[发明专利]一种基于硅通孔耦合电容分配的LC带通滤波器

摘要

本发明公开了一种基于硅通孔耦合电容分配的LC带通滤波器，其在三维方向上形成一个分布式的电容器与电感器交叉排布的电路网络，从输入端到输出端通路上串联的元件分别为LCL结构，其中，在每个电感器的两端分别连接着一个耦合电容器；在该LCL电路中，通带外的低频和高频输入信号将被导通到地，类似于开路，只有通带频率内的信号才能直接传输到输出端，从而实现了信号频率的选择；整个结构仅由4段顶层金属互连线和12个金属柱构成，具有面积紧凑、集成度高、生产成本低等优点；电感器和分配式耦合电容器的电感值和电容值都是由硅通孔之间的间距决定，因此本发明的LC带通滤波器具有设计灵活的优点。

主权项

1.一种基于硅通孔耦合电容分配的LC带通滤波器，包括：顶层和底层，其特征在于，所述底层为半导体衬底层(201)，采用硅材料制成，其上刻蚀有4列贯通上下表面的硅通孔，其中，第1列和第4列硅通孔各有2行，分别排布在左侧和右侧水平居中位置，行间距等于硅通孔的直径；第2列和第3列硅通孔按2列、4行的阵列结构排布在中心位置，在该阵列中，行、列间距均等于硅通孔的直径；所述硅通孔内填充有与硅通孔等高的金属柱(203)，所述金属柱(203)与硅通孔的内壁之间还填充有绝缘层(202)；所述顶层为顶层介质层(101)，采用绝缘材料制成，其上设置有若干条顶层金属互连线(102)和12块金属板，所述12块金属板均为边长等于硅通孔直径的正方形金属板，这些正方形金属板覆盖在6对金属柱(203)的顶端，其中，位于第1列第1行的金属板为顶层第一金属引出端(103)，所述顶层第一金属引出端(103)为LC带通滤波器的输入端，其通过第一顶层金属互连线与位于第2列的第2行和第3行的金属板连接，所述第一顶层金属互连线以S形的方式进行布置；位于第4列第2行的金属板为顶层第二金属引出端(104)，所述顶层第二金属引出端(104)为LC带通滤波器的输出端，其通过第二顶层金属互连线与位于第3列的第2行和第3行的金属板连接，所述第二顶层金属互连线以S形的方式进行布置；位于第1列第2行的金属板为一个顶层金属地引出端(105)，其通过第三顶层金属互连线与位于第2列第4行和第3列第4行的金属板连接，所述第三顶层金属互连线以平直的方式进行布置；位于第4列第1行的金属板为另一个顶层金属地引出端(106)，其通过第四顶层金属互连线与位于第2列第1行和第3列第1行的金属板连接，所述第四顶层金属互连线以平直的方式进行布置；顶层和底层依次叠加组成整体后，底层第1列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线、底层第1列第2行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线在竖直平面内形成第一耦合电容器，所述第一耦合电容器的上极板为底层第1列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线，所述第一耦合电容器的上极板连接顶层第一金属引出端(103)，所述第一耦合电容器的下极板为底层第1列第2行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线，所述第一耦合电容器的下极板连接顶层金属地引出端(105)，金属地引出端(105)也是LC带通滤波器的接地端；底层第4列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线、底层第4列第2行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线在竖直平面内形成第二耦合电容器，所述第二耦合电容器的上极板为底层第4列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线，所述第二耦合电容器的上极板连接顶层金属地引出端(105)；所述第二耦合电容器的下极板为底层第4列第2行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线，所述第二耦合电容器的下极板连接顶层第二金属引出端(104)；第2列和第3列的金属柱(203)共同形成一个分配式的耦合电容阵列，所述耦合电容阵列可分配成3个子电容，所述第一个子电容的上极板为底层第2列第2行金属柱(203)和底层第2列第3行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)，所述第一个子电容的下极板为底层第2列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线和底层第2列第4行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)，并连接到顶层金属地引出端(106)，所述第二个子电容的上极板为底层第3列第2行金属柱(203)和底层第3列第3行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)，所述第二个子电容的下极板为底层第3列第1行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线和底层第3列第4行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)，并连接到顶层金属地引出端(106)，所述第三个子电容的上极板为底层第2列第2行金属柱(203)和底层第2列第3行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)，所述第三个子电容的下极板为底层第3列第2行金属柱(203)和底层第3列第3行金属柱(203)以及与之相连的顶层金属互连线(102)；连接底层第1列第1行、第2列第2行和第2列第3行金属柱(203)的第一顶层金属互连线在顶层平面内形成第一电感器，底层第1列第1行金属柱(203)及与之相连的金属板为所述第一电感器的第一端口，所述第一电感器的第一端口与第一耦合电容器的上极板相连，底层第2列第2行和第2列第3行金属柱(203)及与之相连的金属板为所述第一电感器的第二端口，所述第一电感器的第二端口与第三个子电容器的上极板相连；连接底层第4列第2行、第3列第2行和第3列第3行金属柱(203)的第二顶层金属互连线在顶层平面内形成第二电感器，底层第3列第2行和第3列第3行金属柱(203)及与之相连的金属板为所述第二电感器的第一端口，所述第二电感器的第一端口与第三个子电容器的下极板相连，底层第4列第2行金属柱(203)及与之相连的金属板为所述第二电感器的第二端口，所述第二电感器的第二端口与第二耦合电容器的下极板相连；顶层和底层在三维方向上形成一个分布式的、电容器与电感器交叉排布的电路网络，LC带通滤波器的输入端连接第一耦合电容器的上极板和第一电感器的第一端口，所述第一电感器的第二端口与所述第三个子电容器的上极板相连，所述第二电感器的第一端口与所述第三个子电容器的下极板相连，所述第二电感器的第二端口和所述第二耦合电容器的下极板连接LC带通滤波器的输出端，从输入端到输出端通路上串联的元件分别为LCL结构。