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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(jī)，平板電腦和其他移動(dòng)設(shè)備必須支持多個(gè)射頻頻段比以往任何時(shí)候，并配備了越來越多的無線功能。盡管他們的RF電路變得越來越復(fù)雜的事實(shí)，這些設(shè)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(shè)計(jì)師們認(rèn)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(xiàn)，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(diào)制，解調(diào)，天線匹配，和波傳播的模擬領(lǐng)域的整合。

本文著眼于一些關(guān)鍵部件和系統(tǒng)，這將使下一代無線鏈路的設(shè)計(jì)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的解決方案，如無線網(wǎng)絡(luò)連接，或多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如Wi-Fi無線藍(lán)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(diào)制器和放大器，用于下一代無線電臺。這些作品的無線電設(shè)備的可能是原型，甚至生產(chǎn)未高度標(biāo)準(zhǔn)化的特殊功能的無線鏈路是有用的。這里，SoC的風(fēng)格的多芯片模塊或載板可以用于更準(zhǔn)確地保持阻抗和天線特性。應(yīng)當(dāng)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(xiàng)目，你知道，分立和無源元件設(shè)計(jì)的一個(gè)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(diào)制器，濾波器，開關(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(shí)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(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

Frequency<0.5 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(gè)非常小的電阻，電容，和電感器，多個(gè)階段和極點(diǎn)可以通過使用更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

集成電路不要做出最好的過濾器。可以使用CMOS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)。

過濾器用于整個(gè)無線電內(nèi)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(dāng)一個(gè)天線被用于發(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(nèi)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(nèi)部IF和基帶濾波器，分享不同的協(xié)議和樂隊(duì)之間的共同路徑。

對于這兩種標(biāo)準(zhǔn)的“現(xiàn)在使用”無線電設(shè)備，以及新一代的收音機(jī)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(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(xiàn)這些單片組件。這是因?yàn)樗歉y匹配元件特性帶有在不同的制造運(yùn)行制造的部件。其結(jié)果是，這些組合部件可以表現(xiàn)出更高的公差比容易實(shí)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(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(xùn)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(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(diǎn)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(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/開發(fā)工具包，允許900 MHz和2.4GHz的實(shí)驗(yàn)和包含幾個(gè)雙工器和濾波器專為公共協(xié)議。

在樂隊(duì)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，無線網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)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(diào)制技術(shù)，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(wù)的W-蘭和藍(lán)牙。同樣，約翰森1810BP07B200T作為瞄準(zhǔn)GSM和CDMA蜂窩應(yīng)用。當(dāng)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只有期望信號到過濾器和解調(diào)器。這些越來越小為好?？紤]，例如，在約翰森技術(shù)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(dá)6GHz。整合提供了很好的溫度范圍內(nèi)(-55至+ 150℃)與阻抗為35?，ABRACON的ACMF-03-350-T，65? ACMF-03-650-T，并在90?供應(yīng)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(shè)計(jì)引用的部件的特征。

如GPS，有些功能可能不希望與其他樂隊(duì)共享天線和痕跡。當(dāng)鎖定到一個(gè)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(dú)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(yīng)到接口半導(dǎo)體發(fā)射機(jī)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(qū)動(dòng)器用于天線。差動(dòng)連接的關(guān)鍵是減少共模噪聲，并且可以提高顯著信號質(zhì)量。

不平衡轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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。[!--empirenews.page--]

巴倫圖像

圖2：單片不平衡轉(zhuǎn)換器吸收的幾個(gè)關(guān)鍵組件，相比分立式解決方案，功能部件的更好的平衡匹配。

因?yàn)槠胶?- 不平衡變換器直接接口發(fā)送路徑到天線，它也必須能夠處理與該頻帶中的最大允許能量相關(guān)聯(lián)的功率電平。通常情況下，平衡不平衡變換器將能夠處理功率的幾瓦。

就拿中，約翰森2450系列2450BL15B100E平衡轉(zhuǎn)換器支持Wi-Fi和藍(lán)牙。這股相同的載波頻率，但很容易通過兩種調(diào)制技術(shù)的Wi-Fi和藍(lán)牙，可以處理高達(dá)3 W與50或100-?阻抗。

對于需要全雙工操作的數(shù)據(jù)鏈路，現(xiàn)代雙工器和雙工器可以讓一個(gè)RF部分是同時(shí)接收狀態(tài)從相同的天線選擇一個(gè)不同的信號同時(shí)(圖3)發(fā)送。像Avago的ACMD-7402-BLK元件能夠安裝在小3個(gè)貼片CSP封裝或者甚至是0402包像薄膜TDK TFSD10055950-5102A2或TDK DPX165850DT-8017A1雙工器為2.4和5GHz無線局域網(wǎng)諸如802.11 ñ。

雙工器和雙工器的圖像

圖3：內(nèi)部整體雙工器和雙工器精心衰減高，低和帶通濾波器做的，而衰減，其余傳球只有目標(biāo)頻率的一個(gè)不錯(cuò)的工作。

棋牌游戲

隨著利用現(xiàn)代小波長頻段，在PCB天線呈現(xiàn)出創(chuàng)造一個(gè)低成本和相當(dāng)可靠的收發(fā)天線的有效性。盡管有效，但很多這樣的設(shè)計(jì)要求非常具體的接地面，遠(yuǎn)離領(lǐng)域。

其結(jié)果是，外部天線已通過在天線布局提供了更多的靈活性取得了進(jìn)展。這可以通過允許收發(fā)點(diǎn)位于遠(yuǎn)離嘈雜的數(shù)字線路提高性能，甚至讓嵌入式micrcontrollers選擇基于實(shí)時(shí)信息的RSSI不同的天線。

幾個(gè)良好表現(xiàn)單片表面安裝天線很容易在低成本，以允許這種靈活性，包括TDK ANT016008LCD2442MA1(圖4)，這是一個(gè)多人陶瓷雙頻(2.4和5GHz)的高效率天線封裝在一個(gè)0603式表面貼裝封裝。它的只有0.4毫米的高度，使得它比足以滿足最緊湊的ISM設(shè)計(jì)更多。

TDK ANT016008LCD2442MA1的圖像

圖4：多層陶瓷天線是如此之小，結(jié)構(gòu)緊湊，他們往往需要比單臺分立無源元件的空間更小。

另一個(gè)有趣的天線選擇是拐角處，安裝單元，可呈現(xiàn)天線遠(yuǎn)離中心 - 障礙物或單邊緣安裝解決方案不能。

例如，Antenova的A10464具有小于0.5毫米的高度，并且可以安裝使用小接地面你的PCB用于GSM應(yīng)用程序(圖5)上的角落。特別是在手機(jī)中，頭部可以是干擾源。角坐騎允許更清晰的路徑和視線與塔或衛(wèi)星連接更多的機(jī)會。

Antenova公司A10464角落安裝天線的形象

圖5：角安裝天線可以在手持式應(yīng)用，如手機(jī)，其中接近頭部可以將信號衰減提供視線較好的特點(diǎn)。

綜上所述

大量使用標(biāo)準(zhǔn)的無線電設(shè)備仍在萎縮，以便與其他有線和無線鏈路進(jìn)行更多的整合。雖然高度集成的器件處理設(shè)計(jì)的有源部分相當(dāng)不錯(cuò)了已經(jīng)建立和支持的協(xié)議，外部分立器件和無源器件通常做的比芯片解決方案更好的工作在優(yōu)化性能和成本。本系列的第2部分將討論離散或裸片形式的活動(dòng)無線電元件。