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基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术

发布时间:2018-10-25 责任编辑:wenwei

【导读】当前移动设备和物联网设备市场正经历着史无前例的高速增长。尽管数字电路在摩尔定律的驱动下继续增加着集成度,但射频电路却无法按相同比例减小尺寸。因此射频电路尤其是无源器件部分的进一步集成,已经日益成为系统小型化的关键。为了满足不断增长的需求、减小尺寸和成本、增加功能,集成无源器件(IPD)技术已成为射频前端设计的一种可行性技术。现如今,它已经从低温共烧陶瓷(LTCC)发展到薄膜技术,例如使用高阻硅(HRSi)或玻璃基板。
 
近来,玻璃通孔技术被视为实现集成、低成本和高性能无源器件最有前途的技术之一。与二维平面电感相比,采用TGV结构的三维电感具有更好的品质因数。与硅相比,玻璃的介电常数较低,电阻率较高,因而具有较好的高频性能。诸如使用TGV构建的滤波器和双工器之类的无源器件,在确保较小的带内插损和较大的带外抑制能力的同时,还能在尺寸上做小。
 
本文将通过比较TGV电感与LTCC、HRSi和玻璃基板上的电感来演示TGV的性能,并在系统层次上也进行了类似的比较。利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃,我们分别设计了一种载波聚合(CA)双工器,从而比较它们的性能,如IL、隔离和抑制。我们还将并从TGV工艺角度研究TGV性能的进一步提高的可能性。
 
 
电感在TGV、LTCC、HRSi和玻璃下的比较
 
电感分别采用LTCC、TGV、平面HRSi和平面玻璃进行了设计。为了公平比较,我们制作了三组电感,每组具有相同的电感值和尺寸。如表1所示,TGV电感在品质因数(Q)和自谐振频率(SRF)方面具有最佳性能。
 
基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
表1 电感性能比较
 
基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
表2 电感性能示意图
 
TGV、LTCC、HRSi和玻璃双工器的比较
 
载波聚合是有效利用频谱并扩展数据带宽的重要技术。越来越多的频谱被聚合,包括ISM频段,以进一步提高数据吞吐量。这给射频前端在这些分离的频带上同时运行带来了挑战。多路复用天线是让紧凑型射频前端模块(RF FEM)的尺寸在不同载体上运行的解决方案之一。
 
我们利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃分别设计了一种CA双工器。设计中使用了100um直径的和300um深度的TGV。与LTCC器件相比,TGV器件具有更小的尺寸和相似的性能,并且还可以使用更大的径深比来进一步改进。
 
基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
表3 双工器性能比较
 
基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
图1 TGV双工器性能示意图
 
TGV工艺对性能的影响
 
为了获得更好的IPD,我们不断努力实现小而深的通孔金属化、更紧密的通孔间距、更低的玻璃基板介电常数及层状2D模式的兼容性,从而进一步改善TGV。我们设计了几款采用不同的TGV径深比的双工器来比较高径深比TGV的尺寸优势。
 
基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
表4 不同TGV径深比的双工器
 
结论
 
本文对TGV、LTCC、HRSi、glass等多种IPD技术进行了综合研究。无论是电感还是双工器的比较表明,TGV技术在射频应用中具有广阔的应用前景。除此之外,我们还研究了TGV工艺对性能的影响,并指出了今后TGV工艺发展的方向。
 
 
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