RF设计与应用(二)射频内藏式被动元件设计

1、RF设计与应用（二）射频内藏式被动元件设计RFlt舆鹰用（二）射频内藏式被勤元件taif内藏式被勤元件（Embedded Passives or Integral Substrates）技衙可以酬以下蒯便由（1）降低成本；（2）滥品乾稹得以缩小；（3）减少焊黠，增加瞬崖品的可辨度；（4）内藏方式减少湮度、腐做影睿。以下便引封内藏式被勤元件作一IS介射频内藏:，元件功能性基板内藏式被勤元件（Embedded Passives or Integral Substrates）技淅的目的是符SMD被勤元件整合至印刷甯路板中，若可整合追些被勤元件，划裂造融商招可以攫得以下黑他僵黠：（1）减少被勤元件的使

2、用量，以降低成本在神通元件方面例如蜂巢式甯 >路 以及南星定位系统GPS，被勤元件典主勤元件在数量上的比例大概是100 ： 1 .所以使用内藏式被勤元件招可降低成本。此外在辗缥通IH 900MHz以及1800MHz I®用的甯容值、甯感值大多不大，所以可以利用内藏Embedded的方式取代。（2）筐品稹得以缩小。目前一 般印刷重路板的技淅，已可以朝向多眉印刷四，所以原本2D面稹的使用，我俨耨它樽换成3D空。例如耨甯容、重感以及滤波器等 裂作成多屠结横内藏於基板中，如此就可以利用多周的空减少上眉走的面稹。（3）减少焊黠，增加整他筐品的可靠度。耨SMD的元件焊 在基板上常曾出琨假焊

3、的麻，或者焊接黠不良厚致路或者JOR道高 C4）内藏方式减少湮度、腐做影容 > 可以增殖品的使用年限。本 文主要的内容是介貂利用内藏式甯容霓感的架情做2.4GHZ功率放大器。颊通IH崖品求的是IIS薄短小，所以通系统中的多主勤元件都已IC化了，在RF端（Front End）部分目前已有揩LAN， Converter，Synthesizer > I/Q modulatior/Demodulator and Synthesizer 等整合在一起的 IC。而其中功率放大器因以 及干援上的考量，目前面上一般都是褐立於整合IC外。所以我优趣押wireless LAN 2,4GHz功率放大器悬

4、内藏被勤元件功能性基板 的戴具。以下是各他系统的比蛟表，由表11可以翎蜕Wireless LAN的输出最大功率悬200mW（23dBm）。所以我的目棵是 内藏式元件的分析模援股制以及量触腌技淅。WLANBlu 巳 tooth4；DECTPHSPACS-RegionWorldEurporeEurporeJapanU.SDuplexingTDDqTDMTDWTDDFDDFrequency (Mz)2.4-2.4835+2. 4-2. 4835,1880-1900,L895-1918-1850-L9L01930-1990Carrier spacing (KHz)LQg10001728300300Nw

5、nber- of carriers1479，107716 pairsChannels per carriers*3*Q尔Q4。8 per pairsChannels bit rate (kb/s) enmL72.加H 52c3孙3孙Modulation*0C如3GFSFGFSPu ，4 DQPSk冗，4 QPSK口Speech codings为32 kb/5f32 kb/s*32kb/sAvg. handset TX power/MWWWWW/WVW2«/V10 m-VWvL0 inaVWv10 R 的 ww10 m ww25础。 wwPeak handset TX POWRW200

6、 ki和 ww200 M ,VSA/.z250 in舲80 m酢XAAA/200 MFrame durationsIOhis11. 25 ms*310 3n 5 如5 K15-2.5 ms*3射频内藏:，元件功能性基板salt表1-1各傅翰系磷格比麻射频内藏被勤元件功能性基板的研究分悬雨佃隋段。第一陷段建立雌散式模组，第二隋段建立内藏式模组。首先我俏豳十出雄散式（使用SMT的霞容，置勖的Power Amplifier模组，然窗将SMT元件利用内藏的技淅取代。使用的霞晶覆资料如表2-1所示型虢工作频率(GHz)Gm(dB)Vce(V)P1 dB(dBm)Vds(V)噩勤极BFG425W22021

7、2输出极BFG11/X1.953.625输出极HW1687ra2.41631.510表2T腿筋融(BFP450)加赖出级OUH687RA)放大膂,算甯路架楂4圈2-卜2-1雄散式功率放大需重路架横卸工作直流甯JS悬 Bias VDS = 5V ；霞流 I = 300 mA > VGS = -3.6V， Vcc = 3V ；工作率 fc = 2.4Ghz ；Output PldB = 23992dBm(量浜Jga果)，增益 Gain(S21) = 25.67dB，辞细量测 S 叁数§5见圈 2-2。第ffl Output PldB fflmMttl 2 3。寅作 MSB 2-4。

8、S Parameter一 四(322)dB(S21)Frequency (GHz)圈2-2蹄散式功率放大容曼浏S字数圈Pin VS Pout(Lnmpinod2117-14-9-416Pin (dBm)ffl 2-3 瞰式功率放大器Output PldB ffl1 2-4篁作犍播第二增留内藏式模级。本文中内薮甯容的桀描可分焉诲罩的而属阳m雀容，免圈2-5。圈2-5雨培四批甯:容越拚圈/假如冬要敕大的雷容值可以探用J息限域腐口越“的多屈阳M甯容架携，蕊免圈2-6。,ivTf4 aL置2-6四届M1M甯容横豳t此外因悬重容值是正比於南耦合板冏的介介富常数，所以我优也可以藉由屋合高介甯保数的材料来增

9、加甯容值至於甯感的架横一般可分Spiral雷感（圈2-7）以及Solenoid雷臧（圈2-8），道雨槿雷喊各有不同的僵缺黠，Spiral电破裂作容易，不遇Q值郤太低而Solenoid甯感Q值即比Spiral重感较佳。不遇因悬甯感揖耗较大所以在介霞材料的康用上超向使用低揖耗的材料。言卜通帮恪利用高EM软§(HFSS，XFDTD诙暹俏情期f。图2-8 Solenoid甯感触播圈小接著利用模擦的结果符SMT元件利用内藏的技街取代。Built_in capacitor 2.4GHz Power amplifier ( HW1687 + BFP450 )Built_in capacitor 2

10、.4GHz Power amplifier 2-9。工作直流甯JR悬 BiasVcc=3V > Ic=70mA > VDS = 5V ； VGS = 3.6V 甯流卷 ID = 300 mA > 工作频率 fc = 2.4Ghz ；增益 Gain(S21) = 22.5dB，帮ffl量混| S数鹊见圄210。而增益部分略低於先Discrete量冽皓果24dB。内藏式功率放大器Output PldB mMM 2-12。圈 2-9 Bullt in capacitor 2.4GHz Power amplifier阖 2To Built-in capacitor 2. 4GHz P

11、ower amplifier 量测 5 卷"数圈,B d 11 p50-1500 5 0 5 0 3 CXJ 2 IX 1*smpBzo-10-5Input (dBm)-20圈2-LL内藏式动孽放大器Output PldB圈表2T卷内藏式甯容比较表，built-in capacitor 4?胡居MIM甯容。豺值。SMD 值Built in Size-2. 4GHzPA。CWIpFipF<L2.弊L2. 8eilPC22出2pL9缸9疝卜C3。8. 2pF。8.2pF。40利0位1。卬12pF12pF4/49mW兼.2-2篇&眇版本吃舆Bull Jin版本PA的曼浏比较结

12、果。SW PAqBuilt in PAq、六人六入人入内不入Py2. 4GHz PAPldBpGain(dB)Pl的Gain(dB*BFP45W15. d12. dXq12.58qHW1687E25. 6加11.9。11.5。BFP45WHWl6K7。25,6"23. 93阪22. AA 2-2雕散式典内藏式元件愿用於射频之甯性差昊到目前悬止在内藏式功率放大器模缄方面，可以看出利用内藏式重容能别取代discrete的甯容，而其效果也不差。所以只要有精硅的裂程、 材料控制及阖咯，Built-in基板可以符面稹缩的更小，鹿用眉面也可以财泛。雕散式典内藏式元件鹰用在射频领域畤，其甯性差明如下:(1)雕散式甯容、甯感的Q值比内藏式元件佳，加且元件互相干援的情形也臃低微。所以使用内藏式元件取代雕散式元件第一面封的困辘黠是揖耗上的考量，道最大的是材料上的透探，此外甯路也有影警 > 例如重感揉用圄形的Spiral也可改善，(2)此外另一帽困甦黠是内藏式元件干摄以及微飘的改善。因悬内藏式模组混合了多&，元件，所以模掇方面就要考量所以被勤元件才能符干援的冏题避免，所以必须利用EMo(3)未来最大的困峰就是如何整合多他内藏