一种双层PCB结构的滤波器及其制作方法与流程

一种双层pcb结构的滤波器及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种双层pcb结构的滤波器及其制作方法。


背景技术：

2.当前市场上有多种多样的滤波器，在频率低端lc滤波器得到广泛使用。其中电感常采用漆包线绕制的方式，使得滤波器一致性很差，每一只滤波器都要单独进行调试，而采用微带平面电感则由于其q值太低导致滤波器指标恶化严重。综上采用常规的方法来制作滤波器在一致性和性能方面就难以兼顾，现有的一些常规滤波器主要有以下几个特点：1.现在市场上面的一些滤波器采用绕线电感来制作滤波器，无法做到一致性高免于反复调试的特性。
3.2.采用微带平面电感的滤波器由于其q值太低，难以满足较高的指标要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种双层pcb结构的滤波器及其制作方法，以解决现有的滤波器需要重复调试，以及q值较低难以应用的技术问题。
5.本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种双层pcb结构的滤波器，包括pcb板和电容，所述pcb板包括顶层地和底层地，所述顶层地和底层地上均设置有金属化通孔，所述金属化通孔将顶层地和底层地通过电路走线连接起来形成绕线结构电感，所述绕线结构电感与电容相连接，构成滤波器。
6.进一步的，所述顶层地上设置有电容焊盘，电容焊接于所述电容焊盘上。
7.进一步的，所述pcb板通过顶层地与壳体上盖接触，通过底层地与壳体下盖接触。
8.进一步的，所述pcb板上设置有安装孔，pcb板通过安装孔设置于壳体上盖和壳体下盖之间。
9.进一步的，所述pcb板上还设置有输入端口焊盘和输出端口焊盘，所述输入端口焊盘分别与绕线结构电感和电容的输入端相连接，所述输出端口焊盘分别与绕线结构电感和电容的输出端相连接。
10.进一步的，所述绕线结构电感包括第一电感、第二电感和第三电感，所述第一电感、第二电感和第三电感依次顺序连接。
11.进一步的，所述第一电感、第二电感和第三电感分别并联有电容，构成滤波器，并且在第一电感、第二电感和第三电感之间还设置有改善近端抑制的接地电容。
12.进一步的，还包括壳体结构，所述pcb板设置于壳体结构当中，其中，pcb板上的绕线结构电感与壳体结构之间存在空气腔。
13.进一步的，所述pcb板的板材为r05880。
14.一种双层pcb结构的滤波器的制作方法，包括如下步骤：s1：建立绕线结构电感仿真模型，得到绕线结构电感的双端口参数，再用y参数提取法得到绕线结构电感的电感量及q值；
s2：通过制图软件绘制pcb板；s3：导入三维仿真软件中，建立三维仿真模型；s4：根据仿真结果，制作滤波器。
15.本发明的有益效果在于：本发明将电感集成在pcb中，使得其具备一致性高免于重复调试的特性；本发明可实现较高的q值，解决平面微带电感q值太低难以应用的问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1为pcb板结构示意图；图2为本发明滤波器装配图；图3为滤波器俯视图；图4为本发明原理图；图5为q值仿真图；图6为电感量仿真图；图7为曲线图；图中，1-pcb板，2-第一电感，3-第二电感，4-第三电感，5-输入端口焊盘，6-输出端口焊盘，7-电容焊盘，8-金属化通孔，9-安装孔，10-壳体上盖，11-壳体下盖。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
20.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.实施例1：参阅图1至图3，一种双层pcb结构的滤波器，包括pcb板1和电容，所述pcb板1包括顶层地和底层地，所述顶层地和底层地上均设置有金属化通孔8，所述金属化通孔8将顶层地和底层地通过电路走线连接起来形成绕线结构电感，所述绕线结构电感与电容相连接，构成滤波器，所述pcb板1通过顶层地与壳体上盖10接触，通过底层地与壳体下盖11接触，绕线结构电感与壳体上盖10和壳体下盖11之间存在空气腔。
22.采用pcb板1来实现电感的设计，这种结构的特点是q值高、设计与实物一致性高。为实现悬置pcb绕线电感，是在pcb的上下层（顶层地和底层地）布线，走线交错排开，通过金属化通孔8将上下两层走线连接起来，形成一个绕线电感结构，另在安装pcb的壳体上将电
感正上方及下方挖空形成悬置绕线电感，pcb上铺地处与壳体上盖10接触实现接地。采用此种结构的电感q值相对于微带平面电感有显著提升。由于电感在pcb板1的顶层地与底层地走线，介质层只有一层，可采用损耗正切小的ro5880板材，同时选择厚板材与在pcb板1表面镀银等方式，增加电感q值。采用这种方式设计的电感可以获得接近空芯绕线电感的q值如图5所示。该电感介质层厚度为1.575mm，电感量为37nh，在840mhz处q值达到了213，远远优于现有的设计，且此结构仅需一层介质，两层金属层，降低了加工难度。
23.在本实施例当中，所述顶层地上设置有电路走线和电容焊盘7，用以焊接电容于连接电路。电感被印制在pcb板1上，仅需焊接集总电容。在设计阶段可建立pcb三维模型进行整体仿真，再通过优化电容使电容为标称电容值，完成滤波器的设计。对比采用空芯绕线电感设计的滤波器这种方式在设计阶段就将寄生效应包含在内，大大提高了设计准确度，且印制电感加工一致性高，使得成品可免于调试。
24.在本实施例当中，所述pcb板1上还设置有输入端口焊盘5和输出端口焊盘6，所述输入端口焊盘5分别与绕线结构电感和电容的输入端相连接，所述输出端口焊盘6分别与绕线结构电感和电容的输出端相连接。所述绕线结构电感包括第一电感2、第二电感3和第三电感4，所述第一电感2、第二电感3和第三电感4依次顺序连接。所述第一电感2、第二电感3和第三电感4分别并联有电容，构成滤波器，并且在第一电感2、第二电感3和第三电感4之间还设置有改善近端抑制的接地电容。
25.进一步的，本发明的原理图可参阅图4，所述滤波器的主要元器件包括电感和电容，它包括有到地电容c1 、c3、c5、c7；并联电容c2、c4、c6；并联电感l1、l2、l3。其中，电感l1、l2、l3采用悬置pcb结构制做在pcb板1上，l1、c2；l2、c4；l3、c6在高端形成3个传输零点，改善滤波器的近端抑制。
26.在本实施例当中，所述pcb板1上设置有安装孔9，pcb板1通过安装孔9设置于壳体上盖10和壳体下盖11之间。其中pcb板为一个双层结构，板材为介电常数2.2，厚度1.575mm的ro5880。
27.滤波器的制作方法为：建立电感的仿真模型，电感量与电感的匝数、走线长度l、间距s及介质层的厚度均有关系。先仿真得到电感的双端口参数，再用y参数提取法得到电感的电感量及q值。通过调整电感模型参数，使得电感值为所需电感值。此滤波器设计电感量在300mhz处为32nh，q值达到了166，在844mhz处为37nh，q值达到了221。（q值仿真结果可参阅图5，电感量仿真结果可参阅图6）在得到电感的具体尺寸后，在cad中绘制pcb板1，布置走线与电容焊盘7。
28.再将其导入三维仿真软件中建立三维仿真模型。
29.由于滤波器最终需在顶层焊集总电容，在仿真中可以在焊接集总电容的焊盘之间加入集总元件端口，设置电容参数，电容q值为200，模拟焊接集总电容后的响应。
30.再根据仿真结果将电容值优化电容值为标称值并使其满足指标要求。最终曲线图如图7所示，dc～300mhz插损为0.6db，490mhz抑制为59db，达到了指标要求。此种方式考虑了pcb及壳体的寄生参数，且印制板加工精度高，设计与实物非常一致。
31.本发明至少具有以下技术效果：通过本发明设计的滤波器，为一个双层pcb结构，板材为介电常数2.2的ro5880。顶
层地与底层地设计电感及走线，电感上下两层走线通过通孔连接在一起形成绕线结构，pcb上下两层接地处通过通孔实现共地。双层pcb制作工艺成熟，成本低精度高。通过掏空电感上方及下方的壳体部分，壳体通过在pcb铺地处与pcb压合接地，使其形成一个悬置结构。对比空芯绕线电感，仅多了一层介质，使得其q值对比传统印制电感得到明显提升，采用此方式设计的滤波器将具有更高的性能。由于印制板加工的一致性高，采用此结构制作的滤波器对比绕线电感制作的滤波器具有设计准确度高，免调试的优点。在设计阶段即可将pcb导入三维仿真软件可以准确计算其寄生效应，优化电容为标称电容达到免调试的目的。采用这种悬置电感设计一个低通滤波器，指标为：dc～300mhz插损小于0.8db，490～1000mhz抑制大于55db。
32.需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术所必须的。
33.上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。