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

为了提供全球覆盖和满足市场的需求，智能手机，平板电脑和其他移动设备必须支持多个射频频段比以往任何时候，并配备了越来越多的无线功能。尽管他们的RF电路变得越来越复杂的事实，这些设备必须保持为紧凑如果不是更紧凑，每个新的模式。考虑到这一点，设计师们认识到，高频率的好处之一是，组件可以变得更小。具体来说，天线和电感器可以收缩到表面贴装和PCB尺寸。集成电路，也能做出贡献，并促成了这一收缩巨星工艺几何尺寸允许的完整的RF部分的无缝融合数字功能与RF调制，解调，天线匹配，和波传播的模拟领域的整合。

本文着眼于一些关键部件和系统，这将使下一代无线链路的设计的小型化(你好，物联网!)，以提供更小，更高效的无线电和无线电子系统。在这第1部分中，我们看到了集成多个分立元件成更小，表面贴装的版本，节省空间和成本，提高性能的最新无源元件。

这些组件都与现代的，高度集成的标准无线链路收发器芯片已经提供了小尺寸的解决方案非常有用。由于这些既定的标准是他们的第三或第四代，集成无源器件高度优化，包括微型前端，过滤器，非平衡变压器和其他各种部件，可以为单一标准的解决方案，如无线网络连接，或多种标准协议，如Wi-Fi无线蓝牙组合。

在第二部分，我们将着眼于活性成分，如射频晶体管，混频器，调制器和放大器，用于下一代无线电台。这些作品的无线电设备的可能是原型，甚至生产未高度标准化的特殊功能的无线链路是有用的。这里，SoC的风格的多芯片模块或载板可以用于更准确地保持阻抗和天线特性。应当指出的是，如果大批量制造要发生，更综合的定制硅可能是最好的解决办法，以减少成本和尺寸，直到IC制造商赶上。即使在这种情况下，在这里讨论的组件将仍然是有用的。所有部件，数据表，教程，并在这里引用的开发套件可在网上Digi-Key的网站。

让我们分离

如果你已经在过去解决无线电项目，你知道，分立和无源元件设计的一个组成部分;从前端天线匹配到紧公差混频器，振荡器，变压器，调制器，滤波器，开关，双工器，等等。虽然许多这些功能可作为一个组成部分，这可能是不可取的，尤其是在发展。例如，总是需要的过滤器，以对带外的信号鉴别和衰减下来，以非常低的水平，同时保持全功率在感兴趣的频带。离散滤波器的类别包括集中LC，电介质，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：单片型滤波器的特性。

而简单的过滤器可以由几个非常小的电阻，电容，和电感器，多个阶段和极点可以通过使用更复杂的结构来实现。

集成电路不要做出最好的过滤器。可以使用CMOS工艺技术制造的典型电感的Q是小于10与铜金属化技术，这可以的问题是，以尽量减少插入损耗，需要在几百的Q值增加一倍至约20。目前，只有分立滤波器能做到这一点。

过滤器用于整个无线电内部和硅阻挡外(图1)。这里，需要在天线匹配和信号路径外部滤波器，以允许接收被剥离和传输数据的数据传递，很少或没有衰减。这是特别重要的，当一个天线被用于发送和接收，或用于与一个以上的协议。

RF滤波器的图像

图1：广泛需要内部和RF收发器以外的过滤器。外部分立器件的更好的性能使内部IF和基带滤波器，分享不同的协议和乐队之间的共同路径。

对于这两种标准的“现在使用”无线电设备，以及新一代的收音机一样，约翰森的2450BP07A0100T单芯片带通滤波器的体积更小集成滤波器块高度优化 - 在这种情况下，对于无线网络的2.4 GHz频段。

需要注意的是更好的元件匹配是可以实现这些单片组件。这是因为它是更难匹配元件特性带有在不同的制造运行制造的部件。其结果是，这些组合部件可以表现出更高的公差比容易实现使用分立元件。

在这种情况下，0402的外形尺寸提供了100兆赫带宽具有紧缩2.45GHz的中心频率用一个非常小的1×0.5毫米面积和0.43毫米的高度。与组合件的另一个很好的因素是零部件的方向往往可以采取三维叠层中的优势，以减少阶段之间的噪声和干扰。

约翰森提供产品培训模块描述集成的单芯片滤波器如何通过制造过程中提供更好的性能，可靠性和一致性。采取通知那几个，这些部件可以合并以提高性能为好。例如，在加入TDK DEA102500LT-6307A1低通滤波器可帮助等与较高频率的无线LAN中使用的5GHz的块双波段更高的频率。层叠滤光器元件是如添加更多极点到过滤器，并且可以提高性能。然而，也将有信号衰减因此较为敏感前端放大器，可能需要，特别是对于多频带操作。

攻丝过同一天线点为2.4 GHz的低和带通滤波器可以是高频带通滤波器，用于5GHz的为好，如TDK DEA105425BT-1293A1。从TDK的445-7845-KIT，一个演示/开发工具包，允许900 MHz和2.4GHz的实验和包含几个双工器和滤波器专为公共协议。

在乐队里演奏

它不仅是单一的协议，能够以一个特定频带。例如，在2.4 GHz ISM频段，无线网络，蓝牙，ZigBee，W6LowPan，ANT +，GSM，DECT，和其他一些协议可能需要共存。而在频谱占用能量，这些可以使用不同的调制技术，不同的跳频算法。这样一来，你将要选择的过滤器，允许不同的波段特征，如宽度和数据传输速率。

取，例如，多层陶瓷太阳诱电FI105L250014-T滤波器，其目的是提供服务的W-兰和蓝牙。同样，约翰森1810BP07B200T作为瞄准GSM和CDMA蜂窝应用。当传输路径必须服务几个互操作的频带和协议，基于电感的共模​​滤波器也可以是有用的路线只有期望信号到过滤器和解调器。这些越来越小为好。考虑，例如，在约翰森技术集成无源元件或ABRACON ACMF-03和ACMF-04系列的薄膜的过滤好的高达6GHz。整合提供了很好的温度范围内(-55至+ 150℃)与阻抗为35?，ABRACON的ACMF-03-350-T，65? ACMF-03-650-T，并在90?供应商的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-进行优化?传输路径。还要注意他们在参考设计引用的部件的特征。

如GPS，有些功能可能不希望与其他乐队共享天线和痕迹。当锁定到一个微弱的卫星信号非常具体的前端电子可以有所作为。这使得特定的天线和天线的最佳接收独立的位置。对于GPS专业外形减小电路也变得更加精致。看一看，例如，从村田电子的RF SAW滤波器专为GPS接收器。

非平衡变压器

类似的过滤器，但是，供应到接口半导体发射机的PCB和SMT天线是不平衡变压器，基本上变成单端传输线路为差分驱动器用于天线。差动连接的关键是减少共模噪声，并且可以提高显著信号质量。

不平衡转换器可以半打分立元件集成到一个单一的，小尺寸的表面安装部件(图2)，并且它们可用于标准以及通用频率。他们匹配阻抗，具有传输线的特性，并且需要非常具体的接地面和PCB材料。[!--empirenews.page--]

巴伦图像

图2：单片不平衡转换器吸收的几个关键组件，相比分立式解决方案，功能部件的更好的平衡匹配。

因为平衡 - 不平衡变换器直接接口发送路径到天线，它也必须能够处理与该频带中的最大允许能量相关联的功率电平。通常情况下，平衡不平衡变换器将能够处理功率的几瓦。

就拿中，约翰森2450系列2450BL15B100E平衡转换器支持Wi-Fi和蓝牙。这股相同的载波频率，但很容易通过两种调制技术的Wi-Fi和蓝牙，可以处理高达3 W与50或100-?阻抗。

对于需要全双工操作的数据链路，现代双工器和双工器可以让一个RF部分是同时接收状态从相同的天线选择一个不同的信号同时(图3)发送。像Avago的ACMD-7402-BLK元件能够安装在小3个贴片CSP封装或者甚至是0402包像薄膜TDK TFSD10055950-5102A2或TDK DPX165850DT-8017A1双工器为2.4和5GHz无线局域网诸如802.11 ñ。

双工器和双工器的图像

图3：内部整体双工器和双工器精心衰减高，低和带通滤波器做的，而衰减，其余传球只有目标频率的一个不错的工作。

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随着利用现代小波长频段，在PCB天线呈现出创造一个低成本和相当可靠的收发天线的有效性。尽管有效，但很多这样的设计要求非常具体的接地面，远离领域。

其结果是，外部天线已通过在天线布局提供了更多的灵活性取得了进展。这可以通过允许收发点位于远离嘈杂的数字线路提高性能，甚至让嵌入式micrcontrollers选择基于实时信息的RSSI不同的天线。

几个良好表现单片表面安装天线很容易在低成本，以允许这种灵活性，包括TDK ANT016008LCD2442MA1(图4)，这是一个多人陶瓷双频(2.4和5GHz)的高效率天线封装在一个0603式表面贴装封装。它的只有0.4毫米的高度，使得它比足以满足最紧凑的ISM设计更多。

TDK ANT016008LCD2442MA1的图像

图4：多层陶瓷天线是如此之小，结构紧凑，他们往往需要比单台分立无源元件的空间更小。

另一个有趣的天线选择是拐角处，安装单元，可呈现天线远离中心 - 障碍物或单边缘安装解决方案不能。

例如，Antenova的A10464具有小于0.5毫米的高度，并且可以安装使用小接地面你的PCB用于GSM应用程序(图5)上的角落。特别是在手机中，头部可以是干扰源。角坐骑允许更清晰的路径和视线与塔或卫星连接更多的机会。

Antenova公司A10464角落安装天线的形象

图5：角安装天线可以在手持式应用，如手机，其中接近头部可以将信号衰减提供视线较好的特点。

综上所述

大量使用标准的无线电设备仍在萎缩，以便与其他有线和无线链路进行更多的整合。虽然高度集成的器件处理设计的有源部分相当不错了已经建立和支持的协议，外部分立器件和无源器件通常做的比芯片解决方案更好的工作在优化性能和成本。本系列的第2部分将讨论离散或裸片形式的活动无线电元件。