Sélection de composants de filtre et de condensateur LTCC pour les conceptions RF

Créé: Juin 14, 2022
Mise à jour: Juin 25, 2023

L'intégration a commencé à devenir une tendance majeure dans le monde de l'embarqué bien avant les premiers smartphones, mais même les systèmes hautement intégrés ont besoin de composants discrets et de passifs externes pour fonctionner correctement. Si vous devez concevoir des étages de filtration pour une chaîne de signaux RF ou pour supprimer la réception indésirable dans des bandes non désirées, vos choix se portent sur l'utilisation de composants discrets ou une solution intégrée. Concevoir avec des discrets est acceptable à basse fréquence, mais ces circuits finissent par devenir électriquement longs, même si les empreintes de composants les plus petites possibles sont utilisées lors de la conception.

Entrez les composants en céramique co-frittée à basse température (LTCC) et les circuits hybrides. Les circuits de filtre LTCC sont une alternative au blindage pour supprimer la réception dans les bandes indésirables. Ils constituent également une solution simple lorsque la filtration est nécessaire, offrant une filtration équivalente à des filtres passe-bas, passe-bande et passe-haut d'ordre supérieur avec une forte atténuation dans les bandes d'arrêt. Si vous souhaitez utiliser un LTCC pour fournir une forte atténuation hors bande et réduire la taille du système, suivez ces directives.

Sélectionner un filtre LTCC

La raison principale de choisir un filtre LTCC est sa fonction en tant qu'élément de filtre adapté en impédance sans nécessité de passifs externes. Le processus de fabrication de ces composants prend en charge l'intégration de multiples éléments de circuit dans un petit paquet avec une perte d'insertion/retour précisément conçue dans les bandes souhaitées. Ces produits sont fabriqués comme des structures céramiques monolithiques avec un standard robuste, un paquet SMD de faible profil.

Ces composants intègrent plusieurs circuits dans une seule structure multicouche sur un substrat céramique. Le substrat céramique a à son tour une valeur Dk élevée (pouvant atteindre jusqu'à 10). Ces circuits peuvent inclure des éléments de circuit actifs ou passifs. Bien que l'application principale de ces composants soit pour les dispositifs RF, d'autres applications potentielles impliquent la détection, les MEMS et d'autres applications analogiques.

Perte d'insertion et de retour

Lors de la sélection d'un filtre LTCC, les spécifications les plus importantes sont les spectres de perte d'insertion et de retour. Ces spectres sont montrés dans des graphiques et ont la même signification que dans les lignes de transmission et d'autres circuits. Les circuits de filtre LTCC de haute qualité devraient avoir moins de 1 à 2 dB de perte d'insertion dans la bande passante, et la perte de retour devrait être meilleure qu'environ -20 dB.

De toute évidence, les filtres idéaux devraient avoir une perte de retour de moins l'infini et une perte d'insertion de 0 dB, donc une valeur de perte d'insertion de 1 dB peut limiter la longueur d'interconnexion utile. Cependant, cela devrait illustrer l'avantage d'utiliser un filtre LTCC. En routant à travers le LTCC, vous réduisez la longueur totale d'interconnexion en consolidant les discrets dans un seul circuit hybride. Cela pourrait réduire les pertes totales vues par votre signal RF, particulièrement à des fréquences très élevées.

Autres spécifications importantes

Les filtres passe-bande LTCC sont généralement conçus pour s'adapter à un protocole spécifique ou à une bande de fréquences, et la documentation produit indiquera normalement la bande visée. Cela peut vous aider à commencer à comparer les spécifications pour les composants de filtre LTCC. Pour une filtration large bande, un filtre LTCC pourrait accommoder une gamme de bandes tant que la perte d'insertion et la perte de retour ne sont pas trop importantes.

Les autres spécifications importantes à prendre en compte lors de la sélection d'un filtre LTCC incluent :

Plage de fréquences. Certaines fiches techniques de composants se contenteront d'indiquer une fréquence de coupure supérieure et/ou inférieure pour définir la bande passante. Pour les circuits de filtre passe-bande, la plage de fréquences est parfois spécifiée en utilisant une coupure inférieure et une bande passante de 3 dB.
Adaptation d'impédance. Les filtres LTCC étant conçus pour être utilisés dans des circuits RF sur un PCB, ils sont généralement adaptés à une impédance de 50 Ohms à l'entrée et à la sortie.
Atténuation en bande d'arrêt. C'est une autre manière de communiquer le spectre de perte d'insertion. Cela montrera parfois juste les données de perte d'insertion sur une gamme de fréquences plus large.
Correspondance de produit. Certains composants de filtre LTCC sont spécifiquement conçus pour correspondre à des connecteurs spécifiques ou à d'autres composants. Un exemple est le Johanson 0900FM15D0039E, qui est conçu pour fournir une filtration et une adaptation d'impédance à certains émetteurs-récepteurs Semtech.
Taille du boîtier. Les filtres LTCC conçus pour les applications RF peuvent avoir une taille de boîtier SMD 1206 (impérial) ou plus petit. Cela les place dans la même taille d'empreinte que les condensateurs SMD typiques.
Puissance nominale. Si vous avez besoin d'un filtre LTCC pour un amplificateur de puissance RF, prenez note de votre puissance nominale. Ces composants ont une puissance nominale plus élevée que les discrets dans le même boîtier, mais la puissance nominale devrait toujours être supérieure à la puissance désirée de votre signal RF.

2 exemples de filtres LTCC

Comme exemple de ce que vous pouvez trouver sur le marché, jetez un œil au Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Ce filtre passe-bas a été conçu pour les fréquences Wifi à 5,8 GHz avec un faible ondulation en bande passante et une haute atténuation. La perte d'insertion est seulement d'environ 0,6 dB dans la bande passante avec une variation maximale de 0,5 dB, ce qui est bon pour un composant de 1,25 mm de long.

Une autre option est le Johanson 5400HP05A0950T filtre passe-haut. Ce composant cible également les fréquences Wifi 5,8 GHz ; il a une perte d'insertion plus élevée d'environ 1,5 dB, mais il a une atténuation hors bande plus élevée (-30 dB minimum) en dessous d'environ 4,9 GHz. Ce composant est excellent pour le rejet des signaux de fréquence inférieure dans les dispositifs sans fil, tels que les dispositifs domestiques intelligents et les appareils portables.

Intégrer les filtres LTCC dans les conceptions mmWave

Les composants de filtre LTCC ont fait leurs preuves dans le soutien des conceptions RF dans les bandes de fréquences communes (Wifi et Bluetooth), ainsi que pour assurer une réception de haute précision et un rejet hors bande dans les bandes ISM. Pour les nouvelles conceptions en ondes millimétriques, les entreprises développent spécifiquement des condensateurs et des circuits de filtre LTCC pour supporter des fréquences plus élevées. La poussée vers ces fréquences est principalement motivée par le déploiement de la 5G et le besoin de circuits de filtre haute fréquence ultra-compacts.

Les filtres traditionnels en ondes millimétriques sont normalement conçus comme des éléments passifs directement sur un PCB, en utilisant des discrets SMD avec de faibles parasitiques, ou en tirant parti des fréquences de coupure dans les guides d'ondes. Même si de nombreux SoC et CPU pour les appareils mobiles/IoT sont hautement intégrés, les circuits de filtre SMD fonctionnant jusqu'à 40 GHz sont toujours souhaitables. Les circuits de filtre LTCC peuvent fournir une solution bien au-delà de 6 GHz, avec certains composants bientôt disponibles dans de petites tailles de boîtiers (par exemple, 1206 impérial).

En plus des filtres LTCC et d'autres composants, les concepteurs RF ont besoin d'une gamme de composants pour les systèmes mobiles, les systèmes de bord, les stations de base et d'autres dispositifs uniques qui manquent de composants intégrés. Certains besoins en composants incluent :

Il existe de nombreuses options de filtres LTCC sur le marché, et de nouveaux circuits LTCC sont en cours de développement pour la commercialisation. Vous pouvez rester à jour avec tous les derniers développements de composants lorsque vous utilisez l'ensemble complet de fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données actuelles de tarification des distributeurs, à l'inventaire des pièces et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de composants passifs pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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