Abstract
This paper presents a capacitor loaded tunable bandpass chip filter using multiple split ring resonators (MSRRs) with two transmission zeros. To obtain high selectivity and minimize the chip size, asymmetric feed lines are adopted to make a pair of transmission zeros located on each side of passband. Compared with conventional filters using cross-coupling or source-load coupling techniques, the proposed filter uses only two resonators to achieve high selectivity through a pair of transmission zeros. In order to optimize selectivity and sensitivity (insertion loss) of the filter, the effect of the position of asymmetric feed line on transmission zeros and insertion loss is analyzed. The SOI-CMOS switched capacitor composed of metal-insulator-metal (MIM) capacitor and stacked-FETs is loaded at outer rings of MSRRs to tune passband frequency and handle high power signal up to +30 dBm. By turning on or off the gate of the transistors, the passband frequency can be shifted from 4GH to 5GHz. The proposed on-chip filter is implemented in 0.18-${\mu}m$ SOI CMOS technology that makes it possible to integrate high-Q passive devices and stacked-FETs. The designed filter shows miniaturized size of only $4mm{\times}2mm$ (i.e., $0.177{\lambda}g{\times}0.088{\lambda}g$), where ${\lambda}g$ denotes the guided wave length of the $50{\Omega}$ microstrip line at center frequency. The measured insertion loss (S21)is about 5.1dB and 6.9dB at 5.4GHz and 4.5GHz, respectively. The designed filter shows out-of-band rejection greater than 20dB at 500MHz offset from center frequency.
이 논문에서는 multiple split ring resonator(MSRRs)와 로딩된 스위치드 제어부를 이용하여 2개의 전송영점을 가지는 대역통과 여파기를 설계하였다. 높은 선택도와 칩 사이즈의 초소형화를 위해 비대칭의 급전 선로를 도입하여 통과 대역 주위에 위치한 전송 영점 쌍을 생성하였다. Cross coupling 또는 source-load coupling 방식을 이용한 기존의 여파기와 비교해보면 이 논문에서 제안된 여파기는 단지 2개의 공진기만으로 전송 영점을 생성하여 높은 선택도를 얻었다. 여파기의 선택도와 민감도(삽입 손실)를 최적화하기 위해 비대칭 급전 선로의 위치에 따른 전송 영점과 삽입손실의 관계를 분석하였다. 통과 대역 주파수의 가변과 30dBm 정도의 고 출력 신호를 처리하기 위해 MSRRs의 최 외각 링에 MIM 커패시터와 stacked-FET으로 구성된 SOI-CMOS 스위치드 제어부가 로딩되어 있다. 스위칭 트랜지스터의 전원을 켜고 끔으로써 통과 대역 주파수를 4GHz로부터 5GHz까지 이동시킬 수 있다. 제안된 칩 여파기는 0.18-${\mu}m$ SOI CMOS 기술을 이용함으로써 높은 Q를 가지는 수동 소자와 stacked-FET의 집적을 가능하게 만들었다. 설계된 여파기는 $4mm{\times}2mm$ ($0.177{\lambda}g{\times}0.088{\lambda}g$)의 초소형화 된 크기를 가진다. 여기서 ${\lambda}g$는 중심 주파수에서의 $50{\Omega}$ 마이크로스트립 선로의 관내 파장을 나타낸다. 측정된 삽입손실(S21)은 5.4GHz, 4.5GHz에서 각 각 5.1dB, 6.9dB를 나타내었다. 설계된 여파기는 중심 주파수로부터 500MHz의 오프셋에서 20dB이상의 대역외 저지 특성을 나타내었다.
