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(jìn)在這些更高ISM頻段內(nèi)的設(shè)計(jì)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(jì)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?yàn)楣姸伎梢元?dú)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(huì)(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(shí)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(jì)。同傳統(tǒng)的平面電路設(shè)計(jì)相比，LTCC電路能夠?qū)崿F(xiàn)三維設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)使其工作時(shí)不需要直流偏置(同那些在應(yīng)用時(shí)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(gè)結(jié)構(gòu)都在自然密封的LTCC多層板上實(shí)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(dòng)方面都極度強(qiáng)健。事實(shí)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(gè)混頻器結(jié)構(gòu)能夠忍耐在溫度、濕度、震動(dòng)和機(jī)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(shí)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(dá)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(jì)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(hào)和3100到3600MHz之間、標(biāo)稱幅度為+7dBm本振(LO)信號(hào)頻率，產(chǎn)生5500到6000MHz的射頻輸出信號(hào)(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(dòng)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(dòng)電平為+4、+7和+10dBm下測試，SIM-U63+在整個(gè)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(dòng)電平下進(jìn)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(shí)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。