越小越好:小型化RF 第1部分

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越小越好：小型化RF 第1部分

為了提供全球覆蓋和滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，智能手機，平板電腦和其他移動(dòng)設備必須支持多個(gè)射頻頻段比以往任何時(shí)候，并配備了越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)功能。盡管他們的RF電路變得越來(lái)越復雜的事實(shí)，這些設備必須保持為緊湊如果不是更緊湊，每個(gè)新的模式?？紤]到這一點(diǎn)，設計師們認識到，高頻率的好處之一是，組件可以變得更小。具體來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)和電感器可以收縮到表面貼裝和PCB尺寸。集成電路，也能做出貢獻，并促成了這一收縮巨星工藝幾何尺寸允許的完整的RF部分的無(wú)縫融合數字功能與RF調制，解調，天線(xiàn)匹配，和波傳播的模擬領(lǐng)域的整合。

本文著(zhù)眼于一些關(guān)鍵部件和系統，這將使下一代無(wú)線(xiàn)鏈路的設計的小型化(你好，物聯(lián)網(wǎng)!)，以提供更小，更高效的無(wú)線(xiàn)電和無(wú)線(xiàn)電子系統。在這第1部分中，我們看到了集成多個(gè)分立元件成更小，表面貼裝的版本，節省空間和成本，提高性能的最新無(wú)源元件。

這些組件都與現代的，高度集成的標準無(wú)線(xiàn)鏈路收發(fā)器芯片已經(jīng)提供了小尺寸的解決方案非常有用。由于這些既定的標準是他們的第三或第四代，集成無(wú)源器件高度優(yōu)化，包括微型前端，過(guò)濾器，非平衡變壓器和其他各種部件，可以為單一標準的解決方案，如無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接，或多種標準協(xié)議，如Wi-Fi無(wú)線(xiàn)藍牙組合。

在第二部分，我們將著(zhù)眼于活性成分，如射頻晶體管，混頻器，調制器和放大器，用于下一代無(wú)線(xiàn)電臺。這些作品的無(wú)線(xiàn)電設備的可能是原型，甚至生產(chǎn)未高度標準化的特殊功能的無(wú)線(xiàn)鏈路是有用的。這里，SoC的風(fēng)格的多芯片模塊或載板可以用于更準確地保持阻抗和天線(xiàn)特性。應當指出的是，如果大批量制造要發(fā)生，更綜合的定制硅可能是最好的解決辦法，以減少成本和尺寸，直到IC制造商趕上。即使在這種情況下，在這里討論的組件將仍然是有用的。所有部件，數據表，教程，并在這里引用的開(kāi)發(fā)套件可在網(wǎng)上Digi-Key的網(wǎng)站。

讓我們分離

如果你已經(jīng)在過(guò)去解決無(wú)線(xiàn)電項目，你知道，分立和無(wú)源元件設計的一個(gè)組成部分;從前端天線(xiàn)匹配到緊公差混頻器，振蕩器，變壓器，調制器，濾波器，開(kāi)關(guān)，雙工器，等等。雖然許多這些功能可作為一個(gè)組成部分，這可能是不可取的，尤其是在發(fā)展。例如，總是需要的過(guò)濾器，以對帶外的信號鑒別和衰減下來(lái)，以非常低的水平，同時(shí)保持全功率在感興趣的頻帶。離散濾波器的類(lèi)別包括集中LC，電介質(zhì)，和SAW(表1)。

Lumped L/CDielectricSAW

LossFair (3-5 dB)Best (2-3 dB)Good (2-4 dB)

AttenuationGoodGoodBest (sharp rolloff)

Size (WxL)Fair (200-400 mm²)Good (20-50 mm²)Best (5-14 mm²)

PowerWattsSeveral Watts0.01-1 W

Frequency0.5 GHz0.7-5 GHz0.7-5 GHz

表1：?jiǎn)纹蜑V波器的特性。

而簡(jiǎn)單的過(guò)濾器可以由幾個(gè)非常小的電阻，電容，和電感器，多個(gè)階段和極點(diǎn)可以通過(guò)使用更復雜的結構來(lái)實(shí)現。

集成電路不要做出最好的過(guò)濾器?？梢允褂肅MOS工藝技術(shù)制造的典型電感的Q是小于10與銅金屬化技術(shù)，這可以的問(wèn)題是，以盡量減少插入損耗，需要在幾百的Q值增加一倍至約20。目前，只有分立濾波器能做到這一點(diǎn)。

過(guò)濾器用于整個(gè)無(wú)線(xiàn)電內部和硅阻擋外(圖1)。這里，需要在天線(xiàn)匹配和信號路徑外部濾波器，以允許接收被剝離和傳輸數據的數據傳遞，很少或沒(méi)有衰減。這是特別重要的，當一個(gè)天線(xiàn)被用于發(fā)送和接收，或用于與一個(gè)以上的協(xié)議。

RF濾波器的圖像

圖1：廣泛需要內部和RF收發(fā)器以外的過(guò)濾器。外部分立器件的更好的性能使內部IF和基帶濾波器，分享不同的協(xié)議和樂(lè )隊之間的共同路徑。

對于這兩種標準的“現在使用”無(wú)線(xiàn)電設備，以及新一代的收音機一樣，約翰森的2450BP07A0100T單芯片帶通濾波器的體積更小集成濾波器塊高度優(yōu)化 - 在這種情況下，對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的2.4 GHz頻段。

需要注意的是更好的元件匹配是可以實(shí)現這些單片組件。這是因為它是更難匹配元件特性帶有在不同的制造運行制造的部件。其結果是，這些組合部件可以表現出更高的公差比容易實(shí)現使用分立元件。

在這種情況下，0402的外形尺寸提供了100兆赫帶寬具有緊縮2.45GHz的中心頻率用一個(gè)非常小的1×0.5毫米面積和0.43毫米的高度。與組合件的另一個(gè)很好的因素是零部件的方向往往可以采取三維疊層中的優(yōu)勢，以減少階段之間的噪聲和干擾。

約翰森提供產(chǎn)品培訓模塊描述集成的單芯片濾波器如何通過(guò)制造過(guò)程中提供更好的性能，可靠性和一致性。采取通知那幾個(gè)，這些部件可以合并以提高性能為好。例如，在加入TDK DEA102500LT-6307A1低通濾波器可幫助等與較高頻率的無(wú)線(xiàn)LAN中使用的5GHz的塊雙波段更高的頻率。層疊濾光器元件是如添加更多極點(diǎn)到過(guò)濾器，并且可以提高性能。然而，也將有信號衰減因此較為敏感前端放大器，可能需要，特別是對于多頻帶操作。

攻絲過(guò)同一天線(xiàn)點(diǎn)為2.4 GHz的低和帶通濾波器可以是高頻帶通濾波器，用于5GHz的為好，如TDK DEA105425BT-1293A1。從TDK的445-7845-KIT，一個(gè)演示/開(kāi)發(fā)工具包，允許900 MHz和2.4GHz的實(shí)驗和包含幾個(gè)雙工器和濾波器專(zhuān)為公共協(xié)議。

在樂(lè )隊里演奏

它不僅是單一的協(xié)議，能夠以一個(gè)特定頻帶。例如，在2.4 GHz ISM頻段，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，藍牙，ZigBee，W6LowPan，ANT +，GSM，DECT，和其他一些協(xié)議可能需要共存。而在頻譜占用能量，這些可以使用不同的調制技術(shù)，不同的跳頻算法。這樣一來(lái)，你將要選擇的過(guò)濾器，允許不同的波段特征，如寬度和數據傳輸速率。

取，例如，多層陶瓷太陽(yáng)誘電FI105L250014-T濾波器，其目的是提供服務(wù)的W-蘭和藍牙。同樣，約翰森1810BP07B200T作為瞄準GSM和CDMA蜂窩應用。當傳輸路徑必須服務(wù)幾個(gè)互操作的頻帶和協(xié)議，基于電感的共模濾波器也可以是有用的路線(xiàn)只有期望信號到過(guò)濾器和解調器。這些越來(lái)越小為好?？紤]，例如，在約翰森技術(shù)集成無(wú)源元件或ABRACON ACMF-03和ACMF-04系列的薄膜的過(guò)濾好的高達6GHz。整合提供了很好的溫度范圍內(-55至+ 150℃)與阻抗為35?，ABRACON的ACMF-03-350-T，65? ACMF-03-650-T，并在90?供應商的ACMF-04-900-T。需要注意的是不同的芯片制造商的部分可以用于非50-進(jìn)行優(yōu)化?傳輸路徑。還要注意他們在參考設計引用的部件的特征。

如GPS，有些功能可能不希望與其他樂(lè )隊共享天線(xiàn)和痕跡。當鎖定到一個(gè)微弱的衛星信號非常具體的前端電子可以有所作為。這使得特定的天線(xiàn)和天線(xiàn)的最佳接收獨立的位置。對于GPS專(zhuān)業(yè)外形減小電路也變得更加精致?？匆豢?，例如，從村田電子的RF SAW濾波器專(zhuān)為GPS接收器。

非平衡變壓器

類(lèi)似的過(guò)濾器，但是，供應到接口半導體發(fā)射機的PCB和SMT天線(xiàn)是不平衡變壓器，基本上變成單端傳輸線(xiàn)路為差分驅動(dòng)器用于天線(xiàn)。差動(dòng)連接的關(guān)鍵是減少共模噪聲，并且可以提高顯著(zhù)信號質(zhì)量。

不平衡轉換器可以半打分立元件集成到一個(gè)單一的，小尺寸的表面安裝部件(圖2)，并且它們可用于標準以及通用頻率。他們匹配阻抗，具有傳輸線(xiàn)的特性，并且需要非常具體的接地面和PCB材料。