Selección de Componentes de Filtro y Capacitor LTCC para Diseños RF

Creado: Junio 14, 2022
Actualizado: Junio 25, 2023

La integración comenzó a ser una tendencia importante en el mundo embebido mucho antes de los primeros smartphones, pero incluso los sistemas altamente integrados necesitan componentes discretos y pasivos externos para funcionar correctamente. Si necesitas diseñar etapas de filtración para una cadena de señal RF o para suprimir la recepción no deseada en bandas no deseadas, tus opciones son usar componentes discretos o una solución integrada. Diseñar con componentes discretos está bien a bajas frecuencias, pero estos circuitos eventualmente se vuelven eléctricamente largos, incluso si se usan las huellas de componentes más pequeñas posibles durante el diseño.

Entren los componentes de cerámica cocida a baja temperatura (LTCC) y los circuitos híbridos. Los circuitos de filtro LTCC son una alternativa al blindaje para suprimir la recepción en bandas no deseadas. También son una solución simple cuando se necesita filtración, proporcionando filtración de paso bajo, paso banda y paso alto de orden superior equivalente con alta atenuación en las bandas de parada. Si quieres usar un LTCC para proporcionar alta atenuación fuera de banda y reducir el tamaño del sistema, sigue estas pautas.

Seleccionando un Filtro LTCC

La razón principal para seleccionar un filtro LTCC es su función como un elemento de filtro con impedancia adaptada sin la necesidad de pasivos externos. El proceso de fabricación para estos componentes admite la integración de múltiples elementos de circuito en un paquete pequeño con pérdida de inserción/retorno precisamente diseñada en bandas deseadas. Estos productos se fabrican como estructuras cerámicas monolíticas con un paquete SMD estándar robusto y de bajo perfil.

Estos componentes integran múltiples circuitos en una única estructura multicapa sobre un sustrato cerámico. A su vez, el sustrato cerámico tiene un alto valor de Dk (puede alcanzar hasta 10). Estos circuitos pueden incluir elementos de circuito activos o pasivos. Si bien la aplicación principal de estos componentes es para dispositivos RF, otras aplicaciones potenciales involucran sensores, MEMS y otras aplicaciones analógicas.

Pérdida de Inserción y Pérdida de Retorno

Al seleccionar un filtro LTCC, las especificaciones más importantes son los espectros de pérdida de inserción y pérdida de retorno. Estos espectros se muestran en gráficos y tienen el mismo significado que en líneas de transmisión y otros circuitos. Los circuitos de filtro LTCC de alta calidad deberían tener menos de 1-2 dB de pérdida de inserción dentro de la banda de paso, y la pérdida de retorno debería ser mejor que aproximadamente -20 dB.

Obviamente, los filtros ideales deberían tener una pérdida de retorno de infinito negativo y 0 dB de pérdida de inserción, por lo que un valor de pérdida de inserción de 1 dB puede limitar la longitud útil de interconexión. Sin embargo, esto debería ilustrar la ventaja de usar un filtro LTCC. Al enrutar a través del LTCC, reduces la longitud total de interconexión consolidando componentes discretos en un único circuito híbrido. Esto podría reducir las pérdidas totales vistas por tu señal RF, particularmente en frecuencias muy altas.

Otras Especificaciones Importantes

Los filtros LTCC de paso de banda generalmente están diseñados para acomodar un protocolo específico o una banda de frecuencia, y la literatura del producto normalmente indicará la banda prevista. Esto puede ayudarte a comenzar a comparar especificaciones para componentes de filtro LTCC. Para la filtración de banda ancha, un filtro LTCC podría acomodar una gama de bandas siempre y cuando la pérdida de inserción y la pérdida de retorno no sean demasiado grandes.

Las otras especificaciones importantes involucradas en la selección de un filtro LTCC incluyen:

Rango de frecuencia. Algunas hojas de datos de componentes simplemente indicarán una frecuencia de corte superior y/o inferior para definir el pasabanda. Para los circuitos de filtro de paso de banda, el rango de frecuencia a veces se especifica usando un corte inferior y un ancho de banda de 3 dB.
Emparejamiento de impedancia. Dado que los filtros LTCC están diseñados para usarse en circuitos RF en un PCB, generalmente están emparejados por impedancia a 50 Ohms en la entrada y salida.
Atenuación de la banda de parada. Esta es otra forma de comunicar el espectro de pérdida de inserción. Esto a veces solo muestra datos de pérdida de inserción sobre un rango más amplio de frecuencias.
Compatibilidad del producto. Algunos componentes de filtro LTCC están específicamente diseñados para coincidir con conectores específicos u otros componentes. Un ejemplo es el Johanson 0900FM15D0039E, que está diseñado para proporcionar filtración y emparejamiento de impedancia a algunos transceptores de Semtech.
Tamaño del paquete. Los filtros LTCC diseñados para aplicaciones RF pueden tener un tamaño de paquete SMD de 1206 (imperial) o menor. Esto los coloca en el mismo tamaño de huella que los capacitores SMD típicos.
Calificación de potencia. Si necesitas un filtro LTCC para un amplificador de potencia RF, toma nota de tu calificación de potencia. Estos componentes tienen una calificación de potencia más alta que los discretos en el mismo paquete, pero la calificación de potencia aún debe estar por encima de la potencia deseada de tu señal RF.

2 Ejemplos de Filtros LTCC

Como ejemplo de lo que puedes encontrar en el mercado, echa un vistazo al Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Este filtro de paso bajo fue diseñado para frecuencias Wifi a 5.8 GHz con bajo ripple en el pasabanda y alta atenuación. La pérdida de inserción es solo de ~0.6 dB en el pasabanda con una variación máxima de 0.5 dB, lo cual es bueno para un componente de 1.25 mm de longitud.

Otra opción es el Johanson 5400HP05A0950T filtro de paso alto. Este componente también se dirige a frecuencias Wifi de 5.8 GHz; tiene una pérdida de inserción mayor de ~1.5 dB, pero tiene una mayor atenuación fuera de banda (-30 dB mínimo) por debajo de ~4.9 GHz. Este componente es excelente para la rechazo de señales de frecuencia más baja en dispositivos inalámbricos, como dispositivos para el hogar inteligente y wearables.

Impulsando los Filtros LTCC en Diseños de mmWave

Los componentes de filtro LTCC tienen un historial de éxito en el soporte de diseños RF en bandas de frecuencia comunes (Wifi y Bluetooth), así como para asegurar la recepción de alta precisión y el rechazo fuera de banda en bandas ISM. Para los nuevos diseños de ondas milimétricas, las empresas están desarrollando capacitores LTCC y circuitos de filtro específicamente para soportar frecuencias más altas. El impulso hacia estas frecuencias está siendo impulsado principalmente por el despliegue de 5G y la necesidad de circuitos de filtro de alta frecuencia ultra compactos.

Los filtros tradicionales de ondas milimétricas normalmente se diseñan como elementos pasivos directamente en un PCB, utilizando discretes SMD con parasitarios débiles, o aprovechando las frecuencias de corte en guías de onda. Aunque muchos SoCs y CPUs para dispositivos móviles/IoT están altamente integrados, los circuitos de filtro SMD que operan hasta 40 GHz siguen siendo deseables. Los circuitos de filtro LTCC pueden proporcionar una solución bien más allá de 6 GHz, con algunos componentes pronto disponibles en tamaños de paquete pequeños (por ejemplo, 1206 imperial).

Además de los filtros LTCC y otros componentes, los diseñadores de RF necesitan una gama de componentes para sistemas móviles, sistemas de borde, estaciones base y otros dispositivos únicos que carecen de componentes integrados. Algunos requisitos de componentes incluyen:

Hay muchas opciones de filtros LTCC en el mercado, y se están desarrollando nuevos circuitos LTCC para su comercialización. Puedes mantenerte al día con todos los nuevos desarrollos de componentes cuando usas el conjunto completo de funciones avanzadas de búsqueda y filtración en Octopart. Cuando usas el motor de búsqueda de electrónica de Octopart, tendrás acceso a datos actuales de precios de distribuidores, inventario de partes y especificaciones de partes, y todo es libremente accesible en una interfaz fácil de usar. Echa un vistazo a nuestra página de componentes pasivos para encontrar los componentes que necesitas.

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