用于射頻設計的LTCC濾波器和電容器元件選擇

2022-06-16

用于射頻設計的LTCC濾波器和電容器元件選擇

早在第一批智能手機出現之前，集成就開(kāi)始成為嵌入式世界的主要趨勢，但即使是高度集成的系統也需要分立器件和外部無(wú)源器件才能正常工作。如果您需要為RF信號鏈設計過(guò)濾級或抑制不需要的頻帶中的不需要的接收，您可以選擇使用分立器件或使用集成解決方案。在低頻下使用分立器件進(jìn)行設計很好，但這些電路最終會(huì )變得很長(cháng)，即使在設計過(guò)程中使用了盡可能小的組件占位面積。

進(jìn)入低溫共燒陶瓷(LTCC)組件和混合電路。LTCC濾波器電路是屏蔽的替代方案，用于抑制不需要的頻帶中的接收。當需要濾波時(shí)，它們也是一種簡(jiǎn)單的解決方案，提供等效的高階低通、帶通和高通濾波，在阻帶中具有高衰減。如果您想使用LTCC提供高帶外衰減并減小系統尺寸，請遵循這些指南。

選擇LTCC濾波器

選擇LTCC濾波器的主要原因是其無(wú)需外部無(wú)源器件即可用作阻抗匹配濾波器元件。這些組件的制造過(guò)程支持將多個(gè)電路元件集成到一個(gè)小型封裝中，并在所需頻段內具有精確設計的插入/回波損耗。這些產(chǎn)品采用單片陶瓷結構制造，采用標準堅固、薄型SMD封裝。

這些組件將多個(gè)電路集成到陶瓷基板上的單個(gè)多層結構中。陶瓷基板又具有較高的Dk值（可高達10）。這些電路可以包括有源或無(wú)源電路元件。雖然這些組件的主要應用是射頻設備，但其他潛在應用包括傳感、MEMS 和其他模擬應用。

插入和回波損耗

選擇LTCC濾波器時(shí)，最重要的規格是插入損耗和回波損耗頻譜。這些頻譜顯示在圖表中，并且與傳輸線(xiàn)和其他電路具有相同的含義。高質(zhì)量的LTCC濾波器電路在通帶內的插入損耗應小于1-2 dB，回波損耗應優(yōu)于約-20 dB。

顯然，理想濾波器應具有負無(wú)窮大回波損耗和0 dB插入損耗，因此1 dB插入損耗值會(huì )限制有用的互連長(cháng)度。然而，這應該說(shuō)明使用LTCC濾波器的優(yōu)勢。通過(guò)LTCC布線(xiàn)，您可以通過(guò)將分立器件整合到單個(gè)混合電路中來(lái)減少總互連長(cháng)度。這可以減少射頻信號的總損耗，特別是在非常高的頻率下。

其他重要規格

LTCC帶通濾波器通常設計為適應特定的協(xié)議或頻段，產(chǎn)品資料通常會(huì )說(shuō)明預期的頻段。這可以幫助您開(kāi)始比較LTCC濾波器組件的規格。對于寬帶濾波，只要插入損耗和回波損耗不太大，LTCC濾波器就可以適應一系列頻段。

選擇LTCC濾波器所涉及的其他重要規范包括：

頻率范圍。一些組件數據表將僅說(shuō)明上限和/或下限截止頻率來(lái)定義通帶。對于帶通濾波器電路，有時(shí)使用較低的截止頻率和3 dB帶寬來(lái)指定頻率范圍。

阻抗匹配。由于LTCC濾波器設計用于PCB上的RF電路，它們的輸入和輸出阻抗通常匹配為50歐姆。

阻帶衰減。這是傳達插入損耗頻譜的另一種方式。這有時(shí)只會(huì )顯示更廣泛頻率范圍內的插入損耗數據。

產(chǎn)品匹配。一些LTCC濾波器組件經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，可與特定的連接器或其他組件相匹配。

包裝尺寸。為RF應用設計的LTCC濾波器可以具有1206（英制）或更小的SMD封裝尺寸。這使它們的占位面積與典型的SMD電容器相同。

額定功率。如果您需要一個(gè)用于射頻功率放大器的LTCC濾波器，請注意您的額定功率。這些組件的額定功率高于同一封裝中的分立器件，但額定功率仍應高于射頻信號的所需功率。

將LTCC濾波器推入毫米波設計

LTCC濾波器組件在支持常見(jiàn)頻段（Wifi 和藍牙）中的RF設計以及確保ISM頻段中的高精度接收和帶外抑制方面有著(zhù)成功的記錄。對于較新的毫米波設計，公司正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)用于支持更高頻率的LTCC電容器和濾波器電路。推動(dòng)這些頻率的主要動(dòng)力是5G的推出和對超緊湊型高頻濾波器電路的需求。

傳統的毫米波濾波器通常設計為直接在PCB上的無(wú)源元件，通過(guò)使用具有弱寄生效應的 SMD分立器件，或利用波導中的截止頻率。盡管許多用于移動(dòng)/物聯(lián)網(wǎng)設備的 SoC 和 CPU 高度集成，但仍需要工作頻率高達40 GHz的SMD濾波器電路。LTCC濾波器電路可以提供遠遠超過(guò)6 GHz的解決方案，一些組件很快就會(huì )以小封裝尺寸（例如，1206英制）提供。

除了LTCC濾波器和其他組件之外，RF設計人員還需要一系列用于移動(dòng)系統、邊緣系統、基站和其他缺乏集成組件的獨特設備的組件。一些組件要求包括：

射頻功率放大器

天線(xiàn)開(kāi)關(guān)

射頻收發(fā)器

波束成形IC