對于下一代低成本、電池供電的無線物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，設(shè)計目標(biāo)是在小型化封裝中提供卓越的射頻信號范圍和穩(wěn)定性，同時降低功耗。因此，領(lǐng)先的射頻芯片組和組件制造商越來越多地微調(diào)和改進(jìn)他們的產(chǎn)品來做到這一點(diǎn)。

根據(jù) Semtech 的網(wǎng)站，LoRa 和 LoRaWAN 已經(jīng)是“全球物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)事實上的技術(shù)”，將為各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供遠(yuǎn)程連接，包括下一代“智能”一切——城市、家庭、建筑、農(nóng)業(yè)、計量、供應(yīng)鏈和物流等。

為了完成這項減少 PCB 有效面積的任務(wù)，Semtech 等領(lǐng)先的芯片組制造商創(chuàng)建了參考設(shè)計——系統(tǒng)的技術(shù)藍(lán)圖——第三方可以根據(jù)其產(chǎn)品應(yīng)用的需要對其進(jìn)行調(diào)整和修改。

參考設(shè)計用作平臺概念的證明，通常針對特定用途。目標(biāo)是通過使用來自高頻陶瓷元件（包括芯片天線、集成濾波器/平衡不平衡轉(zhuǎn)換器、高 Q 電容器和 EMI 芯片濾波器）的領(lǐng)先者 Johanson Technology 的前端解決方案，將產(chǎn)品快速推向市場，從而減少OEM 集成項目的風(fēng)險。

“起點(diǎn)是芯片組，但芯片組需要特定的射頻電路來連接天線，”約翰森技術(shù)公司的高級射頻產(chǎn)品和業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Manuel Carmona 說。

特別是對于 LoRa 平臺，將所有射頻組件集成到一個更小、更薄的封裝中的能力只會增加芯片組對小型化、電池供電的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的吸引力。如果沒有這個選項，原始設(shè)備制造商將不得不設(shè)計整個電容器/電感器方案并將許多單獨(dú)的組件安裝到印刷電路板上。

“原始設(shè)備制造商現(xiàn)在可以選擇使用集成解決方案，而不是電感和電容器分立解決方案，”Carmona 說?！笆褂?Johanson 集成無源器件 [IPD] 可使最終的 PCB 尺寸更小、更簡單。此外，布局幾何形狀的任何變化都會影響輸出性能、電池壽命和信號范圍?！?/p>

在這種情況下，所需的射頻電路用于使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和巴倫以特定阻抗比將信號從差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號。由于差分、兩針輸入/輸出配置與單端天線連接，大多數(shù)芯片組都需要這種類型的轉(zhuǎn)換。

“對于許多芯片組，直接從芯片組輸出的輸出通常不匹配 50 Ω，這需要一個必須設(shè)計的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，以避免電源信號丟失、電池壽命縮短和信號下降范圍，”卡莫納說。

為滿足這些要求，Johanson Technology 與 Semtech 合作開發(fā)了一種 IPD，用作阻抗匹配巴倫濾波器。

IPD 采用低溫共燒陶瓷 (LTCC) 技術(shù)制造，允許無源元件“三維”分層，提供與 10 到 40 個獨(dú)立射頻元件相同的功能。采用這種方法，芯片組和天線之間的整個前端都采用單個超薄封裝制造，該封裝的總尺寸不到由分立元件組成的同一電路的總尺寸的 40%。

該器件結(jié)合了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、平衡不平衡轉(zhuǎn)換器和濾波器，整個前端射頻電路被縮減為單個 EIA 0805 (2.0 × 1.25 mm) SMT 組件。

阻抗匹配巴倫濾波器設(shè)計用于在歐洲使用的免許可 868-MHz 射頻頻段以及澳大利亞和美洲使用的 915-MHz 頻段內(nèi)工作。該產(chǎn)品與 Semtech 的 LoRa 和 LoRa 智能家居射頻收發(fā)器SX1261、SX1262 和 LLCC68 無縫配對。

“IPD 是使用 Semtech LoRa 芯片組的 OEM 的即插即用解決方案，”Carmona 說。“通過與領(lǐng)先的制造商合作，我們完成了所有研發(fā)并確保它針對特定芯片進(jìn)行了優(yōu)化。它不僅可以工作，而且符合任何 FCC 和 ETSI 監(jiān)管排放要求?！?/p>

IPD 提供了另一個顯著優(yōu)勢：提高了可靠性。通過在小型 LTCC 封裝內(nèi)創(chuàng)建實際電路，與安裝許多分立元件相比，幾乎消除了可變性和潛在故障點(diǎn)。

“我們必須保證這個小得多的解決方案的性能與更大的離散解決方案相同或更好，”Carmona 說。“因此，每個集成封裝都經(jīng)過徹底 100% 的射頻測試，以確保所有組件都正常工作并集成在一起?！?/p>

Carmona 表示，Johanson Technology 在材料開發(fā)方面的背景是能夠在如此小的封裝中創(chuàng)建整個電路的關(guān)鍵。該產(chǎn)品在 LTCC 制造工藝中采用了一種新穎的專有陶瓷材料，旨在將性能提高到高 Q 水平。

制造 IPD 的過程類似于已經(jīng)用于制造多層 SMD 組件（例如電容器和電感器）的技術(shù)。然而，LTCC 制造允許將電路嵌入到 3D 封裝中多達(dá) 40 個單獨(dú)的層中，該封裝仍然非常低調(diào)。

“首先，我們是一家材料公司，”Carmona 說?！拔覀冋诓粩嚅_發(fā)新的陶瓷材料，以更好地集成電路、降低功耗并消除功率損耗?！?/p>

由于 IPD 需要更少的電路板空間，因此具有射頻電路的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以設(shè)計成更小的外形尺寸。

“由于 PCB 空間處于最佳狀態(tài)，無源元件的尺寸和布局至關(guān)重要，因為隨著一切變得越來越小，在板上放置更多元件變得越來越困難，”Carmona 說?！耙虼耍O(shè)計工程師正在尋求組件制造商提供幾乎不占用實際電路板空間的小型化解決方案。”

除了尺寸之外，更小的 PCB 也會影響產(chǎn)品的美感，從而實現(xiàn)纖薄、低調(diào)。以 10:1 或更高的比例消除組件也降低了設(shè)備的整體重量，即使節(jié)省的成本以十分之一克為單位。

審核編輯 黃昊宇