Selezione di filtri LTCC e componenti capacitivi per progetti RF

Creato: giugno 14, 2022
Aggiornato: luglio 1, 2024

L'integrazione ha iniziato a diventare una tendenza importante nel mondo embedded molto prima dei primi smartphone, ma anche i sistemi altamente integrati necessitano di componenti discreti e passivi esterni per funzionare correttamente. Se è necessario progettare stadi di filtraggio per una catena di segnali RF o per sopprimere la ricezione indesiderata in bande non desiderate, le opzioni sono utilizzare componenti discreti o una soluzione integrata. Progettare con componenti discreti va bene a basse frequenze, ma questi circuiti alla fine diventano elettricamente lunghi, anche se si utilizzano le impronte di componenti più piccole possibili durante la progettazione.

Entra in gioco la ceramica co-sinterizzata a bassa temperatura (LTCC) e i circuiti ibridi. I circuiti filtro LTCC sono un'alternativa alla schermatura per sopprimere la ricezione in bande indesiderate. Sono anche una soluzione semplice quando è necessario un filtraggio, fornendo un'equivalente filtrazione passa-basso, passa-banda e passa-alto di ordine superiore con alta attenuazione nelle bande di stop. Se si desidera utilizzare un LTCC per fornire un'alta attenuazione fuori banda e ridurre le dimensioni del sistema, seguire queste linee guida.

Selezione di un filtro LTCC

Il motivo principale per selezionare un filtro LTCC è la sua funzione come elemento filtro adattato all'impedenza senza la necessità di passivi esterni. Il processo di fabbricazione di questi componenti supporta l'integrazione di più elementi di circuito in un piccolo pacchetto con perdita di inserzione/ritorno ingegnerizzata con precisione nelle bande desiderate. Questi prodotti sono fabbricati come strutture ceramiche monolitiche con un pacchetto SMD standard robusto e a basso profilo.

Questi componenti integrano più circuiti in una singola struttura multistrato su un substrato ceramico. Il substrato ceramico a sua volta ha un alto valore di Dk (può raggiungere fino a 10). Questi circuiti possono includere elementi di circuito attivi o passivi. Mentre l'applicazione primaria per questi componenti è per dispositivi RF, altre potenziali applicazioni coinvolgono il sensing, MEMS e altre applicazioni analogiche.

Perdita di inserzione e di ritorno

Quando si seleziona un filtro LTCC, le specifiche più importanti sono gli spettri di perdita di inserzione e di ritorno. Questi spettri sono mostrati in grafici e hanno lo stesso significato come nelle linee di trasmissione e altri circuiti. I circuiti filtro LTCC di alta qualità dovrebbero avere una perdita di inserzione inferiore a 1-2 dB nella banda passante, e la perdita di ritorno dovrebbe essere migliore di circa -20 dB.

Ovviamente, i filtri ideali dovrebbero avere una perdita di ritorno di infinito negativo e 0 dB di perdita di inserzione, quindi un valore di perdita di inserzione di 1 dB può limitare la lunghezza utile di interconnessione. Tuttavia, ciò dovrebbe illustrare il vantaggio dell'uso di un filtro LTCC. Instradando attraverso il LTCC, si riduce la lunghezza totale di interconnessione consolidando i componenti discreti in un unico circuito ibrido. Ciò potrebbe ridurre le perdite totali viste dal segnale RF, in particolare a frequenze molto alte.

Altre specifiche importanti

I filtri passabanda LTCC sono generalmente progettati per adattarsi a un protocollo specifico o a una banda di frequenza, e la letteratura di prodotto normalmente indica la banda prevista. Questo può aiutarti a iniziare a confrontare le specifiche per i componenti del filtro LTCC. Per la filtrazione a banda larga, un filtro LTCC potrebbe accomodare una gamma di bande purché la perdita di inserzione e la perdita di ritorno non siano troppo elevate.

Le altre specifiche importanti coinvolte nella selezione di un filtro LTCC includono:

Gamma di frequenza. Alcuni fogli dati dei componenti indicheranno solo una frequenza di taglio superiore e/o inferiore per definire la banda passante. Per i circuiti di filtro passabanda, la gamma di frequenza è talvolta specificata utilizzando un taglio inferiore e una larghezza di banda di 3 dB.
Adattamento dell'impedenza. Con i filtri LTCC progettati per l'uso in circuiti RF su un PCB, sono generalmente adattati in impedenza a 50 Ohm all'ingresso e all'uscita.
Attenuazione della banda di stop. Questo è un altro modo per comunicare lo spettro della perdita di inserzione. Questo mostrerà talvolta solo i dati della perdita di inserzione su una gamma più ampia di frequenze.
Corrispondenza del prodotto. Alcuni componenti del filtro LTCC sono specificamente progettati per abbinarsi a specifici connettori o altri componenti. Un esempio è il Johanson 0900FM15D0039E, che è progettato per fornire filtrazione e adattamento dell'impedenza a alcuni trasmettitori Semtech.
Dimensione del pacchetto. I filtri LTCC progettati per applicazioni RF possono avere un pacchetto SMD 1206 (imperiale) o di dimensioni inferiori. Questo li colloca nella stessa dimensione di ingombro dei tipici condensatori SMD.
Valutazione della potenza. Se hai bisogno di un filtro LTCC per un amplificatore di potenza RF, prendi nota della tua valutazione di potenza. Questi componenti hanno una valutazione di potenza superiore rispetto ai discreti nello stesso pacchetto, ma la valutazione di potenza dovrebbe comunque essere superiore alla potenza desiderata del tuo segnale RF.

2 Esempi di filtri LTCC

Come esempio di ciò che puoi trovare sul mercato, dai un'occhiata al Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Questo filtro passa-basso è stato progettato per le frequenze Wifi a 5,8 GHz con basso ripple nella banda passante e alta attenuazione. La perdita di inserzione è solo di ~0,6 dB nella banda passante con una variazione massima di 0,5 dB, che è buona per un componente lungo 1,25 mm.

Un'altra opzione è il Johanson 5400HP05A0950T filtro passa-alto. Anche questo componente si rivolge alle frequenze Wifi 5,8 GHz; ha una perdita di inserzione maggiore di ~1,5 dB, ma ha un'attenuazione fuori banda maggiore (-30 dB minimo) sotto ~4,9 GHz. Questo componente è ottimo per il rifiuto dei segnali a frequenza inferiore nei dispositivi wireless, come dispositivi per la casa intelligente e dispositivi indossabili.

Spingere i filtri LTCC nei progetti mmWave

I componenti dei filtri LTCC hanno un record di successo nel supportare progetti RF nelle bande di frequenza comuni (Wifi e Bluetooth), così come per garantire una ricezione di alta precisione e il rifiuto fuori banda nelle bande ISM. Per i nuovi progetti mmWave, le aziende stanno sviluppando condensatori e circuiti di filtro LTCC specificamente per supportare frequenze più elevate. La spinta verso queste frequenze è guidata principalmente dal lancio del 5G e dalla necessità di circuiti di filtro ad alta frequenza ultra-compatti.

I filtri mmWave tradizionali sono normalmente progettati come elementi passivi direttamente su un PCB, utilizzando SMD discreti con deboli parassiti, o sfruttando le frequenze di taglio nei guide d'onda. Anche se molti SoC e CPU per dispositivi mobili/IoT sono altamente integrati, i circuiti di filtro SMD operanti fino a 40 GHz sono ancora desiderabili. I circuiti di filtro LTCC possono fornire una soluzione ben oltre i 6 GHz, con alcuni componenti presto disponibili in piccole dimensioni di pacchetto (ad es., 1206 imperiale).

Oltre ai filtri LTCC e ad altri componenti, i progettisti RF necessitano di una gamma di componenti per sistemi mobili, sistemi edge, stazioni base e altri dispositivi unici che mancano di componenti integrati. Alcuni requisiti dei componenti includono:

Ci sono molte opzioni di filtri LTCC sul mercato, e nuovi circuiti LTCC sono in fase di sviluppo per la commercializzazione. Puoi rimanere aggiornato su tutti i nuovi sviluppi dei componenti quando utilizzi il set completo di funzionalità avanzate di ricerca e filtraggio in Octopart. Quando utilizzi il motore di ricerca elettronica di Octopart, avrai accesso ai dati attuali sui prezzi dei distributori, all'inventario dei pezzi e alle specifiche dei pezzi, ed è tutto liberamente accessibile in un'interfaccia user-friendly. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui componenti passivi per trovare i componenti di cui hai bisogno.

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