Seleção de Componentes de Filtro e Capacitor LTCC para Projetos de RF

Criada: Junho 14, 2022
Atualizada: Junho 25, 2023

A integração começou a se tornar uma tendência importante no mundo embarcado muito antes dos primeiros smartphones, mas mesmo sistemas altamente integrados precisam de componentes discretos e passivos externos para funcionar corretamente. Se você precisa projetar estágios de filtragem para uma cadeia de sinal RF ou suprimir a recepção indesejada em bandas não desejadas, suas opções são usar componentes discretos ou uma solução integrada. Projetar com componentes discretos é viável em baixas frequências, mas esses circuitos eventualmente se tornam eletricamente longos, mesmo usando as menores pegadas de componentes possíveis durante o projeto.

Entrem os componentes de cerâmica co-fundidos a baixa temperatura (LTCC) e circuitos híbridos. Circuitos de filtro LTCC são uma alternativa ao blindagem para suprimir a recepção em bandas indesejadas. Eles também são uma solução simples quando a filtragem é necessária, fornecendo filtragem equivalente de ordem superior de passa-baixa, passa-banda e passa-alta com alta atenuação nas bandas de parada. Se você quer usar um LTCC para fornecer alta atenuação fora da banda e reduzir o tamanho do sistema, siga estas diretrizes.

Selecionando um Filtro LTCC

A principal razão para selecionar um filtro LTCC é sua função como um elemento de filtro com impedância correspondente sem a necessidade de passivos externos. O processo de fabricação desses componentes suporta a integração de múltiplos elementos de circuito em um pequeno pacote com perda de inserção/retorno precisamente projetada nas bandas desejadas. Esses produtos são fabricados como estruturas cerâmicas monolíticas com um pacote SMD padrão robusto e de baixo perfil.

Esses componentes integram múltiplos circuitos em uma única estrutura multicamada em um substrato cerâmico. O substrato cerâmico, por sua vez, tem um alto valor de Dk (pode chegar até 10). Esses circuitos podem incluir elementos de circuito ativos ou passivos. Embora a aplicação principal desses componentes seja para dispositivos RF, outras aplicações potenciais envolvem sensores, MEMS e outras aplicações analógicas.

Perda de Inserção e Retorno

Ao selecionar um filtro LTCC, as especificações mais importantes são os espectros de perda de inserção e perda de retorno. Esses espectros são mostrados em gráficos e têm o mesmo significado que em linhas de transmissão e outros circuitos. Circuitos de filtro LTCC de alta qualidade devem ter menos de 1-2 dB de perda de inserção dentro da banda passante, e a perda de retorno deve ser melhor que aproximadamente -20 dB.

Obviamente, filtros ideais deveriam ter perda de retorno de infinito negativo e 0 dB de perda de inserção, então um valor de perda de inserção de 1 dB pode limitar o comprimento útil de interconexão. No entanto, isso deve ilustrar a vantagem de usar um filtro LTCC. Ao rotear através do LTCC, você reduz o comprimento total de interconexão consolidando componentes discretos em um único circuito híbrido. Isso poderia reduzir as perdas totais vistas pelo seu sinal RF, particularmente em frequências muito altas.

Outras Especificações Importantes

Os filtros LTCC de passagem de banda são geralmente projetados para acomodar um protocolo específico ou faixa de frequência, e a literatura do produto normalmente indicará a faixa pretendida. Isso pode ajudá-lo a começar a comparar especificações para componentes de filtro LTCC. Para filtragem de banda larga, um filtro LTCC pode acomodar uma gama de faixas, desde que a perda de inserção e a perda de retorno não sejam muito grandes.

As outras especificações importantes envolvidas na seleção de um filtro LTCC incluem:

Faixa de frequência. Algumas folhas de dados de componentes simplesmente indicarão uma frequência de corte superior e/ou inferior para definir a faixa de passagem. Para circuitos de filtro de passagem de banda, a faixa de frequência é às vezes especificada usando uma frequência de corte inferior e largura de banda de 3 dB.
Correspondência de impedância. Com os filtros LTCC sendo projetados para uso em circuitos RF em uma PCB, eles geralmente são correspondidos por impedância a 50 Ohms na entrada e na saída.
Atenuação da faixa de rejeição. Esta é outra maneira de comunicar o espectro de perda de inserção. Isso às vezes apenas mostra dados de perda de inserção em uma faixa mais ampla de frequências.
Compatibilidade do produto. Alguns componentes de filtro LTCC são especificamente projetados para combinar com conectores específicos ou outros componentes. Um exemplo é o Johanson 0900FM15D0039E, que é projetado para fornecer filtragem e correspondência de impedância para alguns transceptores da Semtech.
Tamanho do pacote. Filtros LTCC projetados para aplicações RF podem ter tamanho de pacote SMD 1206 (imperial) ou menor. Isso os coloca no mesmo tamanho de pegada que os capacitores SMD típicos.
Classificação de potência. Se você precisa de um filtro LTCC para um amplificador de potência RF, observe sua classificação de potência. Esses componentes têm uma classificação de potência mais alta do que discretos no mesmo pacote, mas a classificação de potência ainda deve estar acima da potência desejada do seu sinal RF.

2 Exemplos de Filtros LTCC

Como exemplo do que você pode encontrar no mercado, dê uma olhada no Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Este filtro de passa-baixa foi projetado para frequências Wifi a 5,8 GHz com baixo ripple na faixa de passagem e alta atenuação. A perda de inserção é de apenas ~0,6 dB na faixa de passagem com variação máxima de 0,5 dB, o que é bom para um componente de 1,25 mm de comprimento.

Outra opção é o Johanson 5400HP05A0950T filtro de passa-alta. Este componente também visa frequências Wifi de 5,8 GHz; ele tem maior perda de inserção de ~1,5 dB, mas tem maior atenuação fora da banda (-30 dB mínimo) abaixo de ~4,9 GHz. Este componente é ótimo para a rejeição de sinais de frequência mais baixa em dispositivos sem fio, como dispositivos para casas inteligentes e dispositivos vestíveis.

Impulsionando Filtros LTCC em Projetos mmWave

Os componentes de filtro LTCC têm um histórico de sucesso no suporte a designs RF em bandas de frequência comuns (Wifi e Bluetooth), bem como na garantia de recepção de alta precisão e rejeição fora de banda em bandas ISM. Para designs mmWave mais recentes, as empresas estão desenvolvendo capacitores e circuitos de filtro LTCC especificamente para suportar frequências mais altas. A pressão para essas frequências é impulsionada principalmente pelo lançamento do 5G e pela necessidade de circuitos de filtro de alta frequência ultra-compactos.

Os filtros mmWave tradicionais são normalmente projetados como elementos passivos diretamente em uma PCB, usando discretes SMD com parasitas fracos, ou aproveitando as frequências de corte em guias de onda. Embora muitos SoCs e CPUs para dispositivos móveis/IoT sejam altamente integrados, circuitos de filtro SMD operando até 40 GHz ainda são desejáveis. Circuitos de filtro LTCC podem fornecer uma solução bem além de 6 GHz, com alguns componentes em breve disponíveis em tamanhos de pacote pequenos (por exemplo, 1206 imperial).

Além de filtros LTCC e outros componentes, os designers de RF precisam de uma gama de componentes para sistemas móveis, sistemas de borda, estações base e outros dispositivos únicos que carecem de componentes integrados. Alguns requisitos de componentes incluem:

Existem muitas opções de filtro LTCC no mercado, e novos circuitos LTCC estão sendo desenvolvidos para comercialização. Você pode acompanhar todos os desenvolvimentos de componentes mais recentes quando usa o conjunto completo de recursos avançados de busca e filtragem no Octopart. Ao usar o motor de busca de eletrônicos do Octopart, você terá acesso a dados de preços de distribuidores atuais, inventário de peças e especificações de peças, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Dê uma olhada na nossa página de componentes passivos para encontrar os componentes de que precisa.

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