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基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

發布時間:2018-10-25 責任編輯:wenwei

【導讀】當前移動設備和物聯網設備市場正經歷著史無前例的高速增長。盡管數字電路在摩爾定律的驅動下繼續增加著集成度,但射頻電路卻無法按相同比例減小尺寸。因此射頻電路尤其是無源器件部分的進一步集成,已經日益成為系統小型化的關鍵。為了滿足不斷增長的需求、減小尺寸和成本、增加功能,集成無源器件(IPD)技術已成為射頻前端設計的一種可行性技術。現如今,它已經從低溫共燒陶瓷(LTCC)發展到薄膜技術,例如使用高阻硅(HRSi)或玻璃基板。
 
近來,玻璃通孔技術被視為實現集成、低成本和高性能無源器件最有前途的技術之一。與二維平面電感相比,采用TGV結構的三維電感具有更好的品質因數。與硅相比,玻璃的介電常數較低,電阻率較高,因而具有較好的高頻性能。諸如使用TGV構建的濾波器和雙工器之類的無源器件,在確保較小的帶內插損和較大的帶外抑制能力的同時,還能在尺寸上做小。
 
本文將通過比較TGV電感與LTCC、HRSi和玻璃基板上的電感來演示TGV的性能,并在系統層次上也進行了類似的比較。利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃,我們分別設計了一種載波聚合(CA)雙工器,從而比較它們的性能,如IL、隔離和抑制。我們還將并從TGV工藝角度研究TGV性能的進一步提高的可能性。
 
 
電感在TGV、LTCC、HRSi和玻璃下的比較
 
電感分別采用LTCC、TGV、平面HRSi和平面玻璃進行了設計。為了公平比較,我們制作了三組電感,每組具有相同的電感值和尺寸。如表1所示,TGV電感在品質因數(Q)和自諧振頻率(SRF)方面具有最佳性能。
 
基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術
表1 電感性能比較
 
基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術
表2 電感性能示意圖
 
TGV、LTCC、HRSi和玻璃雙工器的比較
 
載波聚合是有效利用頻譜并擴展數據帶寬的重要技術。越來越多的頻譜被聚合,包括ISM頻段,以進一步提高數據吞吐量。這給射頻前端在這些分離的頻帶上同時運行帶來了挑戰。多路復用天線是讓緊湊型射頻前端模塊(RF FEM)的尺寸在不同載體上運行的解決方案之一。
 
我們利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃分別設計了一種CA雙工器。設計中使用了100um直徑的和300um深度的TGV。與LTCC器件相比,TGV器件具有更小的尺寸和相似的性能,并且還可以使用更大的徑深比來進一步改進。
 
基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術
表3 雙工器性能比較
 
基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術
圖1 TGV雙工器性能示意圖
 
TGV工藝對性能的影響
 
為了獲得更好的IPD,我們不斷努力實現小而深的通孔金屬化、更緊密的通孔間距、更低的玻璃基板介電常數及層狀2D模式的兼容性,從而進一步改善TGV。我們設計了幾款采用不同的TGV徑深比的雙工器來比較高徑深比TGV的尺寸優勢。
 
基于玻璃通孔的射頻集成無源器件技術
表4 不同TGV徑深比的雙工器
 
結論
 
本文對TGV、LTCC、HRSi、glass等多種IPD技術進行了綜合研究。無論是電感還是雙工器的比較表明,TGV技術在射頻應用中具有廣闊的應用前景。除此之外,我們還研究了TGV工藝對性能的影響,并指出了今后TGV工藝發展的方向。
 
 
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