針對ISM應(yīng)用的上變頻器充分發(fā)揮LTCC技術(shù)的優(yōu)勢

多數(shù)無線應(yīng)用讓人想到800至 900 MHz和1800至2000MHz的蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻段，但是數(shù)量不斷增加的無線應(yīng)用開始使用非許可的工業(yè)-科學(xué)-醫(yī)學(xué)(ISM)頻段，該頻段范圍在2400MHz到2500MHz和5725 到 5875 MHz。為了推進在這些更高ISM頻段內(nèi)的設(shè)計技術(shù)發(fā)展，Mini-Circuits公司開發(fā)出一種高性能有源混頻器，可以讓原始設(shè)備制造商(OEM)把目前的2450MHz頻段工作頻率上變頻到5.7至5.8GHz頻段。該公司的SIM-U63+型混頻器基于低溫協(xié)同燒結(jié)陶瓷(LTCC)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和一種高度可制造電路設(shè)計技術(shù)這三種技術(shù)的結(jié)合。這種獲得專利的技術(shù)結(jié)合使器件尺寸小、對靜電放電(ESD)高度不敏感以及具有極好的溫度穩(wěn)定特性。

ISM頻段頻率通常被稱作“非管制頻率”，因為公眾都可以獨立使用，不需要獲得政府授權(quán)或者遵守規(guī)定。雖然是未授權(quán)的，但為ISM頻段用途制造的產(chǎn)品也必須按照適用規(guī)則制定部門，如美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的規(guī)定，滿足功率限制和頻率容許要求。因此，頻率決定性部件，如混頻器和振蕩器，必須具有時間和包括溫度在內(nèi)的不同環(huán)境條件下的性能穩(wěn)定性。

SIM-U63+混頻器(圖1)采用LTCC作為襯底，十分適合多層電路設(shè)計。同傳統(tǒng)的平面電路設(shè)計相比，LTCC電路能夠?qū)崿F(xiàn)三維設(shè)計和制造，甚至為節(jié)省空間在層間也可以嵌入部件，而平面電路設(shè)計中所有元件都放置在單層印制板的一側(cè)。上述方法使混頻器的測量尺寸僅僅只有0.2×0.18×0.08英寸(5.1×4.6×2.1 mm)，比一些基于商用半導(dǎo)體技術(shù)的混頻器尺寸小。此外，盡管SIM-U63+混頻器結(jié)合了半導(dǎo)體技術(shù)以獲得其非線性頻率變換功能，但有源設(shè)計使其工作時不需要直流偏置(同那些在應(yīng)用時需要固定直流偏置的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體或集成電路混頻器作比較)。

SIM-U63+為一種雙平衡混頻器(圖2)，除開二極管之外，整個結(jié)構(gòu)都在自然密封的LTCC多層板上實現(xiàn)。通過把組件集成到LTCC上，混頻器體積得到最小化，這使其在抗沖擊和抗震動方面都極度強健。事實上，通常與環(huán)境性能優(yōu)良的軍用級部件結(jié)合起來，整個混頻器結(jié)構(gòu)能夠忍耐在溫度、濕度、震動和機械撞擊等方面的極端環(huán)境條件。

這種混頻器兼容RoHS，制造時沒有使用石墨焊劑或其它有害材料，它還能抵抗通常對單塊集成電路半導(dǎo)體混頻器有害的嚴(yán)重的ESD環(huán)境。同該公司其它SIM混頻器產(chǎn)品線相似，SIMU63+滿足1C類ESD要求，在人體模型條件下測試達到1000V水平(比較而言，標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體混頻器典型地只滿足1A類250VHBM測試)。SIM-U63+混頻器還滿足M2類ESD要求(按照ESD設(shè)計模型按100V測試)

性能評估

SIM-U63+混頻器接收2400到2500MHz的中頻(IF)信號和3100到3600MHz之間、標(biāo)稱幅度為+7dBm本振(LO)信號頻率，產(chǎn)生5500到6000MHz的射頻輸出信號(足以超出ISM頻段5725 到 5875 MHz的范圍)，其上變頻典型的變頻損耗為6.8dB。即便在其它本振驅(qū)動電平下，混頻器變頻損耗也具有一致表現(xiàn)。例如，在LO驅(qū)動電平為+4、+7和+10dBm下測試，SIM-U63+在整個5500到6000-MHz射頻輸出范圍內(nèi)表現(xiàn)出非常一致的變頻損耗曲線(圖3)。在不同本振驅(qū)動電平下進行頻率掃描測試仿真出本振功率變化以及跨越較寬頻率范圍時產(chǎn)生的影響。在跨越500MHz測量帶寬內(nèi)典型的本振功率變化量是+0.7/-0.3dB。