RF 설계를 위한 LTCC 필터 및 커패시터 구성 요소 선택

작성 날짜: June 14, 2022
업데이트 날짜: June 25, 2023

통합은 첫 번째 스마트폰이 등장하기 훨씬 이전부터 임베디드 세계에서 주요 추세가 되기 시작했지만, 심지어 매우 통합된 시스템도 제대로 작동하기 위해서는 별도의 부품과 외부 수동 부품이 필요합니다. RF 신호 체인을 위한 여과 단계를 설계하거나 원치 않는 대역에서의 수신을 억제해야 하는 경우, 선택지는 별도의 부품을 사용하거나 통합 솔루션을 사용하는 것입니다. 저주파에서는 별도의 부품으로 설계하는 것이 괜찮지만, 이러한 회로는 결국 설계 시 사용 가능한 가장 작은 부품 풋프린트를 사용하더라도 전기적으로 길어집니다.

저온 공동 소성 세라믹(LTCC) 부품과 하이브리드 회로가 등장합니다. LTCC 필터 회로는 원치 않는 대역에서 수신을 억제하기 위한 차폐의 대안입니다. 필터링이 필요할 때 간단한 솔루션을 제공하며, 고차 저역통과, 대역통과, 고역통과 필터링을 동등하게 제공하며 정지 대역에서 높은 감쇠를 제공합니다. 대역 외 감쇠를 높이고 시스템 크기를 줄이기 위해 LTCC를 사용하려면 다음 지침을 따르십시오.

LTCC 필터 선택

LTCC 필터를 선택하는 주된 이유는 외부 수동 부품 없이 임피던스 매칭 필터 요소로 기능하기 때문입니다. 이러한 부품의 제조 공정은 소형 패키지에 여러 회로 요소를 통합하고 원하는 대역에서 정밀하게 설계된 삽입/반환 손실을 지원합니다. 이 제품들은 표준 견고한, 저프로파일 SMD 패키지로 제조된 단일 세라믹 구조체입니다.

이러한 부품은 세라믹 기판 위에 단일 다층 구조로 여러 회로를 통합합니다. 세라믹 기판은 고Dk 값을 가지며(10까지 도달할 수 있음) 이 회로에는 능동 또는 수동 회로 요소가 포함될 수 있습니다. 이러한 부품의 주요 응용 분야는 RF 장치용이지만, 다른 잠재적 응용 분야에는 센싱, MEMS 및 기타 아날로그 응용 프로그램이 포함됩니다.

삽입 손실과 반환 손실

LTCC 필터를 선택할 때 가장 중요한 사양은 삽입 손실과 반환 손실 스펙트럼입니다. 이 스펙트럼은 그래프로 표시되며 전송선 및 기타 회로에서와 같은 의미를 가집니다. 고품질 LTCC 필터 회로는 통과 대역 내에서 1-2 dB 미만의 삽입 손실을 가져야 하며, 반환 손실은 대략 -20 dB보다 좋아야 합니다.

물론, 이상적인 필터는 반환 손실이 무한대 음수이고 삽입 손실이 0 dB여야 하므로, 1 dB 삽입 손실 값은 유용한 연결 길이를 제한할 수 있습니다. 하지만, 이는 LTCC 필터 사용의 장점을 보여줍니다. LTCC를 통해 라우팅함으로써, 별도의 부품을 단일 하이브리드 회로로 통합함으로써 총 연결 길이를 줄일 수 있습니다. 이는 특히 매우 높은 주파수에서 RF 신호가 볼 수 있는 총 손실을 줄일 수 있습니다.

기타 중요 사양

LTCC 대역통과 필터는 일반적으로 특정 프로토콜이나 주파수 대역을 수용하도록 설계되며, 제품 문헌에는 일반적으로 의도된 대역이 명시되어 있습니다. 이는 LTCC 필터 구성 요소의 사양을 비교하는 데 도움이 될 수 있습니다. 광대역 필터링의 경우, 삽입 손실과 반사 손실이 너무 크지 않다면 LTCC 필터는 여러 대역을 수용할 수 있습니다.

LTCC 필터를 선택하는 데 관련된 다른 중요한 사양은 다음과 같습니다:

주파수 범위. 일부 구성 요소 데이터시트는 통과대역을 정의하기 위해 상한 및/또는 하한 컷오프 주파수만을 명시합니다. 대역통과 필터 회로의 경우, 주파수 범위는 때때로 하한 컷오프와 3 dB 대역폭을 사용하여 지정됩니다.
임피던스 매칭. LTCC 필터는 PCB 상의 RF 회로에서 사용되도록 설계되었기 때문에, 일반적으로 입력 및 출력에서 50 옴에 임피던스 매칭됩니다.
정지대역 감쇠. 이는 삽입 손실 스펙트럼을 전달하는 또 다른 방법입니다. 이는 때때로 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 삽입 손실 데이터를 보여줍니다.
제품 매칭. 일부 LTCC 필터 구성 요소는 특정 커넥터나 다른 구성 요소와 매칭되도록 특별히 공학적으로 설계되었습니다. 예를 들어, Johanson 0900FM15D0039E는 일부 Semtech 송수신기에 필터링 및 임피던스 매칭을 제공하도록 설계되었습니다.
패키지 크기. RF 응용 프로그램용으로 설계된 LTCC 필터는 1206(임페리얼) 또는 그보다 작은 SMD 패키지 크기를 가질 수 있습니다. 이는 일반적인 SMD 커패시터와 동일한 풋프린트 크기에 속합니다.
전력 등급. RF 전력 증폭기용 LTCC 필터가 필요한 경우, 전력 등급을 확인하세요. 이러한 구성 요소는 동일한 패키지의 이산 부품보다 높은 전력 등급을 가지지만, RF 신호의 원하는 전력보다 전력 등급이 여전히 높아야 합니다.

2가지 LTCC 필터 예시

시장에서 찾을 수 있는 예로, Taoglas LLP.5875.Y.A.30를 살펴보세요. 이 저역통과 필터는 5.8 GHz의 Wifi 주파수를 위해 설계되었으며, 저역통과 대역에서 낮은 리플과 높은 감쇠를 제공합니다. 삽입 손실은 통과대역에서 약 0.6 dB이며 최대 0.5 dB 변동이 있어, 1.25 mm 길이의 구성 요소로는 좋은 성능입니다.

또 다른 옵션은 Johanson 5400HP05A0950T 고역통과 필터입니다. 이 구성 요소 역시 Wifi 5.8 GHz 주파수를 대상으로 하며, 약 1.5 dB의 더 높은 삽입 손실을 가지지만, 약 4.9 GHz 이하에서 더 높은 대역 외 감쇠(-30 dB 최소)를 가집니다. 이 구성 요소는 스마트 홈 장치와 웨어러블과 같은 무선 장치에서 낮은 주파수 신호의 거부에 적합합니다.

LTCC 필터를 mmWave 설계로 밀어붙이기

LTCC 필터 구성 요소는 일반적인 주파수 대역(Wifi 및 Bluetooth)에서 RF 설계를 지원하는 데 성공적인 이력을 가지고 있으며, ISM 대역에서 고정밀 수신 및 대역 외 거부를 보장합니다. 새로운 mmWave 설계의 경우, 회사들은 더 높은 주파수를 지원하기 위해 특별히 LTCC 커패시터와 필터 회로를 개발하고 있습니다. 이러한 주파수로의 전환은 주로 5G 출시와 초소형 고주파수 필터 회로에 대한 필요성에 의해 주도되고 있습니다.

전통적인 mmWave 필터는 일반적으로 PCB에 직접 수동 요소로 설계되거나, 약한 기생 효과를 가진 SMD 이산 요소를 사용하거나, 도파관의 차단 주파수를 활용하여 설계됩니다. 많은 SoC 및 CPU가 모바일/IoT 장치용으로 고도로 통합되어 있음에도 불구하고, 최대 40 GHz까지 작동하는 SMD 필터 회로는 여전히 바람직합니다. LTCC 필터 회로는 6 GHz를 훨씬 넘는 솔루션을 제공할 수 있으며, 일부 구성 요소는 곧 소형 패키지 크기(예: 1206 임페리얼)로 제공될 예정입니다.

LTCC 필터 및 기타 구성 요소 외에도 RF 설계자는 통합 구성 요소가 없는 모바일 시스템, 엣지 시스템, 기지국 및 기타 독특한 장치에 필요한 다양한 구성 요소가 필요합니다. 일부 구성 요소 요구 사항에는 다음이 포함됩니다:

시장에는 많은 LTCC 필터 옵션이 있으며, 상용화를 위한 새로운 LTCC 회로가 개발되고 있습니다. Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능을 사용하면 최신 구성 요소 개발을 모두 파악할 수 있습니다. Octopart의 전자 부품 검색 엔진을 사용하면 현재 유통업체 가격 데이터, 부품 재고 및 부품 사양에 액세스할 수 있으며, 모두 사용자 친화적인 인터페이스에서 무료로 이용할 수 있습니다. 저희의 수동 구성 요소 페이지를 살펴보세요 필요한 구성 요소를 찾을 수 있습니다.

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