【導讀】當前移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備市場正經(jīng)歷著史無前例的高速增長。盡管數(shù)字電路在摩爾定律的驅(qū)動下繼續(xù)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(jīng)日益成為系統(tǒng)小型化的關(guān)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(shù)已成為射頻前端設(shè)計的一種可行性技術(shù)。現(xiàn)如今，它已經(jīng)從低溫共燒陶瓷(LTCC)發(fā)展到薄膜技術(shù)，例如使用高阻硅(HRSi)或玻璃基板。
近來，玻璃通孔技術(shù)被視為實現(xiàn)集成、低成本和高性能無源器件最有前途的技術(shù)之一。與二維平面電感相比，采用TGV結(jié)構(gòu)的三維電感具有更好的品質(zhì)因數(shù)。與硅相比，玻璃的介電常數(shù)較低，電阻率較高，因而具有較好的高頻性能。諸如使用TGV構(gòu)建的濾波器和雙工器之類的無源器件，在確保較小的帶內(nèi)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(tǒng)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(shè)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(shè)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(zhì)因數(shù)(Q)和自諧振頻率(SRF)方面具有最佳性能。
表1 電感性能比較
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(shù)據(jù)帶寬的重要技術(shù)。越來越多的頻譜被聚合，包括ISM頻段，以進一步提高數(shù)據(jù)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(zhàn)。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(shè)計了一種CA雙工器。設(shè)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。
表3 雙工器性能比較
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(xiàn)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(shù)及層狀2D模式的兼容性，從而進一步改善TGV。我們設(shè)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(yōu)勢。
表4 不同TGV徑深比的雙工器
結(jié)論
本文對TGV、LTCC、HRSi、glass等多種IPD技術(shù)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(shù)在射頻應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)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(fā)展的方向。
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