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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足市場的需求，智能手機，平板電腦和其他移動設備必須支持多個射頻頻段比以往任何時候，并配備了越來越多的無線功能。盡管他們的RF電路變得越來越復雜的事實，這些設備必須保持為緊湊如果不是更緊湊，每個新的模式?？紤]到這一點，設計師們認識到，高頻率的好處之一是，組件可以變得更小。具體來說，天線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部分的無縫融合數(shù)字功能與RF調制，解調，天線匹配，和波傳播的模擬領域的整合。

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

這些組件都與現(xiàn)代的，高度集成的標準無線鏈路收發(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，集成無源器件高度優(yōu)化，包括微型前端，過濾器，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，如無線網(wǎng)絡連接，或多種標準協(xié)議，如Wi-Fi無線藍牙組合。

在第二部分，我們將著眼于活性成分，如射頻晶體管，混頻器，調制器和放大器，用于下一代無線電臺。這些作品的無線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線鏈路是有用的。這里，SoC的風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(shù)據(jù)表，教程，并在這里引用的開發(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)在過去解決無線電項目，你知道，分立和無源元件設計的一個組成部分;從前端天線匹配到緊公差混頻器，振蕩器，變壓器，調制器，濾波器，開關，雙工器，等等。雖然許多這些功能可作為一個組成部分，這可能是不可取的，尤其是在發(fā)展。例如，總是需要的過濾器，以對帶外的信號鑒別和衰減下來，以非常低的水平，同時保持全功率在感興趣的頻帶。離散濾波器的類別包括集中LC，電介質，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：單片型濾波器的特性。

而簡單的過濾器可以由幾個非常小的電阻，電容，和電感器，多個階段和極點可以通過使用更復雜的結構來實現(xiàn)。

集成電路不要做出最好的過濾器?？梢允褂肅MOS工藝技術制造的典型電感的Q是小于10與銅金屬化技術，這可以的問題是，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。

過濾器用于整個無線電內部和硅阻擋外(圖1)。這里，需要在天線匹配和信號路徑外部濾波器，以允許接收被剝離和傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳遞，很少或沒有衰減。這是特別重要的，當一個天線被用于發(fā)送和接收，或用于與一個以上的協(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)議和樂隊之間的共同路徑。

對于這兩種標準的“現(xiàn)在使用”無線電設備，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，對于無線網(wǎng)絡的2.4 GHz頻段。

需要注意的是更好的元件匹配是可以實現(xiàn)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(xiàn)出更高的公差比容易實現(xiàn)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制造過程中提供更好的性能，可靠性和一致性。采取通知那幾個，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線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到過濾器，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。

攻絲過同一天線點為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，一個演示/開發(fā)工具包，允許900 MHz和2.4GHz的實驗和包含幾個雙工器和濾波器專為公共協(xié)議。

在樂隊里演奏

它不僅是單一的協(xié)議，能夠以一個特定頻帶。例如，在2.4 GHz ISM頻段，無線網(wǎng)絡，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，不同的跳頻算法。這樣一來，你將要選擇的過濾器，允許不同的波段特征，如寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率。

取，例如，多層陶瓷太陽誘電FI105L250014-T濾波器，其目的是提供服務的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幾個互操作的頻帶和協(xié)議，基于電感的共模濾波器也可以是有用的路線只有期望信號到過濾器和解調器。這些越來越小為好。考慮，例如，在約翰森技術集成無源元件或ABRACON ACMF-03和ACMF-04系列的薄膜的過濾好的高達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隊共享天線和痕跡。當鎖定到一個微弱的衛(wèi)星信號非常具體的前端電子可以有所作為。這使得特定的天線和天線的最佳接收獨立的位置。對于GPS專業(yè)外形減小電路也變得更加精致?？匆豢矗?，從村田電子的RF SAW濾波器專為GPS接收器。

非平衡變壓器

類似的過濾器，但是，供應到接口半導體發(fā)射機的PCB和SMT天線是不平衡變壓器，基本上變成單端傳輸線路為差分驅動器用于天線。差動連接的關鍵是減少共模噪聲，并且可以提高顯著信號質量。

不平衡轉換器可以半打分立元件集成到一個單一的，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，具有傳輸線的特性，并且需要非常具體的接地面和PCB材料。