Dobór komponentów filtrów i kondensatorów LTCC dla projektów RF

Integracja zaczęła być głównym trendem w świecie wbudowanych systemów na długo przed pojawieniem się pierwszych smartfonów, ale nawet wysoko zintegrowane systemy potrzebują dyskretnych komponentów i zewnętrznych elementów pasywnych, aby prawidłowo funkcjonować. Jeśli potrzebujesz zaprojektować etapy filtracji dla łańcucha sygnałowego RF lub tłumić niechciane odbiory w niepożądanych pasmach, masz do wyboru użycie elementów dyskretnych lub zintegrowane rozwiązanie. Projektowanie z użyciem elementów dyskretnych jest w porządku przy niskich częstotliwościach, ale te obwody ostatecznie stają się elektrycznie długie, nawet jeśli podczas projektowania używane są możliwie najmniejsze rozmiary komponentów.

Wprowadzamy komponenty i obwody hybrydowe z nisko temperaturowej ceramiki współspiekanej (LTCC). Obwody filtrów LTCC są alternatywą dla ekranowania w celu tłumienia odbioru w niechcianych pasmach. Są również prostym rozwiązaniem, gdy potrzebna jest filtracja, zapewniając równoważną filtrację dolnoprzepustową, środkowoprzepustową i górnoprzepustową wyższego rzędu z wysokim tłumieniem w pasmach zaporowych. Jeśli chcesz użyć LTCC, aby zapewnić wysokie tłumienie poza pasmem i zmniejszyć rozmiar systemu, postępuj zgodnie z tymi wytycznymi.

Wybór filtra LTCC

Głównym powodem wyboru filtra LTCC jest jego funkcja jako elementu filtra dopasowanego impedancyjnie bez potrzeby stosowania zewnętrznych elementów pasywnych. Proces produkcji tych komponentów wspiera integrację wielu elementów obwodu w małym opakowaniu z precyzyjnie zaprojektowanymi stratami wstawienia/zwrotu w pożądanych pasmach. Te produkty są wytwarzane jako monolityczne struktury ceramiczne ze standardową, wytrzymałą obudową SMD o niskim profilu.

Te komponenty integrują wiele obwodów w pojedynczą wielowarstwową strukturę na ceramicznym podłożu. Podłoże ceramiczne z kolei ma wysoką wartość Dk (może osiągnąć wartość do 10). Te obwody mogą zawierać elementy obwodów aktywnych lub pasywnych. Chociaż głównym zastosowaniem tych komponentów są urządzenia RF, inne potencjalne zastosowania obejmują czujniki, MEMS i inne aplikacje analogowe.

Straty wstawienia i zwrotu

Wybierając filtr LTCC, najważniejszymi specyfikacjami są straty wstawienia i zwrotu. Te spektra są pokazywane na wykresach i mają takie samo znaczenie jak w liniach transmisyjnych i innych obwodach. Wysokiej jakości obwody filtrów LTCC powinny mieć mniej niż 1-2 dB straty wstawienia w paśmie przepustowym, a strata zwrotu powinna być lepsza niż około -20 dB.

Oczywiście, idealne filtry powinny mieć nieskończoną ujemną stratę zwrotu i 0 dB straty wstawienia, więc wartość 1 dB straty wstawienia może ograniczyć użyteczną długość połączenia. Jednak powinno to zilustrować zaletę używania filtra LTCC. Przez prowadzenie sygnału przez LTCC, redukujesz całkowitą długość połączenia poprzez konsolidację elementów dyskretnych w pojedynczy obwód hybrydowy. Może to zmniejszyć całkowite straty widziane przez sygnał RF, szczególnie na bardzo wysokich częstotliwościach.

Inne ważne specyfikacje

Filtry pasmowe LTCC są zazwyczaj projektowane tak, aby obsługiwać określony protokół lub pasmo częstotliwości, a literatura produktowa zwykle określa zamierzone pasmo. Może to pomóc w rozpoczęciu porównywania specyfikacji dla komponentów filtrów LTCC. W przypadku filtracji szerokopasmowej, filtr LTCC może obsługiwać zakres pasm, pod warunkiem, że straty wtrąceniowe i straty zwrotne nie są zbyt duże.

Inne ważne specyfikacje, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze filtra LTCC, to:

• Zakres częstotliwości. Niektóre karty katalogowe komponentów mogą podawać tylko górną i/lub dolną częstotliwość odcięcia, aby zdefiniować pasmo przepustowe. Dla obwodów filtrów pasmowych zakres częstotliwości jest czasami określany za pomocą dolnej częstotliwości odcięcia i szerokości pasma 3 dB.

• Dopasowanie impedancji. Ponieważ filtry LTCC są projektowane do stosowania w obwodach RF na PCB, są one zazwyczaj dopasowane do impedancji 50 omów na wejściu i wyjściu.

• Tłumienie pasma zaporowego. Jest to inny sposób komunikowania spektrum strat wtrąceniowych. Czasami pokazuje to po prostu dane dotyczące strat wtrąceniowych w szerszym zakresie częstotliwości.

• Dopasowanie produktu. Niektóre komponenty filtrów LTCC są specjalnie zaprojektowane do współpracy z określonymi złączami lub innymi komponentami. Przykładem jest Johanson 0900FM15D0039E, który jest zaprojektowany do zapewnienia filtracji i dopasowania impedancji do niektórych nadajników Semtech.

• Rozmiar obudowy. Filtry LTCC zaprojektowane do zastosowań RF mogą mieć rozmiar obudowy SMD 1206 (imperialny) lub mniejszy. Oznacza to, że mają one taki sam rozmiar śladu jak typowe kondensatory SMD.

• Moc nominalna. Jeśli potrzebujesz filtra LTCC do wzmacniacza mocy RF, zwróć uwagę na jego moc nominalną. Te komponenty mają wyższą moc nominalną niż dyskretne w tej samej obudowie, ale moc nominalna powinna być nadal wyższa niż pożądana moc sygnału RF.

2 przykłady filtrów LTCC

Jako przykład tego, co można znaleźć na rynku, spójrz na Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Ten filtr dolnoprzepustowy został zaprojektowany dla częstotliwości Wifi 5,8 GHz z niskim tłumieniem w paśmie przepustowym i wysokim tłumieniem. Strata wtrąceniowa wynosi tylko ~0,6 dB w paśmie przepustowym z maksymalnym wahaniem 0,5 dB, co jest dobrym wynikiem dla komponentu o długości 1,25 mm.

Inną opcją jest Johanson 5400HP05A0950T filtr górnoprzepustowy. Ten komponent również jest przeznaczony dla częstotliwości Wifi 5,8 GHz; ma wyższą stratę wtrąceniową około ~1,5 dB, ale posiada wyższe tłumienie poza pasmem (-30 dB minimum) poniżej ~4,9 GHz. Ten komponent jest świetny do odrzucania sygnałów o niższej częstotliwości w urządzeniach bezprzewodowych, takich jak inteligentne urządzenia domowe i noszone.

Wprowadzanie filtrów LTCC w projekty mmWave

Komponenty filtrów LTCC mają udokumentowane sukcesy w wspieraniu projektów RF w powszechnych pasmach częstotliwości (Wifi i Bluetooth), jak również w zapewnianiu wysokiej precyzji odbioru i odrzucania sygnałów poza pasmem w pasmach ISM. Dla nowszych projektów mmWave, firmy rozwijają kondensatory LTCC i obwody filtrów specjalnie do obsługi wyższych częstotliwości. Popyt na te częstotliwości jest głównie napędzany przez wdrożenia 5G i potrzebę ultra-kompaktowych obwodów filtrów wysokich częstotliwości.

Tradycyjne filtry mmWave są zazwyczaj projektowane jako pasywne elementy bezpośrednio na PCB, używając dyskretnych elementów SMD z słabymi parasitami, lub wykorzystując częstotliwości odcięcia w przewodach falowych. Mimo że wiele SoC i CPU dla urządzeń mobilnych/IoT jest wysoko zintegrowanych, obwody filtrów SMD pracujące do 40 GHz są nadal pożądane. Obwody filtrów LTCC mogą zapewnić rozwiązanie dobrze ponad 6 GHz, z niektórymi komponentami, które wkrótce będą dostępne w małych rozmiarach obudów (np. 1206 imperial).

Oprócz filtrów LTCC i innych komponentów, projektanci RF potrzebują szeregu komponentów dla systemów mobilnych, systemów krawędziowych, stacji bazowych i innych unikalnych urządzeń, które nie mają zintegrowanych komponentów. Niektóre wymagania dotyczące komponentów obejmują:

• Wzmacniacze mocy RF

• Przełączniki antenowe

• Transceivery RF

• Układy scalone do formowania wiązki

Na rynku dostępnych jest wiele opcji filtrów LTCC, a nowe obwody LTCC są rozwijane do komercjalizacji. Możesz być na bieżąco ze wszystkimi najnowszymi rozwojami komponentów, korzystając z kompletnego zestawu zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, masz dostęp do aktualnych danych cenowych dystrybutorów, zapasów części i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z komponentami pasywnymi, aby znaleźć potrzebne Ci komponenty.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.