LTCC-Filter und Kondensator-Komponentenauswahl für HF-Designs

Erstellt: Juni 14, 2022
Aktualisiert am: Juni 25, 2023

Die Integration begann lange vor den ersten Smartphones ein wichtiger Trend in der Embedded-Welt zu werden, aber selbst hochintegrierte Systeme benötigen diskrete Bauteile und externe passive Komponenten, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Wenn Sie Filterstufen für eine RF-Signalkette entwerfen müssen oder unerwünschten Empfang in unerwünschten Bändern unterdrücken wollen, stehen Ihnen diskrete Bauteile oder eine integrierte Lösung zur Auswahl. Das Design mit diskreten Bauteilen ist bei niedrigen Frequenzen in Ordnung, aber diese Schaltungen werden schließlich elektrisch lang, selbst wenn die kleinstmöglichen Komponentenabdrücke beim Design verwendet werden.

Willkommen bei den LTCC (Low-Temperature Co-fired Ceramic) Komponenten und Hybrid-Schaltungen. LTCC-Filterkreise sind eine Alternative zur Abschirmung, um den Empfang in unerwünschten Bändern zu unterdrücken. Sie sind auch eine einfache Lösung, wenn eine Filterung benötigt wird, und bieten eine äquivalente höherwertige Tiefpass-, Bandpass- und Hochpassfilterung mit hoher Dämpfung in den Sperrbändern. Wenn Sie ein LTCC verwenden möchten, um eine hohe Dämpfung außerhalb des Bandes und eine reduzierte Systemgröße zu erreichen, folgen Sie diesen Richtlinien.

Auswahl eines LTCC-Filters

Der Hauptgrund für die Auswahl eines LTCC-Filters ist seine Funktion als impedanzangepasstes Filterelement ohne die Notwendigkeit externer passiver Bauteile. Der Herstellungsprozess für diese Komponenten unterstützt die Integration mehrerer Schaltungselemente in ein kleines Paket mit präzise konstruiertem Einfügungs-/Rückflussverlust in den gewünschten Bändern. Diese Produkte werden als monolithische Keramikstrukturen mit einem standardmäßigen robusten, flachen SMD-Gehäuse hergestellt.

Diese Komponenten integrieren mehrere Schaltungen in eine einzige Mehrlagenstruktur auf einem keramischen Substrat. Das keramische Substrat hat wiederum einen hohen Dk-Wert (kann bis zu 10 erreichen). Diese Schaltungen können aktive oder passive Schaltungselemente umfassen. Während die primäre Anwendung für diese Komponenten bei RF-Geräten liegt, beinhalten andere potenzielle Anwendungen Sensoren, MEMS und andere analoge Anwendungen.

Einfügungs- und Rückflussverlust

Bei der Auswahl eines LTCC-Filters sind die wichtigsten Spezifikationen die Spektren des Einfügungsverlusts und des Rückflussverlusts. Diese Spektren werden in Diagrammen dargestellt und haben die gleiche Bedeutung wie bei Übertragungsleitungen und anderen Schaltungen. Hochwertige LTCC-Filterkreise sollten weniger als 1-2 dB Einfügungsverlust im Durchlassbereich und einen Rückflussverlust von besser als etwa -20 dB aufweisen.

Offensichtlich sollten ideale Filter einen negativen unendlichen Rückflussverlust und 0 dB Einfügungsverlust haben, daher kann ein Einfügungsverlust von 1 dB die nützliche Verbindungslänge begrenzen. Dies sollte jedoch den Vorteil der Verwendung eines LTCC-Filters verdeutlichen. Durch die Verlegung durch das LTCC reduzieren Sie die gesamte Verbindungslänge, indem Sie diskrete Bauteile in einen einzigen Hybridkreis konsolidieren. Dies könnte die Gesamtverluste, die Ihr RF-Signal sieht, insbesondere bei sehr hohen Frequenzen, reduzieren.

Weitere wichtige Spezifikationen

LTCC-Bandpassfilter werden in der Regel entworfen, um ein spezifisches Protokoll oder einen bestimmten Frequenzbereich zu unterstützen, und die Produktliteratur gibt normalerweise den vorgesehenen Bereich an. Dies kann Ihnen helfen, einen Vergleich der Spezifikationen für LTCC-Filterkomponenten zu beginnen. Für die Breitbandfiltration könnte ein LTCC-Filter eine Reihe von Bändern unterstützen, solange der Einfügungsverlust und der Rückflussverlust nicht zu groß sind.

Die anderen wichtigen Spezifikationen, die bei der Auswahl eines LTCC-Filters eine Rolle spielen, umfassen:

Frequenzbereich. Einige Komponentendatenblätter geben lediglich eine obere und/oder untere Grenzfrequenz an, um den Durchlassbereich zu definieren. Für Bandpassfilter-Schaltungen wird der Frequenzbereich manchmal mit einer unteren Grenzfrequenz und einer 3-dB-Bandbreite angegeben.
Impedanzanpassung. Da LTCC-Filter für den Einsatz in HF-Schaltungen auf einer PCB konzipiert sind, sind sie in der Regel auf 50 Ohm am Eingang und Ausgang impedanzangepasst.
Sperrdämpfung. Dies ist eine weitere Möglichkeit, das Spektrum des Einfügungsverlusts zu kommunizieren. Manchmal werden hier nur Daten zum Einfügungsverlust über einen breiteren Frequenzbereich angezeigt.
Produktanpassung. Einige LTCC-Filterkomponenten sind speziell darauf ausgelegt, mit bestimmten Steckverbindern oder anderen Komponenten zusammenzupassen. Ein Beispiel ist der Johanson 0900FM15D0039E, der darauf ausgelegt ist, Filtration und Impedanzanpassung für einige Semtech-Transceiver zu bieten.
Paketgröße. Für HF-Anwendungen konzipierte LTCC-Filter können eine 1206 (imperial) oder kleinere SMD-Paketgröße haben. Dies bringt sie auf die gleiche Fußabdruckgröße wie typische SMD-Kondensatoren.
Leistungsbewertung. Wenn Sie einen LTCC-Filter für einen HF-Leistungsverstärker benötigen, beachten Sie Ihre Leistungsbewertung. Diese Komponenten haben eine höhere Leistungsbewertung als Diskrete im gleichen Paket, aber die Leistungsbewertung sollte immer noch über der gewünschten Leistung Ihres HF-Signals liegen.

2 Beispiel LTCC-Filter

Als Beispiel für das, was Sie auf dem Markt finden können, werfen Sie einen Blick auf den Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Dieser Tiefpassfilter wurde für Wifi-Frequenzen bei 5,8 GHz mit geringem Durchlassrippel und hoher Dämpfung konzipiert. Der Einfügungsverlust beträgt nur ~0,6 dB im Durchlassbereich mit maximal 0,5 dB Variation, was für eine 1,25 mm lange Komponente gut ist.

Eine weitere Option ist der Johanson 5400HP05A0950T Hochpassfilter. Diese Komponente zielt ebenfalls auf Wifi 5,8 GHz Frequenzen ab; sie hat einen höheren Einfügungsverlust von ~1,5 dB, aber sie hat eine höhere Außerbanddämpfung (-30 dB Minimum) unterhalb von ~4,9 GHz. Diese Komponente ist großartig für die Ablehnung von Signalen niedrigerer Frequenz in drahtlosen Geräten, wie Smart-Home-Geräten und Wearables.

LTCC-Filter in mmWave-Designs vorantreiben

LTCC-Filterkomponenten haben eine Erfolgsgeschichte bei der Unterstützung von RF-Designs in gängigen Frequenzbändern (Wifi und Bluetooth), sowie bei der Gewährleistung einer hohen Präzision der Empfangsqualität und der Ablehnung außerhalb des Bandes in ISM-Bändern. Für neuere mmWave-Designs entwickeln Unternehmen speziell LTCC-Kondensatoren und Filterkreise, um höhere Frequenzen zu unterstützen. Der Vorstoß zu diesen Frequenzen wird hauptsächlich durch die Einführung von 5G und den Bedarf an ultra-kompakten Hochfrequenzfilterkreisen angetrieben.

Traditionelle mmWave-Filter werden normalerweise als passive Elemente direkt auf einer PCB konzipiert, indem SMD-Discrete mit schwachen Parasiten verwendet oder die Cutoff-Frequenzen in Wellenleitern genutzt werden. Obwohl viele SoCs und CPUs für mobile/IoT-Geräte hochintegriert sind, sind SMD-Filterkreise, die bis zu 40 GHz arbeiten, immer noch wünschenswert. LTCC-Filterkreise können eine Lösung weit über 6 GHz hinaus bieten, wobei einige Komponenten bald in kleinen Gehäusegrößen (z.B. 1206 imperial) verfügbar sein werden.

Zusätzlich zu LTCC-Filtern und anderen Komponenten benötigen RF-Designer eine Reihe von Komponenten für mobile Systeme, Edge-Systeme, Basisstationen und andere einzigartige Geräte, die keine integrierten Komponenten haben. Einige Komponentenanforderungen umfassen:

Es gibt viele LTCC-Filteroptionen auf dem Markt, und neue LTCC-Schaltkreise werden für die Kommerzialisierung entwickelt. Sie können mit allen neuesten Komponentenentwicklungen Schritt halten, wenn Sie den kompletten Satz von fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen in Octopart nutzen. Wenn Sie die Elektroniksuchmaschine von Octopart verwenden, haben Sie Zugang zu aktuellen Distributorenpreisdaten, Teilebeständen und Teilespezifikationen, und das alles ist frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Werfen Sie einen Blick auf unsere Seite mit passiven Komponenten, um die Komponenten zu finden, die Sie benötigen.

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