外抑制能力，同时体积又相对较小的滤波器，亟待开发新的滤波器以适用于射频前端模块中。

集成电路中各个元器件的尺寸是影响集成电路集成尺寸的重要因素，所以对器件的特征尺寸的要求也随之越来越高。现有一般采用在顶层基板采用贴片方式布置电感、电容等阻抗元件实现滤波器功能，现有的滤波器的集成方式，其尺寸较大，占据了射频前端模块内较大的平面面积。如何在保证滤波器的性能的同时还是提高集成度，成为本领域的技术人员在设计滤波器时所需要考虑的重要问题。

技术实现要素：

为克服现有技术中滤波器占用尺寸较大，占据了射频前端模块内较大的平面面积的问题，本实用新型提供了一种滤波器及射频前端模块。

本实用新型一方面提供了一种滤波器，包括基板以及设于所述基板上的滤波电路；所述滤波电路包括电感和电容；

其中，所述基板包括若干介质层；所述电容包括设置在相邻层的所述基板上的第一金属层及第二金属层；所述电感为在所述基板的介质层上形成螺旋线路获得的螺旋电感。

本实用新型公开的滤波器，将其中的电容和电感以金属板和螺旋电感的形式设置在各基板上，从而减小了滤波器在集成电路中的平面面积，实现了滤波器的小型化，降低了滤波器的插损，提高了滤波器中电感的q值。

进一步地，所述滤波电路包括输入端口、输出端口及接地端口；在所述输入端口及所述输出端口之间设有串联臂；在所述输入端口及所述输出端口之间构成信号传输路径；其中，所述串联臂包括并联连接的第一电容和第一电感。

进一步地，在所述信号传输路径和所述接地端口之间设有第一并联臂及第二并联臂；所述第一并联臂包括串联连接的第二电容和第二电感，所述第二并联臂包括串联连接的第三电感和第三电容。

进一步地，所述基板从上之下依次包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、及第四介质层；所述滤波电路中的电感或电容选择性地布置于各所述介质层上。

进一步地，所述输入端口和所述输出端口设置在所述基板的第一介质层上；所述第一电容中的第一金属层及第二金属层分别设置在所述基板的第一介质层和第二介质层中，所述第一电感的一端与所述第二金属层连接，另一端通过过孔方式与所述第一金属层连接，所述第一电感和所述第一电容的第二金属层设置在所述基板的同一介质层上，或者，所述第一电感和所述第一电容的第二金属层设置在所述基板的不同介质层上。

进一步地，所述第二电容的第一金属板与所述串联臂的输出端连接，所述第二电容的第二金属板与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与接地端口连接；所述第二电容的第二金属板与所述第二电感设置在所述基板的同一介质层上，或者，所述第二电容的第二金属板与所述第二电感设置在所述基板的不同介质层上。

进一步地，所述第三电感的第一端与所述串联臂的输出端连接，第二端与所述第三电容的第一金属板连接，所述第三电容的第二金属板与接地端连接；所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一金属板设置在基板的同一层上，或者，所述第三电感的第二端与所述第三电容的第一金属板设置在基板的不同介质层上。

进一步地，所述第二电容中的第一金属层及第二金属层分别设置在所述基板的第二介质层和第三基板层中；

所述第二电感设置在所述基板的第三基板层中；所述第二电容的第一金属层通过过孔方式与所述基板的第一基板层连接；所述第二电感的一端与所述第二金属层连接，另一端与接地端口连接；

或者，所述第二电感设置在所述基板的第四基板层；所述第二电容的第一金属层通过过孔方式与所述基板的第一基板层连接，所述第二电容的第二金属层通过过孔方式与所述第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端与接地端口连接。

进一步地，所述第三电容中的第一金属层及第二金属层分别设置在所述基板的第二介质层和第三基板层中；所述第三电感设置在所述基板的第二基板层中；所述第三电容的第一金属层与所述基板的第二基板层中的第三电感一端连接，所述第三电感的另一端通过过孔方式与所述基板的第一基板层连接；所述第三电容的第二金属层连接接地端口。

或者，所述第三电容中的第一金属层及第二金属层分别设置在所述基板的第三基板层和第四基板层中；所述第三电感设置在所述基板的第二介质层中；所述第三电容的第一金属层通过过孔方式与第二基板层中的第三电感一端连接，所述第三电感的另一端通过过孔方式与所述基板的第一介质层连接；所述第三电容的第二金属层连接接地端口。

本实用新型第二方面提供了一种射频前端模块，所述射频前端模块中包括上述的滤波器。本实用新型公开的射频前端模块中，在其内采用的滤波器上将其中的电容和电感以金属板和螺旋电感的形式设置在各基板上，从而减小了滤波器在集成电路中的平面面积，实现了滤波器的小型化，降低了滤波器的插损，提高了滤波器中电感的q值。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中提供的一种滤波器框架示意图；

图2是本实用新型具体实施方式中提供的一种滤波器的电路原理示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中提供的进一步优选的滤波器框架示意图；

图4a-图4c是本实用新型具体实施方式中提供的进一步优选的滤波器电路原理示意图；

图5是本实用新型具体实施方式中提供的滤波器的通过特性及衰减特性曲线示意图；

图6是本实用新型具体实施方式中提供的在相邻的基板上形成电容的示意图；

图7是本实用新型具体实施方式中提供的在基板上形成螺旋电感的示意图；

图8是本实用新型具体实施方式中提供的在多层基板上形成lc并联谐振电路的示意图；

图9是本实用新型具体实施方式中提供的在多层基板上形成第一并联臂的lc串联谐振电路的示意图；

图10是本实用新型具体实施方式中提供的在多层基板上形成第一并联臂的lc串联谐振电路的另一种示意图；

图11是本实用新型具体实施方式中提供的在多层基板上形成第二并联臂的lc串联谐振电路的一种示意图；

图12是本实用新型具体实施方式中提供的在多层基板上形成第二并联臂的lc串联谐振电路的另一种示意图；

图13是本实用新型具体实施方式中提供的天线装置的框架示意图；

图14是本实用新型具体实施方式中提供的通信终端的框架示意图。

其中，1、基板；2、射频收发模块；3、天线链路模块；4、基带模块；5、射频前端模块；11、第一介质层；12、第二介质层；13、第三介质层；14、第四介质层；

10、串联臂；20、第一并联臂；30、第二并联臂；40、匹配网络；l、螺旋电感；m1、第一金属层；m2、第二金属层；c1、第一电容；l1、第一电感；c2、第二电容；l2、第二电感；c3、第三电容；l3、第三电感；c4、第四电容；l4、第四电感；c5、第一调节电容；c6、第二调节电容；c7、谐振调节电容；

pin、输入端口；pout、输出端口；pgnd、接地端口。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本例将对本实用新型中公开的滤波器的结构进行具体解释说明，如图6所示，该滤波器包括基板1以及设于所述基板1上的滤波电路；所述滤波电路包括电感和电容；说明的是，这些基板1并非需要额外增加设计，而是直接在滤波器需要搭建的集成电路中实现。例如，该滤波器需要使用于射频前端模块，该射频前端模块为一集成电路，则其基板1直接为射频前端模块中的基板1，本例中的滤波器是直接成型在射频前端模块的基板1上的。

如图6所示，其中，所述基板1包括若干介质层；所述电容包括设置在相邻层的所述基板1上的第一金属层m1及第二金属层m2；如图7所示，所述电感为在基板1上的任意介质层上上形成螺旋线路获得的螺旋电感l。众所周知，在集成电路中，基板包括多个介质层，介质层上可用来形成各种电路图案。在基板1上形成所述第一金属层m1、第二金属层m2或者螺旋电感l的方式可以采用在介质层的电路图案上采用蚀刻等方式获得。第一金属板和第二金属板之间相当形成一个电容器，从而用来代替现有技术中的贴片电容，电容的电容值与第一金属板m1和第二金属板m2的重叠面积、第一金属板m1和第二金属板m2之间的距离有关。本例中的螺旋电感l用来代替现有技术中的贴片电感，螺旋电感l的值与螺旋电感l的长度，以及螺旋电感l与与电容之间连接的长度有关。螺旋电感l的长度越长、螺旋电感l与电容之间连接的长度越长，螺旋电感l的值越大。

本例中的滤波电路为实施例1中所介绍的具体滤波器电路，所述滤波电路包括输入端口pin、输出端口pout及接地端口pgnd；在所述输入端口pin及所述输出端口pout之间设有串联臂10；在所述输入端口pin及所述输出端口pout之间构成信号传输路径；

在所述信号传输路径和所述接地端口pgnd之间设有第一并联臂20及第二并联臂30；

其中，所述串联臂10中包括一lc并联谐振电路；所述第一并联臂20、所述第二并联臂30中包括lc串联谐振电路。

下边将介绍具体如何在多层基板1上布置该滤波电路。作为优选的方式，所述基板1从上之下依次包括第一介质层11、第二介质层12、第三介质层13、及第四介质层14；所述滤波电路中的电感或电容选择性地布置于各所述介质层上；当然，并不局限于仅包含4层，其可以仅有两个介质层，也可以包含5个以上的介质层。此处所说的介质层之间过孔连接并非一定必须连接，而是根据需要连接。

如图8所示，本例中，所述串联臂10中的lc并联谐振电路包括并联的第一电容c1及第一电感l1；

所述输入端口pin和所述输出端口pout设置在所述基板1的第一介质层11上；换句话表示，所述第一介质层11上设置有输入端口pin及输出端口pout；所述第一电容c1中的第一金属层m1及第二金属层m2分别设置在第一介质层11和第二介质层12中；所述第一电感l1设置在所述第二介质层12；所述第一电感l1的一端与所述第二金属层m2连接，另一端通过过孔方式与所述第一金属层m1连接。当然，也可考虑将第一电容c1中的第一金属层m1和第二金属层m2以及第一电感l1设置在其它层。

其中，所述第二电容c2的第一金属板m1与所述串联臂10的输出端连接，所述第二电容c2的第二金属板m2与所述第二电感l2的第一端连接，所述第二电感l2的第二端与接地端口pgnd连接；所述第二电容c2的第二金属板m2与所述第二电感l2设置在所述基板1的同一介质层上，或者，所述第二电容c2的第二金属板m2与所述第二电感l2设置在所述基板1的不同介质层上。下边将进一步结合附图进行说明。

其中，所述第三电感c3的第一端与所述串联臂10的输出端连接，第二端与所述第三电容c3的第一金属板m1连接，所述第三电容c3的第二金属板m2与接地端口pgnd连接；所述第三电感l3的第二端与所述第三电容c3的第一金属板m1设置在基板1的同一层上，或者，所述第三电感l3的第二端与所述第三电容c3的第一金属板m1设置在基板1的不同介质层上。

如图9所示，所述第一并联臂20中的lc串联谐振电路包括串联的第二电容c2及第二电感l2；

所述第二电容c2中的第一金属层m1及第二金属层m2分别设置在所述第二介质层12和第三介质层13中；

所述第二电感l2设置在所述第三介质层13中；所述第二电容c2的第一金属层m1通过过孔方式与第一介质层11连接，具体的连接到第一基板上的信号传输路径中，也即与上述的图8中的第一金属板及输出端口pout连接；所述第二电感l2的一端与所述第二金属层m2连接，另一端与接地端口pgnd连接；

或者，如图10所示，所述第二电感l2设置在所述第四介质层14；所述第二电容c2的第一金属层m1通过过孔方式与第一介质层11连接，所述第二电容c2的第二金属层m2通过过孔方式与所述第二电感l2的一端连接，所述第二电感l2的另一端与接地端口pgnd连接。

需要说明的是，在各基板1上均可以设置接地端口pgnd，或者在其中的某一基板1(例如第一介质层11)上设置接地端口pgnd，其余基板1上的器件需要连接至接地端口pgnd时，可通过过孔方式实现连接接地端口pgnd的目的。

如图11所示，所述第二并联臂30中的lc串联谐振电路包括串联的第三电感l3及第三电容c3；

所述第三电容c3中的第一金属层m1及第二金属层m2分别设置在所述第二介质层12和第三介质层13中；所述第三电感l3设置在所述第二介质层12中；所述第三电容c3的第一金属层m1与第二介质层12中的第三电感l3一端连接，所述第三电感l3的另一端通过过孔方式与所述第一介质层11连接；所述第三电容c3的第二金属层m2连接接地端口pgnd。

或者，如图12所示，也可以为如下布置方式：所述第三电容c3中的第一金属层m1及第二金属层m2分别设置在所述第三介质层13和第四介质层14中；所述第三电感l3设置在所述第二介质层12中；所述第三电容c3的第一金属层m1通过过孔方式与第二介质层12中的第三电感l3一端连接，所述第三电感l3的另一端通过过孔方式与所述第一介质层11连接；所述第三电容c3的第二金属层m2连接接地端口pgnd。

本申请通过将滤波器中的电容和电感以金属板和螺旋电感l的形式设置在各基板1上，从而减小了滤波器在集成电路中的平面面积，实现了滤波器的小型化，降低了滤波器的插损，提高了滤波器中电感的q值。

实施例2

本例将对本申请提供的滤波器的具体电路原理进行解释说明，如图1所示，包括输入端口pin、输出端口pout及接地端口pgnd；在所述输入端口pin及所述输出端口pout之间设有串联臂10；在所述输入端口pin及所述输出端口pout之间构成信号传输路径；换句话说，该信号传输路径包括串联臂10及连接线路。

在所述信号传输路径和所述接地端口pgnd之间设置有至少一并联臂，本例中，该并联臂的个数优选为包括第一并联臂20及第二并联臂30；所述第一并联臂及所述第二并联臂并联连接在所述信号传输路径和接地端口之间。如此，其构建的滤波器电路可以构建3个衰减极及满足设计需求的通频带的滤波器。以实现进一步陡峭的衰减变化，具有更优良的带外抑制能力。

其中，所述串联臂10中包括一lc并联谐振电路；所述第一并联臂20、所述第二并联臂30中包括lc串联谐振电路。其中，所述第一并联臂20及所述第二并联臂30并联连接在所述信号传输路径和接地端口pgnd之间。

需要说明的是，本例中所说的串联臂10指的是其串联在输入端口pin和输出端口pout之间，上述第一并联臂20和第二并联臂30指的是两个支路的两端一端均连接至信号传输路径上，另一端均连接至接地端口pgnd。具体的，本例中，第一并联臂20和第二并联臂30的一端均接在串联臂10与输出端口pout的连接线路上，另一端均连接接地端口pgnd。为以防误解，此处说明：串联臂10并非指其采用串联谐振电路，第一并联臂20和第二并联臂30并非指其内部采用并联谐振电路。

如图2所示，本例中，所述串联臂10中的lc并联谐振电路包括并联的第一电容c1及第一电感l1；所述第一电容c1的第一端和所述第一电感l1第一端之间的连接节点与所述输入端口pin连接，所述第一电容c1的第二端和所述第一电感l1第二端之间的连接节点与所述输出端口pout连接。

为区别起见，所述第一并联臂20及第二并联臂30中的lc串联谐振电路分别命名为第一lc串联谐振电路及第二lc串联谐振电路；

所述第一并联臂20中的第一lc串联谐振电路包括串联的第二电容c2及第二电感l2，所述第二电容c2一端连接至传输路径上，另一端与所述第二电感l2的一端连接；所述第二电感l2的另一端接至所述接地端口pgnd；

所述第二并联臂30中的第二lc串联谐振电路包括串联的第三电感l3及第三电容c3，所述第三电感l3一端连接至传输路径上，另一端与所述第三电容c3的一端连接；所述第三电容c3的另一端接至所述接地端口pgnd。

作为优选的方式，如图3所示，所述串联臂10及输出端口pout之间的传输路径上还设有匹配网络40；所述匹配网络40位于所述第一并联臂20及所述第二并联臂30之间。匹配网络40为公众所知，通常在射频电路中，射频信号源的阻抗并不与负载的阻抗共轭匹配，为了最大限度地提高功率传输效率，必须满足阻抗匹配条件。因此，一般需要在输入和输出之间设置匹配网络40。匹配网络40常见的包括l型网络、t型网络和c型网络等。例如，本例中，如图4a所示，本例中的匹配网络40采用l型网络。l型网络一般由电容器和电感器组成，常见有八种模式。本例中，取其中选配使用。所述l型网络包括第四电容c4及第四电感l4；所述第四电容c4串接在所述串联臂10及输出端口pout之间的传输路径上，所述第四电感l4一端连接至所述第四电容c4和输出端口pout之间的传输路径上，另一端连接至所述接地端口pgnd。该种匹配网络40用于阻低频通高频，以构成高通滤波结构，从而实现调节带内回波损耗。

如图4b所示，作为改进的方式，在所述输入端口pin和所述信号传输路径的输入端之间设有到地的第一调节电容c5，在所述输出端口pout和所述信号传输路径的输出端之间设有到地的第二调节电容c6。所述第一调节电容c5和第二调节电容c6的用于进行阻抗调节和阻抗优化，从而提升滤波器电路的性能。

如图4c所示，更进一步的改进，所述信号传输路径的输入端节点和输出端节点之间通过谐振调节电容c7连接。该谐振调节电容c7的作用在于和所述信号传输路径上的第一电感l1、第二电感l2、第三l3形成谐振，最终会在其形成的带通滤波器的两端各自形成一个衰减点，可应用于对谐振抑制有更高要求的系统。

以下将对本例的工作原理进行具体解释说明。众所周知，在并联谐振电路或者串联谐振电路中，其单体的串联谐振电路及单体的并联谐振电路均具有其独立的通过特性，也即各自具有通频带及衰减极点(简称衰减极)；上述串联臂10、第一并联臂20及第二并联臂30的通过特性为公众所知，在具体的滤波器中，并联臂的通频带与串联臂10的通频带相重叠的频带成为整体滤波器的通频带。并联臂的衰减极与串联臂10的衰减极成为整体滤波器的多个衰减极。

在串联臂10中，并联谐振电路用于形成衰减极，而串联谐振用于形成通频带；并联臂中，串联谐振电路用于形成衰减极，并联谐振电路用于形成通频带。本例中，通过串联臂10中采用并联谐振电路，而在第一并联臂20和第二并联臂30中采用串联谐振电路。如此，可以在上述串联臂10、第一并联臂20及第二并联臂30构成的滤波器中，将其各自的通过特性叠加，获得形成具有3个衰减极的通过特性。通过该种方式，在串联臂10中，并联谐振频率位于更低频侧，在低频侧的并联谐振频率下使信号的通过量极小化，在并联谐振频率处形成衰减极。该并联臂中，串联谐振频率位于更高频侧，高频侧的串联谐振频率下使信号的通过量极小化，在串联谐振频率处形成衰减极。在衰减极处实现更陡峭的衰减变化。

采用本例方案获得的滤波器电路，其特性曲线如图5所示，其横轴表示频率，纵轴表示插入损耗；在曲线s1中表示插入损耗曲线。曲线s2表示回波损耗曲线。其中可以发现，在曲线s1上形成有a、b、c三个衰减极点。图中标记有m2、m3、m4、m7、m8等选点。其中，本申请中的串联臂10中的lc并联谐振电路主要用于抑制a点的谐波，第一并联臂20中的lc串联谐振电路主要用于抑制b点的谐波，第二并联臂30中的lc串联谐振电路主要用于抑制c点的谐波。其中，m2点的频率为2.7ghz，插入损耗为-23.759，m3点的频率为4.4ghz，插入损耗为-0.599，其上的增益为-26.197；m4点的频率为5.0ghz，插入损耗为-0.539，其上的增益为-21.988；m7点的频率为8.8ghz，插入损耗为-12.345；m8点的频率为9.9ghz，插入损耗为-15.515。可以看出，根据本例方案设计获得的滤波器，在4.4ghz-5.0ghz之间的频段内有非常平坦的幅频特性，增益明显，且插入损耗极低。

本例中，作为优选的方式，所述第一电容c1可以设置为频率可调节的可变电容。通过改可变电容的频率，可以控制对滤波器中并联谐振频率进行调整，以实现对其通频带和衰减极进行调整。同样的，也可以将第二电容c2、第三电容c3设置为可变电容。使其第一并联臂20和第二并联臂30中的串联谐振频率也可调，以实现对其通频带和衰减极进行调整。

本申请中公开的滤波器，其包括串联臂10及两个并联臂，串联臂10中采用lc并联谐振电路，并联臂中采用lc串联谐振电路，如此，可以构建出具有3个衰减极及满足设计需求的通频带的滤波器。该滤波器在衰减极处实现更陡峭的衰减变化，具有优良的带外抑制能力，在通频带中具有良好的增益和极低的插入损耗，且体积更小。

实施例3

本例公开了一种射频前端模块，其中所述射频前端模块包括了实施例1、实施例2中介绍的滤波器。本例中，射频前端模块中均设有多个信号传输路径，每个信号传输路径中，通过对信号传输路径中特定频率段的选择，使其可以对特定频率段，例如n77或者n79的射频信号进行处理。其内一般包括功率放大器、低噪声放大器、滤波器、开关电路等射频器件，信号传输路径包括射频信号发射通路和射频信号接收通路。本例的创新主要是射频前端模块中滤波器的改进，因滤波器的构思已经在实施例1、实施例2中进行具体解释说明，不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。