《射頻微波芯片設(shè)計(jì)》專欄適用于具備一定微波基礎(chǔ)知識(shí)的高校學(xué)生、在職射頻工程師、高校研究所研究人員，通過本系列文章掌握射頻到毫米波的芯片設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及最新的射頻/毫米波前端芯片工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

本文共分為四個(gè)部分：前言——討論為啥要做濾波器、基本概念——認(rèn)識(shí)什么是濾波器、濾波器設(shè)計(jì)理論——淺析底層數(shù)學(xué)邏輯以及芯片濾波器的設(shè)計(jì)——實(shí)際工程怎么做濾波器芯片。（全文閱讀大概需5分鐘，如果您能靜下心閱讀10分鐘以上且能自如地設(shè)計(jì)濾波器了，還幫我點(diǎn)了個(gè)贊分享了下，這將是我一個(gè)字一個(gè)字地碼這篇文章的無上榮幸）

前言

對于濾波器這個(gè)名詞，相信做射頻微波的同學(xué)們都不陌生，這大概是學(xué)習(xí)微波網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典案例分析器件了吧。本篇文章，也將以一個(gè)帶通濾波器芯片的工程實(shí)例出發(fā)，帶大家進(jìn)入RFIC/MMIC的大門，用芯片設(shè)計(jì)的視角去思考RFIC/MMIC設(shè)計(jì)。

可能同學(xué)們會(huì)問，既然濾波器理論和設(shè)計(jì)流程都這么完善了，我們只要懂一些指標(biāo)常識(shí)，然后買成熟產(chǎn)品就行了唄，干嘛還要花大量精力去學(xué)習(xí)呢？對于此，筆者認(rèn)為盡管濾波器設(shè)計(jì)理論成熟且研究發(fā)展了多年，但根據(jù)近年來的供需關(guān)系，我們工程師們還是應(yīng)該注意到：

1.濾波器市場巨大

智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國濾波器行業(yè)市場運(yùn)行格局及投資前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示2020年全球智能手機(jī)出貨量為12.92億部，同比下降5.8%；2021年第一季度全球智能手機(jī)出貨量為3.46億部。

2015-2021年第一季度全球智能手機(jī)出貨量

資料來源：IDC、智研咨詢整理

濾波器是射頻前端芯片中價(jià)值量最高的細(xì)分領(lǐng)域，且增長最快。從射頻前端價(jià)值分布占比來看，濾波器占比達(dá)53%。

射頻前端價(jià)值分布

資料來源：Yole、智研咨詢整理

2015-2020年全球?yàn)V波器市場規(guī)模

資料來源：Yole、智研咨詢整理

2.摩爾定律的發(fā)展，間接地推動(dòng)著小型化、低成本、高性能的濾波器的發(fā)展

隨著新材料，新工藝的不斷發(fā)展，根據(jù)IEEE和IET等期刊論文的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前濾波器的研究存在兩極分化的研究態(tài)勢，一則是利用各種炫酷的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出各種傳輸零點(diǎn)極點(diǎn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一款復(fù)雜的濾波器，一則是面向新材料、新工藝的濾波器研究。而對于簡單實(shí)用，低成本，高性能的濾波器研究，大多是在專利中可見。

筆者認(rèn)為，自己后續(xù)對濾波器的研究大致可以分為三個(gè)方向去努力：

一是高性能的全可調(diào)（可重構(gòu)）濾波器的研究，以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、多場景復(fù)用的功能；

二是高選擇性的極窄帶濾波器的研究，濾波器的本質(zhì)工作就是選擇有用信號濾除干擾信號，而對與無線系統(tǒng)而言一款高抑制度，低插損的濾波器是十分有用的，常規(guī)射頻微波平面材料來設(shè)計(jì)此類濾波器就要面臨高Q值的難題。目前SAW（由IDT和壓電材料組成，IDT和壓電材料把電信號轉(zhuǎn)成機(jī)械波(聲波)，再把機(jī)械波(聲波)轉(zhuǎn)成電信號）濾波器，BAW濾波器（主要用在2.5GHz以上），小型化3維堆疊式腔體濾波器都是比較好的研究點(diǎn)；

三是新材料，新工藝實(shí)現(xiàn)的可以集成在微系統(tǒng)中的小型化濾波器的研究，比如LTCC濾波器，介質(zhì)濾波器，片上集成濾波器（IPD，CMOS，GaAs，SiGe BiCMOS，GaN等），基于液晶聚合物的小型化射頻濾波器等等。

3.特定系統(tǒng)對濾波器的需求

或許在一線研發(fā)的工程師會(huì)深有體會(huì)，就是當(dāng)系統(tǒng)突然出現(xiàn)一個(gè)不需要的鏡像干擾，或者其他外來的不知名的雜波時(shí)，工程師們要么原地打轉(zhuǎn)，要么發(fā)如雪，疑是銀河落九天。這個(gè)時(shí)候突然發(fā)覺，其實(shí)濾波器還是挺香的，雖然不一定能包治百病，但基本上可以濾除掉很多不想要的信號。不過此時(shí)系統(tǒng)一般不會(huì)給額外加的濾波器太多的空間，很多奇奇怪怪的尺寸就出來咯，這個(gè)時(shí)候就需要咱們工程師粉墨登場，根據(jù)各種異形尺寸要求，各種指標(biāo)要求，一頓騷操作出來不同的傳輸極點(diǎn)和零點(diǎn)，得到一個(gè)完美的濾波曲線，然后便可以“事了拂衣去，深藏身與名”。

綜上所述，筆者認(rèn)為在現(xiàn)代無線電子系統(tǒng)中（特別是20GHz以下的頻段），一款低成本，高性能，小型化的濾波器將永遠(yuǎn)不過時(shí)。本文也將基于2 μm GaAs HBT工藝來講解片上濾波器芯片的設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)原理，以及工程實(shí)現(xiàn)的方法。

基本概念

濾波器定義：

顧名思義，濾波器就是一種濾除某種波形的器件，在射頻微波中的濾波器主要是用于選擇有用信號，濾除無用信號的器件。

濾波器分類：

濾波器的分類有很多標(biāo)準(zhǔn)，主要還是基于用戶所關(guān)注的點(diǎn)來分類，筆者簡單總結(jié)了以下分類，僅供參考：

1. 按照傳輸函數(shù)：切比雪夫型；橢圓函數(shù)型；巴特沃斯型；準(zhǔn)橢圓函數(shù)型等。
2. 按照濾波功能：低通濾波器；帶通濾波器；帶阻濾波器；高通濾波器。
3. 按照實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)：發(fā)夾型；階躍阻抗型；開口環(huán)型；二維碼型；糖葫蘆型等。
4. 按照制造材料：介質(zhì)濾波器；腔體濾波器，聲表濾波器，體表濾波器等。

　　（題外話：據(jù)筆者觀察，目前IEEE上關(guān)于第三個(gè)分類的濾波器，收錄在SCI的四區(qū)居多，對于第一類修正相關(guān)理論后綜合的濾波器文章大多都能發(fā)表在SCI的１／２區(qū)。而產(chǎn)業(yè)界大多集中在第四類濾波器的研究上，主要是期望通過最簡單的結(jié)構(gòu)，來獲得滿足系統(tǒng)要求的，低成本的高可靠濾波器）

濾波器的主要指標(biāo)：

1. 工作頻率（f）: 主要是指用戶需要處理的信號的工作頻率，比如帶通濾波器的通帶，帶阻濾波器的阻帶便是工作頻率。
2. 工作帶寬（BW）：不特別聲明的情況下，一般是指3dB工作帶寬，即所需要選擇的信號幅度在工作頻段內(nèi)與極值點(diǎn)（高低通濾波器則為截至頻率點(diǎn)）相比，幅度下降3dB時(shí)的工作頻段寬度。
3. 插入損耗（IL）:一般是指在信號通過的頻段內(nèi)，信號的幅度損耗值（即二端口濾波器的輸出波與輸入波的比值取對數(shù)）。
4. 電壓駐波比（VSWR）:一般是用來衡量濾波器輸入與輸出端口出的回波多少的指標(biāo)，一般1.5以下也足夠了，其意義表示僅有4%左右的能量被反射到輸入口，96%的都已經(jīng)發(fā)射出去了，且與S11/S22有個(gè)同樣的作用，且可以同過散射參數(shù)變換得到（例如：端口1的VSWR=(1+S11)/(1-S11)，換成數(shù)值計(jì)算時(shí)需要注意的是VSWR和S11的單位是不一致的，前者為功率表示，后者電壓表示，因此后者換算成數(shù)值時(shí)需要把20除到等式另一側(cè)，即相對VSWR的換算多了一個(gè)開根號的處理）。
5. 帶外抑制度: 帶外抑制是指對通帶以外的信號的抑制程度，有時(shí)候也會(huì)和矩形系數(shù)來表示。此類指標(biāo)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)是比較關(guān)注的，后續(xù)設(shè)計(jì)我們也會(huì)重點(diǎn)介紹相關(guān)的傳輸零點(diǎn)引入技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對帶外信號的抑制。

濾波器設(shè)計(jì)理論

微波基礎(chǔ)以及濾波器的理論學(xué)習(xí)，推薦大家參看：

——Pozar的《微波工程》；

——土井淳的《電磁場基本原理66課》；

——Jia-Sheng Hong的《Microstripp Filter For RF/Microwave Aplplication》;

——Protap Pramanick的《Modern RF and Microwave Filter Design》；

以帶通濾波器設(shè)計(jì)理論為例，目前主要有兩條比較實(shí)用的底層數(shù)學(xué)邏輯去設(shè)計(jì)所需濾波曲線：

1. 由集中參數(shù)低通原型出發(fā)，經(jīng)過頻率變換獲得集中參數(shù)電路模型，然后用不同的結(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計(jì)。這類方法對于仿真工具匱乏的年代的工程師們是十分受用的。對于集總型濾波器可以直接按照變換得到的電感電容值去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的實(shí)際濾波器；而對于微帶濾波器大多還需要根據(jù)kurda變換，將電感電容值變換成實(shí)際的電長度和特征阻抗值，最終得到符合要求的分布式濾波器的實(shí)際尺寸。
2. 由耦合矩陣出發(fā)，根據(jù)所需的耦合系數(shù)去設(shè)計(jì)帶通濾波器。隨著電磁仿真軟件的發(fā)展，工程師們可以在仿真軟件中輕松提取各類特征阻抗，電長度，諧振器諧振頻率，諧振器間耦合系數(shù)。因此當(dāng)設(shè)計(jì)師拿到下發(fā)的設(shè)計(jì)任務(wù)后，只需要更加指標(biāo)綜合出濾波器的耦合矩陣，得到耦合系數(shù)（合理的數(shù)值）便可以容易地設(shè)計(jì)出滿足要求的。本文搬運(yùn)一個(gè)耦合型濾波器的經(jīng)典理論來拋磚引玉，歡迎大家討論：

耦合型濾波器的低通原型電路

　　針對上圖中的耦合型濾波網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)不存在傳輸損耗，此時(shí)上面的散射參數(shù)矩陣可以得到如下公式：

其中，n是諧振器個(gè)數(shù)。E、P和F是以為復(fù)變量的多項(xiàng)式，ω₀是歸一化頻率。

此時(shí)濾波器的傳輸系數(shù)：

其中P_N(S)是以ｓ為變量的m階多項(xiàng)式（m使傳輸系數(shù)為零的頻率點(diǎn)被稱作濾波器的傳輸零點(diǎn)。ε是在ω=±1歸一化的常數(shù)：

其中RL表示濾波器的回波損耗（Retrun Loss）。上文提到的按照響應(yīng)函數(shù)對濾波器分類下表給出了常見的傳輸函數(shù)S21的分類：

表1 常見濾波器傳輸函數(shù)及濾波器分類

同理，由上面的散射矩陣可得反射系數(shù)為：

其中F_N是n階首項(xiàng)為1的多項(xiàng)式，E_N是歸一化Hurwitz多項(xiàng)式。并滿足下面的譜方程：

使濾波器反射系數(shù)為零的復(fù)頻率點(diǎn)被稱作反射零點(diǎn)或傳輸極點(diǎn)。

看完這些理論大家先不要慌，不要覺得復(fù)雜。既然數(shù)學(xué)本身不是為了讓事情更加復(fù)雜，而是為了讓事情變得更加簡明，同時(shí)我們很多時(shí)候設(shè)計(jì)濾波器就是在調(diào)試濾波器的極點(diǎn)和零點(diǎn)所在位置，那么對于傳輸零點(diǎn)與極點(diǎn)的設(shè)計(jì)我們用什么數(shù)學(xué)方法更加簡單呢？

有！筆者認(rèn)為答案是：耦合矩陣！！！（后期我們的芯片濾波器也是先通過軟件綜合出耦合矩陣，再變換到集中元件，最后做EM仿真得到最終版圖）

由于篇幅原因以及前期有RFASK相關(guān)專欄作者分享過耦合矩陣的Matlab實(shí)現(xiàn)代碼（基本上大家可以從代碼中看到其數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程），因此對于由低通原型到傳輸函數(shù)，再到導(dǎo)納矩陣，再到耦合矩陣，再由相似變換簡化耦合矩陣這個(gè)相對復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程本文就不再討論了，本文主要拋出常見的實(shí)現(xiàn)帶通濾波器耦合矩陣的“CT（Cascaded Triplet）”與“CQ（Cascaded Quadruplet）”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來簡單討論其底層的數(shù)學(xué)邏輯。

CT，CQ拓?fù)淅眯盘杺鬏數(shù)南辔魂P(guān)系，可以獨(dú)立地產(chǎn)生一個(gè)或兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，而與其它諧振器無關(guān)，這樣有利于設(shè)計(jì)師們獨(dú)立地設(shè)計(jì)調(diào)試各個(gè)部件。下圖展示兩款帶通濾波器的CT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單元電路，其中1，2，3分別表示諧振器1，諧振器2與諧振器3，諧振器之間的度數(shù)表示不同的耦合方式：

現(xiàn)在大家跟著我一起來做一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)題，看看可不可以把這兩個(gè)CT結(jié)構(gòu)單元電路的傳輸零點(diǎn)的位置找出來：

1. 先讓大家玩?zhèn)€小游戲，找找看上圖這兩個(gè)CT結(jié)構(gòu)有什么不同？？？

答案揭曉：諧振器1與諧振器3的耦合方式不同，也就是CT拓?fù)?的源負(fù)之間（1，3諧振器之間）的耦合采用的電耦合，CT拓?fù)?采用的磁耦合。

2. 對于CT拓?fù)?的結(jié)構(gòu)，假定信號從諧振器1出發(fā)，經(jīng)過兩條路徑（a與b）到達(dá)諧振器3，同時(shí)假設(shè)此時(shí)的信號在相對于中心頻率的低頻端（咋們自信點(diǎn)，極限一點(diǎn)，就讓此時(shí)信號經(jīng)過諧振器的相位與中心頻率相位差為+90°），那么，請問此時(shí)信號能不能傳輸?shù)街C振3？？？

	諧振器１	諧振器２	諧振器３
1→ａ→3	+90°	+90°	+90°	a,b兩路信號路徑相位差為180°
1→b→3	+90°	——	+270°

如上表所示，由于低頻端的信號經(jīng)過a,b兩路后相位差為180°，即此時(shí)低頻端的信號（相對中心頻率相位差為+90°）不能傳輸過去，因此在低頻端（與中心頻率相位差+90°處）產(chǎn)生了一個(gè)傳輸零點(diǎn)，如下圖所示：

3. 同樣的道理，CT拓?fù)?的高頻端信號（與中心頻率相差-90°），由1→A→3與1→B→3兩條路徑也不能由諧振器1傳輸?shù)街C振器3，因此CT拓?fù)?的耦合矩陣得到的濾波器能夠在高頻端獲得一個(gè)傳輸零點(diǎn)，如下圖所示：

對于引入了兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的CQ結(jié)構(gòu)，也可以按照此類方法分析。由于CQ結(jié)構(gòu)的組合較多，本文先給出如下圖所示的一個(gè)CQ拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳輸相位關(guān)系的數(shù)學(xué)推導(dǎo)（其余的CQ拓?fù)涞臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，大家可以自行下來算算哦）：

針對上圖所示簡化版的CQ模型中有如下結(jié)論：想要利用CQ拓?fù)湓谥行念l段上下兩個(gè)邊帶分別獲得一個(gè)零點(diǎn)，滿足“諧振器同步調(diào)諧，耦合邊兩同兩異”即可。這里讀者朋友可能就要問了，老師你發(fā)明的啥子詞語哦，啥叫“諧振器同步調(diào)諧，耦合邊兩同兩異”呢？？OKay，“諧振器同步調(diào)諧”主要就是保證當(dāng)信號進(jìn)入輸入端時(shí)，瞬間傳輸?shù)捷敵龆耍俣耍ㄟ@是理論模型，只是假定哦，求不杠）信號在所有諧振器中幾乎沒有什么損耗且相位一樣，而“耦合邊兩同兩異”主要就是保證兩路信號在高/低頻時(shí)相位保持180°的相位差，筆者這里用下圖來解釋下：

如上圖，本文的CQ模型中所謂的“耦合邊兩同兩異”即耦合邊M_m-1,m+2與M_m,m+１的耦合方式不同，而耦合邊M_m-1,m與耦合邊M_m＋1,m+2的耦合方式相同。

好啦，其實(shí)濾波器的理論心法還有很多方向去寫，由于篇幅原因，今天就歇了，如果后面大家感興趣的話，咋們再來聊聊。下面即將進(jìn)入芯片濾波器設(shè)計(jì)的主題。

芯片濾波器的設(shè)計(jì)

對于芯片濾波器的設(shè)計(jì)，是不是主要利用低通原型，查找真值表，然后頻率變換得到想要的集中參數(shù)，最后來實(shí)現(xiàn)想要的頻率響應(yīng)呢？其實(shí)對也不對，因?yàn)樾酒瑸V波器會(huì)有比較多的應(yīng)用場景，不同的場景所采用的方法還是有一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別，本文主要目的是讓大家了解芯片濾波器的設(shè)計(jì)流程，采用一個(gè)實(shí)際例子給大家展示具體的芯片濾波器過程（本次設(shè)計(jì)采用ADS2022仿真工具）。

本設(shè)計(jì)實(shí)例主要按照如下內(nèi)容展開： ①設(shè)計(jì)約束，講解芯片設(shè)計(jì)前期考慮；②濾波器原型綜合，利用耦合矩陣得到相應(yīng)的原型響應(yīng)曲線；③濾波器原理圖仿真，根據(jù)耦合矩陣推導(dǎo)出對應(yīng)的電感、電容值，并適當(dāng)調(diào)試得到前仿結(jié)果；④濾波器電磁(EM)仿真，考慮布局布線對濾波器的影響，仿真得到最終值；⑤版圖繪制與DRC。

——設(shè)計(jì)約束：

(1)工藝約束，由于本次準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的射頻濾波器擬采用無源結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此工藝節(jié)點(diǎn)對設(shè)計(jì)本身的約束較小，但之所以沒有采用常用的IPD工藝，是因?yàn)楸阌谂c某射頻前端系統(tǒng)中的其他模塊集成，因此擬采用某2 μm GaAs HBT工藝；

(2)指標(biāo)約束，本次設(shè)計(jì)主要是舉例為主，設(shè)計(jì)了一款Sub-6GHz的濾波器，具體的指標(biāo)不做過多展開，后續(xù)在帶通濾波器的基礎(chǔ)上我會(huì)加一個(gè)傳輸零點(diǎn)的控制的M外推型電路，便是基于提高帶外抑制度的考慮。讀者需要注意的是，在實(shí)際工程中的指標(biāo)約束可以是系統(tǒng)其他模塊電路根據(jù)相應(yīng)需求提出的，也可以是系統(tǒng)應(yīng)用背景要求的，濾波器設(shè)計(jì)師很多時(shí)候往往是人在江湖，身不由己，只有玩命擼指標(biāo)咯，如果實(shí)在懟不出來再去和PM argue吧。

(3)尺寸約束，在片上實(shí)現(xiàn)濾波器結(jié)構(gòu)，自然是盡可能地小（芯片每平米的價(jià)格可比北上廣的房價(jià)貴哦），本設(shè)計(jì)實(shí)例沒有采用上文提到的CQ結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)一對傳輸零點(diǎn)的引入，而是采用只有兩個(gè)諧振器的源負(fù)耦合，來實(shí)現(xiàn)有一對傳輸零點(diǎn)的帶通濾波器，正是基于能少用諧振器就是少用的原則來做的。

——濾波器原型綜合：

如上設(shè)計(jì)約束中提到的，本次采用如下圖所示耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在輸入端（S）與輸出端（L）之間插入兩個(gè)諧振器（1，2），諧振器之間構(gòu)建兩路不同的耦合，一路(1→a→2)，一路（1→b→2），根據(jù)上文中提到的基本分析方法可知，當(dāng)信號偏離中心頻率的相位差+90°與-90°時(shí)，S到L的信號相位之和都差180°，因此可以實(shí)現(xiàn)一對傳輸零點(diǎn)。

此時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用耦合矩陣綜合軟件（可以是之前RFASK的博主分享的也可以自己在Matlab里面編寫）建立上圖拓?fù)洌缓蟮玫今詈暇仃囈约霸晚憫?yīng)曲線如下：

    

——濾波器原理圖設(shè)置以及仿真：

根據(jù)綜合得到的耦合矩陣，然后計(jì)算得到諧振器以及耦合之路的電感電容值，具體的推導(dǎo)不在贅述，下面給出本文中的理論方法：

                       

               

此時(shí)

其中Y₀為1/50Ω^-1，Ci為自定義的歸一化電容值。然后在ADS2022中搭建原理圖仿真得到如下結(jié)果：

 

上圖基本實(shí)現(xiàn)了一對傳輸零點(diǎn)的引入，下面再在ADS Momentum中搭建電磁仿真模型。

——濾波器電磁（EM）仿真：

（1） 感值、容值及其Q值的提取。在進(jìn)行電磁仿真時(shí)，可以在控制面板中調(diào)出廠家提供的電感，電容進(jìn)行整版仿真，不過一般實(shí)際工程中會(huì)先對電感，電容值進(jìn)行提取，以獲得準(zhǔn)確的電感/容值和其Q值。如下圖所示，我們對常見的電感進(jìn)行電磁仿真，提取其感值和Q值，對比方形螺旋電感（Square spiral inductor，SSI）、八邊形螺旋電感（Octagonal spiral inductor，QSI）、圓形螺旋電感（Circular spiral inductor，SSI）分析發(fā)現(xiàn)，圓形螺旋的電感Q值相對較高，后續(xù)在廠家版圖規(guī)則允許的前提下我們選用Q值較高的電感。

 

對于電容的選擇，讀者可以根據(jù)廠家的Guide文件查看其分類，一般在射頻微波頻段用廠家提供的面積小，Q值相對較高的MIM電容較多，如果頻率到了毫米波可能會(huì)自行設(shè)計(jì)電容（如平板電容，交趾電容等），本文就不對電容做特殊分析了。

（2）整版仿真。根據(jù)提取到的電感電容模型值，在ADS Momentum中搭建如下圖所示版圖，然后再在EM ->Simulation settings里面設(shè)置好仿真條件。需要注意的是求解器的選擇，每個(gè)導(dǎo)波波長內(nèi)的網(wǎng)格劃分cells數(shù)以及邊沿網(wǎng)格的選擇很多時(shí)候會(huì)影響到設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度。設(shè)置好后仿真得到如下結(jié)果：

  

（3）對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，改進(jìn)濾波器的性能。

  發(fā)現(xiàn)問題：針對上述整版電磁仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)在18GHz處產(chǎn)生了一個(gè)寄生通帶，且7GHz~18GHz的帶外抑制度較差；

  原因分析：分析其原因主要是諧振器的寄生參數(shù)引入的寄生諧振以及在引入交叉耦合（上文中提到的1→b→2路徑）時(shí)外加的傳輸線引入了寄生諧振頻率。

  解決方案：其實(shí)在傳統(tǒng)的PCB濾波器也會(huì)有寄生通帶，微帶濾波器的處理方法較多，比如諧振器之間采用不同形狀（每個(gè)諧振器的寄生通帶不一樣，級聯(lián)后可以整體消除寄生通帶）、諧振器采用如SIR（階躍阻抗諧振器）等具有通帶抑制的結(jié)構(gòu)，但是在芯片內(nèi)部相對集總參數(shù)的諧振器處理相對較難，因此本文采用了一種零點(diǎn)引入技術(shù)，在10 GHz引入傳輸零點(diǎn)，加大對寄生通帶的抑制。具體而言，采用引入傳輸零點(diǎn)的Pi型電路，如下圖所示

其中，f_TZ = 10 GHz, f₀ = 3 GHz, Z_F = 50 Ω and Z_P = 82 Ω（Zp是對上文版圖的輸出端口阻抗提取得到的值）那么可以推導(dǎo)出對芯片進(jìn)行重新繪制電磁仿真模型，得到如下仿真結(jié)果

 

——版圖繪制與DRC：

與硅基射頻電路的版圖相比，III-V族化合物電路設(shè)計(jì)完后的版圖一般不需要做金屬密度填充，對晶體管外的襯底的處理相對較少。因此本文的版圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有：對外Pad應(yīng)該滿足封裝要求，如果是內(nèi)部集成到系統(tǒng)應(yīng)該滿足其他模塊的設(shè)計(jì)要求；金屬走線，器件放置等應(yīng)該滿足廠家的DRC（ design rule check）；最終版圖導(dǎo)出后，如果要與系統(tǒng)其他模塊集成，盡量將其打散（先選中版圖，然后按照下圖操作），以免將模塊給沖掉。

——END——

后記：濾波器的理論要求相對較高，本文涉及不及萬分之一，僅僅展示了一種相對容易的數(shù)學(xué)方法結(jié)合仿真軟件來實(shí)現(xiàn)芯片濾波器的設(shè)計(jì)，前前后后碼字到眼花，倉促之間難免有紕漏，希望各位兄弟姐妹能積極討論修正哦

另外兄弟姐妹們，您的點(diǎn)贊分享或打賞將是我繼續(xù)寫下去的無限動(dòng)力哦~

《射頻微波芯片設(shè)計(jì)》系列文章將持續(xù)更新，安排如下圖所示：

?