Выбор компонентов фильтров и конденсаторов LTCC для РЧ-дизайнов

Создано: 14 Июня, 2022
Обновлено: 25 Июня, 2023

Интеграция начала становиться основным трендом в мире встроенных систем задолго до появления первых смартфонов, но даже высокоинтегрированные системы требуют использования дискретных компонентов и внешних пассивных элементов для корректной работы. Если вам нужно спроектировать стадии фильтрации для цепи радиочастотного сигнала или подавить нежелательный прием в ненужных диапазонах, ваши варианты - использовать дискретные компоненты или интегрированное решение. Проектирование с использованием дискретных компонентов подходит для низких частот, но эти цепи в конечном итоге становятся электрически длинными, даже если при проектировании используются компоненты с наименьшими возможными размерами.

На сцену выходят компоненты и гибридные схемы на основе низкотемпературного совместного спекания керамики (LTCC). Цепи фильтров LTCC являются альтернативой экранированию для подавления приема в нежелательных диапазонах. Они также представляют собой простое решение, когда требуется фильтрация, обеспечивая эквивалентную фильтрацию нижних, полосовых и верхних частот высокого порядка с высоким подавлением в полосах пропускания. Если вы хотите использовать LTCC для обеспечения высокого подавления сигналов вне полосы и уменьшения размера системы, следуйте этим рекомендациям.

Выбор фильтра LTCC

Основная причина выбора фильтра LTCC заключается в его функции как элемента фильтра с согласованным импедансом без необходимости использования внешних пассивных элементов. Процесс изготовления этих компонентов поддерживает интеграцию множества элементов схемы в маленький корпус с точно спроектированными потерями вставки/возврата в желаемых диапазонах. Эти продукты изготавливаются как монолитные керамические структуры со стандартным прочным, низкопрофильным корпусом SMD.

Эти компоненты интегрируют множество схем в одну многослойную структуру на керамической подложке. В свою очередь, керамическая подложка имеет высокое значение Dk (может достигать до 10). Эти схемы могут включать в себя активные или пассивные элементы схемы. Хотя основное применение этих компонентов - для радиочастотных устройств, другие потенциальные применения включают в себя датчики, MEMS и другие аналоговые приложения.

Потери на вставке и возврате

При выборе фильтра LTCC наиболее важными характеристиками являются спектры потерь на вставке и возврате. Эти спектры показаны на графиках и имеют то же значение, что и в линиях передачи и других цепях. Качественные цепи фильтров LTCC должны иметь потери на вставке менее 1-2 дБ в полосе пропускания, а потери на возврате должны быть лучше, чем примерно -20 дБ.

Очевидно, что идеальные фильтры должны иметь потери на возврате минус бесконечность и 0 дБ потерь на вставке, так что значение потерь на вставке в 1 дБ может ограничить полезную длину соединения. Однако это должно иллюстрировать преимущество использования фильтра LTCC. Прокладывая маршрут через LTCC, вы уменьшаете общую длину соединения за счет объединения дискретных элементов в одну гибридную схему. Это может снизить общие потери, которые видит ваш радиочастотный сигнал, особенно на очень высоких частотах.

Другие важные характеристики

Полосовые фильтры LTCC обычно разрабатываются для работы с определенным протоколом или частотным диапазоном, и в литературе по продукции обычно указывается предназначенный диапазон. Это может помочь вам начать сравнение спецификаций для компонентов фильтра LTCC. Для широкополосной фильтрации фильтр LTCC может поддерживать ряд диапазонов, если потери на вставке и обратные потери не слишком велики.

Другие важные спецификации, участвующие в выборе фильтра LTCC, включают:

Диапазон частот. В некоторых технических описаниях компонентов может быть указана только верхняя и/или нижняя граничная частота для определения полосы пропускания. Для схем полосовых фильтров диапазон частот иногда указывается с использованием нижней граничной частоты и полосы пропускания на уровне 3 дБ.
Согласование импеданса. Поскольку фильтры LTCC разрабатываются для использования в радиочастотных схемах на печатной плате, они обычно согласованы по импедансу с 50 Ом на входе и выходе.
Подавление в полосе заграждения. Это еще один способ передачи спектра потерь на вставке. Иногда это может просто показывать данные о потерях на вставке в более широком диапазоне частот.
Соответствие продукта. Некоторые компоненты фильтра LTCC специально разработаны для соответствия определенным разъемам или другим компонентам. Примером может служить Johanson 0900FM15D0039E, который разработан для обеспечения фильтрации и согласования импеданса с некоторыми передатчиками Semtech.
Размер корпуса. Фильтры LTCC, разработанные для радиочастотных приложений, могут иметь размер корпуса SMD 1206 (имперский) или меньше. Это ставит их в один размерный ряд с типичными SMD конденсаторами.
Номинальная мощность. Если вам нужен фильтр LTCC для усилителя мощности РЧ, обратите внимание на вашу номинальную мощность. У этих компонентов номинальная мощность выше, чем у дискретных компонентов в том же корпусе, но номинальная мощность все же должна быть выше желаемой мощности вашего РЧ сигнала.

2 примера фильтров LTCC

В качестве примера того, что вы можете найти на рынке, обратите внимание на Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Этот низкочастотный фильтр был разработан для частот Wifi 5.8 ГГц с низким уровнем пульсаций в полосе пропускания и высоким подавлением. Потери на вставке составляют всего ~0.6 дБ в полосе пропускания с максимальным отклонением 0.5 дБ, что хорошо для компонента длиной 1.25 мм.

Другой вариант - Johanson 5400HP05A0950T высокочастотный фильтр. Этот компонент также нацелен на частоты Wifi 5.8 ГГц; он имеет более высокие потери на вставке ~1.5 дБ, но обладает более высоким подавлением сигналов вне полосы (-30 дБ минимум) ниже ~4.9 ГГц. Этот компонент отлично подходит для подавления сигналов нижних частот в беспроводных устройствах, таких как устройства для умного дома и носимые устройства.

Применение фильтров LTCC в конструкциях для миллиметрового диапазона волн

Компоненты LTCC-фильтров зарекомендовали себя как успешное решение для поддержки РЧ-дизайнов в общих частотных диапазонах (Wifi и Bluetooth), а также для обеспечения высокоточного приема и отклонения сигналов вне полосы в ISM-диапазонах. Для новых дизайнов на миллиметровых волнах компании разрабатывают конденсаторы и фильтрующие схемы LTCC, специально предназначенные для поддержки более высоких частот. Переход на эти частоты в основном обусловлен внедрением 5G и потребностью в ультракомпактных высокочастотных фильтрующих схемах.

Традиционные фильтры для миллиметровых волн обычно разрабатываются как пассивные элементы непосредственно на печатной плате, используя SMD-детали с низкими паразитными характеристиками, или путем использования частот среза в волноводах. Несмотря на то, что многие SoC и CPU для мобильных/ИоТ устройств высокоинтегрированы, SMD-фильтрующие схемы, работающие до 40 ГГц, все еще желательны. Фильтрующие схемы LTCC могут предложить решение для частот выше 6 ГГц, причем некоторые компоненты скоро будут доступны в малых размерах корпусов (например, 1206 по имперской системе).

Помимо фильтров LTCC и других компонентов, РЧ-дизайнерам требуется ряд компонентов для мобильных систем, систем на периферии, базовых станций и других уникальных устройств, не имеющих интегрированных компонентов. К некоторым требованиям к компонентам относятся:

На рынке существует множество вариантов фильтров LTCC, и разрабатываются новые LTCC-схемы для коммерциализации. Вы можете следить за всеми новейшими разработками компонентов, используя полный набор расширенных функций поиска и фильтрации на Octopart. Используя поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получите доступ к актуальным данным о ценах дистрибьюторов, информации о наличии на складах и спецификациях компонентов, и все это доступно в удобном пользовательском интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с пассивными компонентами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.