深入浅出介绍基于LTCC工艺的LC滤波器

一、高频滤波器是啥？

滤波器说白了就是个“信号筛子”，专门挑出我们想要的信号，把没用的杂波给拦下来。高频呢，就是指那些频率很高的电波或者声波。

高频滤波器就是只让我们需要的高频信号顺利通过，把不需要的信号全挡住，这种滤波器其实也常叫射频滤波器，如下图所示。

LC滤波器就是由电感（L）和电容（C）这俩元件搭起来的“信号筛选器”，只让我们需要的频率信号顺顺利利通过，把那些没用的杂波全给拦下来，如下图所示。

这种贴片LC滤波器用的是低温共烧陶瓷（LTCC）这种材料，再加上印刷铜线圈，做成了多层堆叠的结构。电感和电容都被集成在这多层结构里，所以能做得特别小巧紧凑。

要是想调整滤波器的滤波效果，我们直接改一改线圈或者电容的图案就行，特别方便。

LTCC就是低温共烧陶瓷的英文缩写。我们先说说传统陶瓷材料，它们烧制成型得用1500℃以上的高温，这么高的温度根本没法用铜、银这种低电阻的金属做内部线路。

但LTCC不一样，它只需要900℃左右的温度就能烧结成型，这就给铜、银这些优质导体材料腾出了用武之地。

例如村田的做法，他们在LTCC里用铜做内部电极，好处特别实在：一方面能抑制离子迁移这个麻烦事儿——简单说就是潮湿环境下通电，线路里的金属离子会乱跑，搞不好就会造成短路；另一方面还能让电器件的信号损耗变得很低，也正是因为这两点，高性能的LC滤波器才能量产落地。

我们举一个具体例子（下图所示），左边的电路得用10个电感和电容，才能凑出一个868Mhz的低通滤波器加平衡-不平衡转换器。

而右边的电路更省事，只用一个LC滤波器，就能达到一模一样的效果。

说白了，用LC滤波器有四大好处：电路设计更简单、元件性能的一致性更好、整体体积做得更小巧、用到的元件数量也更少。

我们可以按照LC滤波器允许通过的信号频率，把它分成四种类型。

先说说低通滤波器（LPF），它的作用特别直白，就是只让低频信号顺利通过，只要信号频率低于我们设定的“截止频率”，就能畅通无阻，高于这个频率的信号就会被它拦下来，所以才叫低通滤波器。

接着再说说高通滤波器（HPF），这种滤波器和低通刚好反过来，它只允许高频信号通过。只要信号的频率高于我们设定的截止频率，就能顺利穿过去，而低于这个频率的信号，都会被它拦在外面，所以才叫高通滤波器。

最后说说带通滤波器（BPF），这种滤波器就像给信号设了个“专属通道”，只允许落在某一段特定频率范围内的信号通过，不管是低于这个范围的低频信号，还是高于这个范围的高频信号，都会被它拦下来，所以才叫带通滤波器。

1、插入损耗

这个指的是信号在我们需要的频率段里，穿过滤波器之后的功率损失，单位是dB。如果插入损耗的性能好，就说明信号穿过滤波器时丢的功率少，也就是插入损耗数值低；要是性能差，信号功率就会损失一大截，严重的话信号直接就传不过去了。所以说，插入损耗性能好的滤波器才是好产品。

2、衰减

和插入损耗刚好相反，衰减针对的是我们不需要的频率段。它指的是杂波信号穿过滤波器时，功率被削减的程度，单位也是dB。衰减性能好，就意味着滤波器对杂波的削减力度大，也就是衰减数值高；要是衰减性能差，那些没用的杂波、噪声就会直接溜过去，干扰正常信号。

这里要提一嘴，设计滤波器的时候，要是太盯着降低插入损耗，衰减性能往往会受影响。所以工程师们都得绞尽脑汁，在这两者之间找个平衡。

3、回波损耗

这个说的是信号输入滤波器之后，被反射回去的程度，单位还是dB。回波损耗性能好，就代表需要的信号很少被反射，大部分都能顺利穿过滤波器。

而且回波损耗和插入损耗是相关的，一般来说插入损耗性能好的滤波器，回波损耗的表现也不会差。

4、带宽

带宽就是滤波器能允许通过的信号频率范围，单位是Hz。

LTCC LC滤波器用的是共烧陶瓷技术，简单说就是把最多三种不同的陶瓷材料叠在一起，一次性烧结成型。靠这个技术，就能做出性能特别能打的滤波器。

更巧妙的是，它在电容层用的是高介电常数的陶瓷材料，电感层则用低介电常数的陶瓷材料。这么搭配的好处特别实在：既能让滤波器做得更小巧，又能降低信号的插入损耗，完美适配现在越来越多高功能需求的应用场景。

除此之外，这类滤波器的厚度还特别薄，对产品开发者来说，把它装进各种内置模块里再合适不过了。