用(yòng)于射频设计的LTCC滤波器和電(diàn)容器元件选择

2022-06-16

用(yòng)于射频设计的LTCC滤波器和電(diàn)容器元件选择

早在第一批智能(néng)手机出现之前，集成就开始成為(wèi)嵌入式世界的主要趋势，但即使是高度集成的系统也需要分(fēn)立器件和外部无源器件才能(néng)正常工作。如果您需要為(wèi)RF信号链设计过滤级或抑制不需要的频带中的不需要的接收，您可(kě)以选择使用(yòng)分(fēn)立器件或使用(yòng)集成解决方案。在低频下使用(yòng)分(fēn)立器件进行设计很(hěn)好，但这些電(diàn)路最终会变得很(hěn)長(cháng)，即使在设计过程中使用(yòng)了尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)的组件占位面积。

进入低温共烧陶瓷(LTCC)组件和混合電(diàn)路。LTCC滤波器電(diàn)路是屏蔽的替代方案，用(yòng)于抑制不需要的频带中的接收。当需要滤波时，它们也是一种简单的解决方案，提供等效的高阶低通、带通和高通滤波，在阻带中具有(yǒu)高衰减。如果您想使用(yòng)LTCC提供高带外衰减并减小(xiǎo)系统尺寸，请遵循这些指南。

选择LTCC滤波器

选择LTCC滤波器的主要原因是其无需外部无源器件即可(kě)用(yòng)作阻抗匹配滤波器元件。这些组件的制造过程支持将多(duō)个電(diàn)路元件集成到一个小(xiǎo)型封装中，并在所需频段内具有(yǒu)精确设计的插入/回波损耗。这些产品采用(yòng)单片陶瓷结构制造，采用(yòng)标准坚固、薄型SMD封装。

这些组件将多(duō)个電(diàn)路集成到陶瓷基板上的单个多(duō)层结构中。陶瓷基板又(yòu)具有(yǒu)较高的Dk值（可(kě)高达10）。这些電(diàn)路可(kě)以包括有(yǒu)源或无源電(diàn)路元件。虽然这些组件的主要应用(yòng)是射频设备，但其他(tā)潜在应用(yòng)包括传感、MEMS 和其他(tā)模拟应用(yòng)。

插入和回波损耗

选择LTCC滤波器时，最重要的规格是插入损耗和回波损耗频谱。这些频谱显示在图表中，并且与传输線(xiàn)和其他(tā)電(diàn)路具有(yǒu)相同的含义。高质量的LTCC滤波器電(diàn)路在通带内的插入损耗应小(xiǎo)于1-2 dB，回波损耗应优于约-20 dB。

显然，理(lǐ)想滤波器应具有(yǒu)负无穷大回波损耗和0 dB插入损耗，因此1 dB插入损耗值会限制有(yǒu)用(yòng)的互连長(cháng)度。然而，这应该说明使用(yòng)LTCC滤波器的优势。通过LTCC布線(xiàn)，您可(kě)以通过将分(fēn)立器件整合到单个混合電(diàn)路中来减少总互连長(cháng)度。这可(kě)以减少射频信号的总损耗，特别是在非常高的频率下。

其他(tā)重要规格

LTCC带通滤波器通常设计為(wèi)适应特定的协议或频段，产品资料通常会说明预期的频段。这可(kě)以帮助您开始比较LTCC滤波器组件的规格。对于宽带滤波，只要插入损耗和回波损耗不太大，LTCC滤波器就可(kě)以适应一系列频段。

选择LTCC滤波器所涉及的其他(tā)重要规范包括：

频率范围。一些组件数据表将仅说明上限和/或下限截止频率来定义通带。对于带通滤波器電(diàn)路，有(yǒu)时使用(yòng)较低的截止频率和3 dB带宽来指定频率范围。

阻抗匹配。由于LTCC滤波器设计用(yòng)于PCB上的RF電(diàn)路，它们的输入和输出阻抗通常匹配為(wèi)50欧姆。

阻带衰减。这是传达插入损耗频谱的另一种方式。这有(yǒu)时只会显示更广泛频率范围内的插入损耗数据。

产品匹配。一些LTCC滤波器组件经过专门设计，可(kě)与特定的连接器或其他(tā)组件相匹配。

包装尺寸。為(wèi)RF应用(yòng)设计的LTCC滤波器可(kě)以具有(yǒu)1206（英制）或更小(xiǎo)的SMD封装尺寸。这使它们的占位面积与典型的SMD電(diàn)容器相同。

额定功率。如果您需要一个用(yòng)于射频功率放大器的LTCC滤波器，请注意您的额定功率。这些组件的额定功率高于同一封装中的分(fēn)立器件，但额定功率仍应高于射频信号的所需功率。

将LTCC滤波器推入毫米波设计

LTCC滤波器组件在支持常见频段（Wifi 和蓝牙）中的RF设计以及确保ISM频段中的高精度接收和带外抑制方面有(yǒu)着成功的记录。对于较新(xīn)的毫米波设计，公司正在开发专门用(yòng)于支持更高频率的LTCC電(diàn)容器和滤波器電(diàn)路。推动这些频率的主要动力是5G的推出和对超紧凑型高频滤波器電(diàn)路的需求。

传统的毫米波滤波器通常设计為(wèi)直接在PCB上的无源元件，通过使用(yòng)具有(yǒu)弱寄生效应的 SMD分(fēn)立器件，或利用(yòng)波导中的截止频率。尽管许多(duō)用(yòng)于移动/物(wù)联网设备的 SoC 和 CPU 高度集成，但仍需要工作频率高达40 GHz的SMD滤波器電(diàn)路。LTCC滤波器電(diàn)路可(kě)以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过6 GHz的解决方案，一些组件很(hěn)快就会以小(xiǎo)封装尺寸（例如，1206英制）提供。

除了LTCC滤波器和其他(tā)组件之外，RF设计人员还需要一系列用(yòng)于移动系统、边缘系统、基站和其他(tā)缺乏集成组件的独特设备的组件。一些组件要求包括：

射频功率放大器

天線(xiàn)开关

射频收发器

波束成形IC