Lựa chọn Bộ lọc và Tụ điện LTCC cho Thiết kế RF

Created: Tháng Sáu 14, 2022
Updated: Tháng Sáu 25, 2023

Việc tích hợp bắt đầu trở thành xu hướng chính trong thế giới nhúng từ trước khi những chiếc điện thoại thông minh đầu tiên xuất hiện, nhưng ngay cả những hệ thống tích hợp cao cũng cần đến các linh kiện rời và linh kiện thụ động bên ngoài để hoạt động đúng cách. Nếu bạn cần thiết kế các giai đoạn lọc cho một chuỗi tín hiệu RF hoặc để loại bỏ việc nhận tín hiệu không mong muốn trong các băng tần không mong muốn, bạn có thể chọn sử dụng linh kiện rời hoặc giải pháp tích hợp. Thiết kế với linh kiện rời là phù hợp ở tần số thấp, nhưng những mạch này cuối cùng trở nên dài về mặt điện, ngay cả khi sử dụng các kích thước linh kiện nhỏ nhất có thể trong quá trình thiết kế.

Đi vào các thành phần và mạch hybrid sứ nung ở nhiệt độ thấp (LTCC). Mạch lọc LTCC là một giải pháp thay thế cho việc che chắn để loại bỏ việc nhận tín hiệu trong các băng tần không mong muốn. Chúng cũng là một giải pháp đơn giản khi cần lọc, cung cấp tương đương với lọc thông thấp, thông băng, và thông cao cấp độ cao với độ suy giảm cao trong các băng dừng. Nếu bạn muốn sử dụng LTCC để cung cấp độ suy giảm ngoài băng cao và giảm kích thước hệ thống, hãy tuân theo những hướng dẫn này.

Chọn Lọc LTCC

Lý do chính để chọn một bộ lọc LTCC là chức năng của nó như một phần tử lọc khớp trở kháng mà không cần đến các linh kiện thụ động bên ngoài. Quy trình sản xuất cho những thành phần này hỗ trợ tích hợp nhiều yếu tố mạch vào một gói nhỏ với tổn hao chèn/hoàn trả được kỹ thuật chính xác trong các băng tần mong muốn. Những sản phẩm này được sản xuất dưới dạng cấu trúc gốm đơn khối với gói SMD tiêu chuẩn, bền vững, hồ sơ thấp.

Những thành phần này tích hợp nhiều mạch vào một cấu trúc đa lớp duy nhất trên một nền gốm. Nền gốm này đến lượt nó có giá trị Dk cao (có thể đạt tới 10). Những mạch này có thể bao gồm các yếu tố mạch chủ động hoặc thụ động. Mặc dù ứng dụng chính cho những thành phần này là cho các thiết bị RF, nhưng các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm cảm biến, MEMS và các ứng dụng tương tự khác.

Tổn hao chèn và Tổn hao hoàn trả

Khi chọn một bộ lọc LTCC, các thông số quan trọng nhất là phổ tổn hao chèn và tổn hao hoàn trả. Những phổ này được hiển thị trên đồ thị và có ý nghĩa giống như trong các đường truyền và mạch khác. Các mạch lọc LTCC chất lượng cao nên có tổn hao chèn ít hơn 1-2 dB trong băng thông qua, và tổn hao hoàn trả nên tốt hơn khoảng -20 dB.

Rõ ràng, bộ lọc lý tưởng nên có tổn hao hoàn trả âm vô cùng và tổn hao chèn 0 dB, vì vậy giá trị tổn hao chèn 1 dB có thể hạn chế chiều dài kết nối hữu ích. Tuy nhiên, điều này nên minh họa lợi ích của việc sử dụng bộ lọc LTCC. Bằng cách định tuyến qua LTCC, bạn giảm tổng chiều dài kết nối bằng cách kết hợp các linh kiện rời vào một mạch hybrid duy nhất. Điều này có thể giảm tổng tổn hao mà tín hiệu RF của bạn gặp phải, đặc biệt là ở các tần số rất cao.

Các Thông số Quan trọng Khác

Các bộ lọc LTCC thông thường được thiết kế để phù hợp với một giao thức hoặc băng tần cụ thể, và tài liệu sản phẩm thường sẽ nêu băng tần dự định. Điều này có thể giúp bạn bắt đầu so sánh các thông số kỹ thuật cho các thành phần bộ lọc LTCC. Đối với việc lọc băng thông rộng, một bộ lọc LTCC có thể chứa một loạt các băng tần miễn là tổn hao chèn và tổn hao trả về không quá lớn.

Các thông số kỹ thuật quan trọng khác liên quan đến việc chọn bộ lọc LTCC bao gồm:

Khoảng tần số. Một số bảng dữ liệu thành phần chỉ nêu tần số cắt trên và/hoặc dưới để xác định băng thông qua. Đối với mạch bộ lọc băng thông, khoảng tần số đôi khi được chỉ định sử dụng tần số cắt dưới và băng thông 3 dB.
Khớp trở kháng. Với bộ lọc LTCC được thiết kế để sử dụng trong mạch RF trên PCB, chúng thường được khớp trở kháng 50 Ohms ở đầu vào và đầu ra.
Suy giảm băng cấm. Đây là một cách khác để truyền đạt phổ tổn hao chèn. Điều này đôi khi chỉ hiển thị dữ liệu tổn hao chèn trên một phạm vi tần số rộng hơn.
Khớp sản phẩm. Một số thành phần bộ lọc LTCC được thiết kế đặc biệt để khớp với các kết nối hoặc thành phần khác. Ví dụ là Johanson 0900FM15D0039E, được thiết kế để cung cấp lọc và khớp trở kháng cho một số bộ thu phát Semtech.
Kích thước gói. Bộ lọc LTCC được thiết kế cho ứng dụng RF có thể có kích thước gói SMD 1206 (hệ đo lường Anh) hoặc nhỏ hơn. Điều này đặt chúng vào cùng kích thước dấu chân như các tụ SMD thông thường.
Công suất định mức. Nếu bạn cần một bộ lọc LTCC cho một bộ khuếch đại công suất RF, hãy chú ý đến công suất định mức của bạn. Các thành phần này có công suất định mức cao hơn so với các linh kiện rời trong cùng gói, nhưng công suất định mức vẫn nên cao hơn công suất mong muốn của tín hiệu RF của bạn.

2 Ví dụ về Bộ lọc LTCC

Là một ví dụ về những gì bạn có thể tìm thấy trên thị trường, hãy xem Taoglas LLP.5875.Y.A.30. Bộ lọc thông dưới này được thiết kế cho tần số Wifi ở 5.8 GHz với độ gợn sóng băng thông qua thấp và suy giảm cao. Tổn hao chèn chỉ khoảng ~0.6 dB trong băng thông qua với biến động tối đa 0.5 dB, điều này tốt cho một thành phần dài 1.25 mm.

Một lựa chọn khác là Johanson 5400HP05A0950T bộ lọc thông cao. Thành phần này cũng nhắm đến tần số Wifi 5.8 GHz; nó có tổn hao chèn cao hơn khoảng ~1.5 dB, nhưng nó có suy giảm ngoài băng tần cao hơn (-30 dB tối thiểu) dưới khoảng ~4.9 GHz. Thành phần này tuyệt vời cho việc loại bỏ tín hiệu tần số thấp hơn trong các thiết bị không dây, như thiết bị nhà thông minh và thiết bị đeo.

Đẩy Bộ lọc LTCC Vào Thiết kế mmWave

Các thành phần lọc LTCC đã có bản thành tích thành công trong việc hỗ trợ thiết kế RF ở các băng tần phổ biến (Wifi và Bluetooth), cũng như đảm bảo việc thu nhận chính xác cao và loại bỏ ngoài băng tần trong các băng ISM. Đối với các thiết kế mmWave mới, các công ty đang phát triển tụ điện LTCC và mạch lọc cụ thể để hỗ trợ các tần số cao hơn. Sự chuyển dịch này chủ yếu được thúc đẩy bởi việc triển khai 5G và nhu cầu về mạch lọc tần số cao siêu nhỏ gọn.

Các bộ lọc mmWave truyền thống thường được thiết kế như các yếu tố thụ động trực tiếp trên một PCB, bằng cách sử dụng SMD rời với parasitics yếu, hoặc bằng cách tận dụng tần số cắt trong các ống dẫn sóng. Mặc dù nhiều SoCs và CPUs cho thiết bị di động/IoT được tích hợp cao, các mạch lọc SMD hoạt động lên đến 40 GHz vẫn được mong muốn. Mạch lọc LTCC có thể cung cấp giải pháp tốt hơn 6 GHz, với một số thành phần sẽ sớm có sẵn trong các kích thước gói nhỏ (ví dụ, 1206 imperial).

Ngoài các bộ lọc LTCC và các thành phần khác, các nhà thiết kế RF cần một loạt các thành phần cho các hệ thống di động, hệ thống cạnh, trạm gốc, và các thiết bị độc đáo khác thiếu các thành phần tích hợp. Một số yêu cầu về thành phần bao gồm:

Có nhiều lựa chọn bộ lọc LTCC trên thị trường, và các mạch LTCC mới đang được phát triển để thương mại hóa. Bạn có thể theo dõi tất cả các phát triển thành phần mới nhất khi bạn sử dụng bộ đầy đủ các tính năng tìm kiếm và lọc tiên tiến trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu giá của nhà phân phối hiện tại, hàng tồn kho, và thông số kỹ thuật của các bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong một giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang thành phần thụ động của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.