一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器
阅读说明：本技术 一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器 (On-chip band-pass filter applied to cable-free seismograph ) 是由 张海荣 欧阳敏 孙锋 盖永浩 于生宝 杨文博 景鹏飞 董仕琦 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器。包括：第一金属曲折线、第二金属曲折线、接地屏蔽层、第一MIM电容器与第二MIM电容器、输入馈线和输出馈线；输入端与输入馈线相连,输入馈线连接至第一金属曲折线,输出端与输出馈线相连,输出馈线与第一金属曲折线相连。第二金属曲折线结构弯曲在第一金属曲折线内部,第一金属曲折线和第金属二曲折线成Y轴对称,第一金属曲折线在Y轴方向连接至外围的接地屏蔽。该滤波器的优点在于可以有限的减小片上带通滤波器的面积,同时实现较强的耦合。而位于馈线下方的两个MIM电容合理利用多层结构,进一步的缩减芯片的面积。该片上带通滤波器可以应用于无缆地震仪中的无线射频模块,较好的滤去无用杂乱干扰信号。(The invention discloses an on-chip band-pass filter applied to a cableless seismograph. The method comprises the following steps: the device comprises a first metal zigzag line, a second metal zigzag line, a grounding shielding layer, a first MIM capacitor, a second MIM capacitor, an input feeder line and an output feeder line; the input end is connected with the input feeder line, the input feeder line is connected to the first metal zigzag line, the output end is connected with the output feeder line, and the output feeder line is connected with the first metal zigzag line. The second metal zigzag line structure is bent inside the first metal zigzag line, the first metal zigzag line and the second metal zigzag line form Y-axis symmetry, and the first metal zigzag line is connected to the peripheral ground shield in the Y-axis direction. The filter has the advantages that the area of the on-chip band-pass filter can be reduced in a limited way, and meanwhile, stronger coupling is realized. And the two MIM capacitors positioned below the feeder line reasonably utilize the multilayer structure, and further reduce the area of a chip. The on-chip band-pass filter can be applied to a wireless radio frequency module in a cable-free seismograph, and can better filter out useless clutter interference signals.)
技术领域
本发明涉及地震勘探技术领域，具体而言，涉及一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器。
背景技术
随着人们对石油和天然气需求的持续增长，全球范围内对快速高质量地震数据采集的需求也在增加。因此，地震勘测的覆盖范围、密度和总成本都在增加。传统地震数据传输采用的是电缆系统进行传输，电缆在传输如此大量的数据方面是可靠和有效的，但它们占了近50%的成本和75%的设备重量，需要更多的车辆和人力来用手运输和部署电缆，后勤费用大大增加，且电缆又会对检波器的地理部署加以限制，而新型的无缆地震仪恰恰可以解决这些问题。无线主板射频模块是新型的无缆地震仪的关键模块，在数据的接受和传输方面起着至关重要的影响，一个优秀的滤波器模块可以滤去无用杂乱干扰信号，确保2.412GHz到2.437GHz这个专用频率带可以进入到放大电路中，保证无缆地震仪信号的传输。
现有的滤波器技术中，具有以下缺陷：传统的环形谐振器虽然取得了较好的性能，但滤波器的芯片尺寸相对较大。因此，为了有效减少滤波器的物理尺寸，衍生出了利用陷波的方法设计的滤波器，如，基于宽边耦合曲折线谐振器的设计实现了最小的物理尺寸。然而，这种方法只能在阻带的小带宽上提供有限的衰减量，性能方面大打折扣。因此，在保证片上带通滤波器小型化的同时，提供足够宽的带宽显得极具挑战。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器，包括：1.一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器，其特征在于，通过预设层结构实现，包括：第一金属曲折线、第二金属曲折线、接地屏蔽层、两个MIM电容器、输入馈线和输出馈线；
其中，滤波器输入端与输入馈线相连，输入馈线的另一端与第一金属曲折线相连。滤波器输出端与输出馈线相连，输出馈线的另一端与第一金属曲折线另一端相连，接地屏蔽层位于第一金属曲折线、第二金属曲折线以及输入输出馈线的外围，第一金属曲折线将第二金属曲折线围在内侧，第一金属曲折线和第二金属曲折线关于Y轴对称，通过第一金属曲折线Y轴处的金属线连接至接地屏蔽层，两个MIM电容器分别位于输入馈线与输出馈线下方。
进一步地，所述第一金属曲折线由预设层结构的金属层TM2刻画而成，第二金属曲折线通过金属层TM1刻画而成，第一金属曲折线和第二金属曲折线通过耦合的方式进行能量的传输。
进一步地，第一MIM电容器和第二MIM电容器的电容值相同。
进一步地，金属层TM1形成第一MIM电容器和第二MIM电容器的上层， 金属层M5形成第一MIM电容器和第二MIM电容器的下层。
进一步地，所述第一金属曲折线包括平行的第一金属线、第二金属线、Y轴处的金属线、第三金属线以及第四金属线，相邻两个金属线之间具有距离形成第一间隔、第二间隔、第三间隔以及第四间隔，所述第一金属线、Y轴处的金属线以及第四金属线的同侧端通过第一垂直金属线连接，所述第一金属线的另一端与同侧端的第二金属线连接；所述第四金属线的另一侧与同侧端的第三金属线连接。
进一步地，所述第一金属曲折线通过两侧的金属线分别与输入馈线以及输出馈线连接。
进一步地，所述第二金属曲折线包括位于第一间隔内的第五金属线以及第六金属线，位于第二间隔内的第七金属线，位于第三间隔内的第八金属线，以及第四间隔内的第九金属线和第十金属线，所述第五金属线、第六金属线、第七金属线以及第八金属线的同侧端通过第二垂直金属线连接，所述第一垂直金属线与所述第二垂直金属线位于不同端，在与第一垂直金属线的同侧端，所述第五金属线与第六金属线连接，所述第九金属线和第十金属线连接。
进一步地，第一间隔的宽度为第二间隔的二倍；第四间隔的宽度为第三间隔的二倍。
本发明具有如下的有益效果：
本发明所述的滤波器可以应该于无缆地震仪中，有限的滤去无用杂乱干扰信号，确保2.412GHz到2.437GHz这个专用频率带可以进入到放大电路中，保证无缆地震仪信号的传输。利用多层结构有限的减小片上带通滤波器的面积，两个金属曲折线结构的设计可以有效的缩小芯片的面积同时获得足够高的耦合强度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明的应用于无缆地震仪的片上带通滤波器的结构示意图；
图2示出了本发明的应用于无缆地震仪的片上带通滤波器采用的预设层结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明一种应用于无缆地震仪的片上带通滤波器的结构示意图。包括：第一金属曲折线3、第二金属曲折线4、接地屏蔽层5、第一MIM电容器与第二MIM电容器（在底层，图1中未能体现出来）、输入馈线1和输出馈线2；其中，滤波器输入端与输入馈线相连，输入馈线的另一端与第一金属曲折线3相连。滤波器输出端与输出馈线相连，输出馈线的另一端与第一金属曲折线3另一端相连。接地屏蔽层5位于第一金属曲折线3、第二金属曲折线4以及输入输出馈线的外围，第一金属曲折线3将第二金属曲折线4围在内侧，第一金属曲折线3和第二金属曲折线4关于Y轴处的金属线33对称，通过第一金属曲折线Y轴处的金属线33连接至接地屏蔽层。两个MIM电容分别位于输入馈线与输出馈线下方。
第一金属曲折线3包括平行的第一金属线31、第二金属线32、Y轴处的金属线33、第三金属线34以及第四金属线35，相邻两个金属线之间具有距离形成第一间隔、第二间隔、第三间隔以及第四间隔，所述第一金属线、Y轴处的金属线以及第四金属线的同侧端通过第一垂直金属线36连接，所述第一金属线的另一端与同侧端的第二金属线连接；所述第四金属线的另一侧与同侧端的第三金属线连接。
第一金属曲折线通过两侧的金属线分别与输入馈线以及输出馈线连接。
第二金属曲折线4包括位于第一间隔内的第五金属线41以及第六金属线42，位于第二间隔内的第七金属线43，位于第三间隔内的第八金属线44，以及第四间隔内的第九金属线45和第十金属线46，所述第五金属线、第六金属线、第七金属线以及第八金属线的同侧端通过第二垂直金属线47连接，所述第一垂直金属线与所述第二垂直金属线位于不同端，在与第一垂直金属线的同侧端，所述第五金属线与第六金属线连接，所述第九金属线和第十金属线连接。
第一间隔的宽度为第二间隔的二倍；第四间隔的宽度为第三间隔的二倍。
参见图1结合图2所示，第一金属曲折线由预设层结构的金属层TM2刻画而成，第二金属曲折线传输线通过金属层TM1刻画而成，第一金属曲折线和第二金属曲折线通过耦合的方式进行能量的传输。 接地屏蔽层为多层结构，在金属层TM2形成最上层，金属层TM1形成接地屏蔽层的第二层， 金属层M5为接地屏蔽层的第三层，以此类推，金属层M1形成接地屏蔽层的最后一层。金属层TM1形成MIM电容的上层， 金属层M5形成MIM电容的下层。
图2示出了本发明片上毫米波带通滤波器的预设层结构示意图。如图2所示，所述预设层结构包括：依次排列的金属层TM2、所述金属层TM1、金属层M5、金属层M4、金属层M3、金属层M2、金属层M1和位于所述第一预设层结构的底部的硅基板层；所述金属层TM2和金属层TM1之间、金属层TM1和金属层M5之间、金属层M5和金属层M4之间、金属层M4和金属层M3之间、金属层M3和金属层M2之间、以及金属层M2和金属层M1之间均为二氧化硅层；所述金属-绝缘体-金属层MIM由所述金属层TM1、金属层M5和两者之间的二氧化硅层组成。所述金属层TM2、金属层TM1、金属层M5和金属层M2均为铝金属层。所述金属层TM2的厚度为3μm；所述金属层TM1的厚度为2μm；所述金属层M5、金属层M4、金属层M3、金属层M2均为0.45μm；金属层M1的厚度为0.4μm；硅基板层的厚度为200μm；所述金属层TM2的下表面与所述金属层TM1上表面的距离为3μm；所述金属层TM1的下表面与所述金属层M2的上表面的距离是4μm；以及所述金属层M2下表面与所述硅基板层上表面的距离为2.07μm。本发明的预设层结构以标准0.13-μm（Bi）-CMOS技术进行设计和实施。
在本实施例中，通过将预设层结构的各个金属层的厚度和硅基板层的厚度设置为固定值，可以实现更好地将本发明的带通滤波器进行小型化设计。
该滤波器的优点在于利用两条曲折线形金属条在两下两侧实现有效的滤波，减小片上带通滤波器的面积的同时实现较强的耦合。而位于馈线下方的两个MIM电容合理利用多层结构，进一步的缩减芯片的面积，同时通过调节各组成部分的参数，非常灵活地进行带宽调整。 另外，该片上带通滤波器可以应用于无缆地震仪中的无线射频模块，较好的滤去无用杂乱干扰信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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