當(dāng)今“始終連接”的世界需要可靠、高性能、高能效的無線連接。射頻通信對(duì)于移動(dòng)和無繩電話、平板電腦、游戲機(jī)和機(jī)頂盒的成功運(yùn)行至關(guān)重要。在汽車領(lǐng)域，從胎壓監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程進(jìn)入到導(dǎo)航和信息娛樂，無線在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。射頻通信在多旋翼飛行器的控制中起著舉足輕重的作用，從而確保安全運(yùn)行。
成功滿足這些應(yīng)用要求的關(guān)鍵在于選擇最合適的射頻組件。本文概述了對(duì)射頻通信日益增長(zhǎng)的需求，探討了在指定晶體管和二極管等分立元件時(shí)需要考慮的因素，并介紹了幫助工程師在其設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、魯棒和可靠通信的技術(shù)。
分立射頻 – 無線連接的核心
據(jù)估計(jì)，到 50 年，將有超過 2020 億臺(tái)設(shè)備連接。數(shù)據(jù)流量處于歷史最高水平——由個(gè)人通信和物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器對(duì)機(jī)器通信驅(qū)動(dòng)。隨著無線數(shù)據(jù)速率達(dá)到 1
Gbps，數(shù)據(jù)量繼續(xù)快速增長(zhǎng)，視頻和數(shù)據(jù)流變得越來越普遍。
隨著我們對(duì)無線的依賴程度越來越高，我們對(duì)性能和系統(tǒng)可用性的要求也越來越高，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。分立射頻元件的市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)為
345.<> 億歐元，是提供穩(wěn)定可靠的通信的基礎(chǔ)，而這些通信是消費(fèi)、工業(yè)、通信和汽車領(lǐng)域應(yīng)用的核心。
圖 1：射頻產(chǎn)品在不同市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用中都有應(yīng)用
其中最重要的射頻分立器件包括PIN二極管、肖特基二極管和射頻晶體管。在選擇這些器件時(shí)，工程師需要考慮各種標(biāo)準(zhǔn)，例如性能、系統(tǒng)靈敏度、抗干擾性和效率。雖然組件性能當(dāng)然起著重要作用，但尺寸和多功能性也起著重要作用。隨著終端產(chǎn)品越來越小，各種封裝類型的高性能器件的可用性是關(guān)鍵。這使得設(shè)計(jì)人員能夠在太小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)計(jì)。
組件的質(zhì)量和可靠性也是重要的選擇標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在預(yù)期在戶外或工廠或車輛的惡劣條件下連續(xù)運(yùn)行的應(yīng)用中。
PIN二極管
PIN二極管與傳統(tǒng)二極管類似，但它們?cè)赑N層之間有一個(gè)本征層。這種非摻雜區(qū)域增加了隔離并降低了電容，尤其是與傳統(tǒng)二極管相比，為射頻開關(guān)應(yīng)用帶來了顯著優(yōu)勢(shì)。
PIN 二極管可用于電源和高壓等領(lǐng)域，常見于 RF
設(shè)計(jì)中。當(dāng)正向偏置時(shí)，PIN二極管的行為類似于電阻器，而當(dāng)反向偏置時(shí)，它變?yōu)殚_路。這些獨(dú)特的特性使PIN二極管可以用作可變衰減器中的可變電阻器或RF開關(guān)。PIN二極管也用于RF保護(hù)電路中。
PIN二極管開關(guān)用于移動(dòng)應(yīng)用(消費(fèi)類手機(jī)和基站)以及WLAN設(shè)備、機(jī)頂盒和汽車娛樂系統(tǒng)。當(dāng)用作衰減器時(shí)，它們最常見于汽車信息娛樂應(yīng)用。
指定PIN二極管時(shí)，主要考慮因素之一是插入損耗，它與R成正比F，正向串聯(lián)電阻。RF對(duì)于給定的偏置電流，通常以毫瓦為單位，理想情況下，RF應(yīng)盡可能低。然而，與往常一樣，需要權(quán)衡取舍。在本例中，作為
RF減小，因此電容 CT增加。C 的低值T是PIN二極管寬帶隔離特性的重要決定因素。
為確保信號(hào)完整性，PIN二極管的線性度在許多應(yīng)用中都是一個(gè)重要參數(shù)，開關(guān)時(shí)間也是如此，尤其是在RX-TX組合天線電路需要快速開關(guān)時(shí)間的情況下。
鑒于當(dāng)今應(yīng)用中的空間限制，設(shè)計(jì)人員將尋找提供各種封裝類型的供應(yīng)商，以便在PCB布局受限的情況下進(jìn)行選擇。通過將多個(gè)PIN二極管封裝在一個(gè)公共封裝中，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)緊湊封裝。
肖特基二極管
肖特基二極管的特點(diǎn)是正向壓降低至約0.2
V，開關(guān)速度快。低壓降使其在電源應(yīng)用和射頻應(yīng)用中很受歡迎，而在射頻應(yīng)用中，與傳統(tǒng)的PN二極管相比，快速的開關(guān)速度帶來了顯著的優(yōu)勢(shì)。肖特基二極管通常用于檢測(cè)器電路，尤其是手機(jī)、WLAN設(shè)備和基站。它們還用作機(jī)頂盒和其他類似應(yīng)用中的混合元件。
肖特基二極管是低勢(shì)壘 N 型硅器件，由 N
型材料上的沉積金屬層組成。然而，由于金屬化區(qū)域邊緣的強(qiáng)電場(chǎng)，可能會(huì)發(fā)生擊穿和泄漏效應(yīng)。這些問題可以通過在板邊緣擴(kuò)散P+半導(dǎo)體的保護(hù)環(huán)以及氧化層來克服。
圖 2：顯示保護(hù)環(huán)的肖特基二極管結(jié)構(gòu)
在指定肖特基二極管時(shí)，漏電流是首要考慮因素。這與正向電阻 R
成正比F.二極管的整體效率非常重要，尤其是在電池電量非常寶貴的便攜式設(shè)備中。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)密切關(guān)注二極管的信號(hào)失真和線性度，以確保忠實(shí)再現(xiàn)信號(hào)。(推薦：Infineon英飛凌CoolSiC?肖特基二極管IDW15G120C5B)
射頻晶體管
異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT) 具有性能參數(shù)，非常適合用作射頻應(yīng)用中的單頻段和雙頻段低噪聲放大器 (LNA)。它們通常分為低頻(<5
GHz)和中頻(高達(dá) 14 GHz)。（推薦：Ampleon寬帶功率LDMOS射頻晶體管BLF642）
LNA 廣泛用于射頻應(yīng)用，因此，射頻晶體管可用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)和固定連接(例如 WiMAX)和 Wi-Fi
系統(tǒng)。它們也是多旋翼飛行器遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)。
在指定射頻晶體管時(shí)，需要考慮許多方面。由于射頻晶體管的基本作用是放大信號(hào)，因此增益(G麥克斯)是至關(guān)重要的。器件效率也可能很重要，尤其是在電池供電應(yīng)用中。
噪聲系數(shù) (NF) 是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它表征了與理論上完美的(無損和無噪聲)放大器相比，實(shí)用放大器的信噪比 (SNR)
下降。NF就是放大器輸入端的SNR與輸出端SNR的比值。
基礎(chǔ)半導(dǎo)體技術(shù)將對(duì)特定應(yīng)用的整體適用性產(chǎn)生重大影響。例如，與砷化鎵替代品相比，硅鍺 (SiGe) 具有許多優(yōu)勢(shì)，包括由于 V
較低而具有更高的效率CE認(rèn)證而且，一般來說，SiGe器件具有更好的噪聲系數(shù)。
與SiGe器件相比，SiGe：C(硅-鍺-碳化物)雙極器件具有類似的出色噪聲和線性度性能，其額外優(yōu)勢(shì)是ESD保護(hù)可以直接集成到晶體管中，從而顯著提高了器件的魯棒性。
“最先進(jìn)的”射頻分立器件
英飛凌用于互補(bǔ)無線設(shè)計(jì)的射頻分立器件系列是這些技術(shù)近年來發(fā)展的一些很好的例子。例如，在PIN二極管的情況下，BA592的插入損耗(RF) 為 360
mW，而 BAR63 的 C 值為 0.23 pFT.如果空間在應(yīng)用中至關(guān)重要，那么 BAR90 可作為采用超小型 TSSLP8 封裝的四重封裝提供。英飛凌
PIN 二極管系列的性能使其成為天線開關(guān)應(yīng)用的理想選擇，同時(shí) AEC 認(rèn)證也確保了對(duì)要求苛刻的汽車應(yīng)用的適用性。
對(duì)于肖特基二極管，則有多種封裝內(nèi)配置可供選擇，包括共陽極或陰極以及串聯(lián)和并聯(lián)配置。BAT15 系列提供多種配置，包括雙通道和四通道選項(xiàng)，帶有
CT0.26 pF，非常適合混頻器應(yīng)用。為了獲得終極性能，BAT24 擁有 CT僅為 0.21 pF，適用于高達(dá) 24 GHz 的雷達(dá)系統(tǒng)。
最后，英飛凌的射頻晶體管技術(shù)(現(xiàn)已推出第8代)旨在在整個(gè)范圍內(nèi)提供低噪聲和高線性度等關(guān)鍵性能值。
圖 3：英飛凌的射頻晶體管產(chǎn)品線通過持續(xù)創(chuàng)新提供一流的性能
這一代產(chǎn)品的主要特性包括高轉(zhuǎn)換頻率(fT) 為 80 GHz，并且由于能夠在低至 1.2 V 的電源電壓下工作而功耗低。
圖 4：RF 增益 (G麥克斯)和噪聲功能與競(jìng)爭(zhēng)器件相比，性能大幅提升
BFx84x 系列是領(lǐng)先的 HBT 器件之一，在分立式射頻 LNA 中被認(rèn)為是“同類最佳”。該器件的噪聲系數(shù)為 0.85 dB (@5.5
GHz)，增益高達(dá) 23 dB，由于器件具有特殊的幾何形狀，其性能優(yōu)于市場(chǎng)上的許多其他器件。與英飛凌的所有 SiGe：C 射頻晶體管一樣，BFx84x 提供高達(dá)
1.5 kV (HBM) 的內(nèi)置 ESD 保護(hù)。
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