芯片组专用 IPD 简化了下一代无线物联网应用的开发

对于下一代低成本、电池供电的无线物联网产品，设计目标是在小型化封装中提供卓越的射频信号范围和稳定性，同时降低功耗。因此，领先的射频芯片组和组件制造商越来越多地微调和改进他们的产品来做到这一点。

根据 Semtech 的网站，LoRa 和 LoRaWAN 已经是“全球物联网网络事实上的技术”，将为各种物联网应用提供远程连接，包括下一代“智能”一切——城市、家庭、建筑、农业、计量、供应链和物流等。

为了完成这项减少 PCB 有效面积的任务，Semtech 等领先的芯片组制造商创建了参考设计——系统的技术蓝图——第三方可以根据其产品应用的需要对其进行调整和修改。

参考设计用作平台概念的证明，通常针对特定用途。目标是通过使用来自高频陶瓷元件（包括芯片天线、集成滤波器/平衡不平衡转换器、高 Q 电容器和 EMI 芯片滤波器）的领先者 Johanson Technology 的前端解决方案，将产品快速推向市场，从而减少OEM 集成项目的风险。

“起点是芯片组，但芯片组需要特定的射频电路来连接天线，”约翰森技术公司的高级射频产品和业务开发经理 Manuel Carmona 说。

特别是对于 LoRa 平台，将所有射频组件集成到一个更小、更薄的封装中的能力只会增加芯片组对小型化、电池供电的物联网产品的吸引力。如果没有这个选项，原始设备制造商将不得不设计整个电容器/电感器方案并将许多单独的组件安装到印刷电路板上。

“原始设备制造商现在可以选择使用集成解决方案，而不是电感和电容器分立解决方案，”Carmona 说。“使用 Johanson 集成无源器件 [IPD] 可使最终的 PCB 尺寸更小、更简单。此外，布局几何形状的任何变化都会影响输出性能、电池寿命和信号范围。”

在这种情况下，所需的射频电路用于使用阻抗匹配网络和巴伦以特定阻抗比将信号从差分信号转换为单端信号。由于差分、两针输入/输出配置与单端天线连接，大多数芯片组都需要这种类型的转换。

“对于许多芯片组，直接从芯片组输出的输出通常不匹配 50 Ω，这需要一个必须设计的阻抗匹配网络，以避免电源信号丢失、电池寿命缩短和信号下降范围，”卡莫纳说。

为满足这些要求，Johanson Technology 与 Semtech 合作开发了一种 IPD，用作阻抗匹配巴伦滤波器。

IPD 采用低温共烧陶瓷 (LTCC) 技术制造，允许无源元件“三维”分层，提供与 10 到 40 个独立射频元件相同的功能。采用这种方法，芯片组和天线之间的整个前端都采用单个超薄封装制造，该封装的总尺寸不到由分立元件组成的同一电路的总尺寸的 40%。

该器件结合了阻抗匹配网络、平衡不平衡转换器和滤波器，整个前端射频电路被缩减为单个 EIA 0805 (2.0 × 1.25 mm) SMT 组件。

阻抗匹配巴伦滤波器设计用于在欧洲使用的免许可 868-MHz 射频频段以及澳大利亚和美洲使用的 915-MHz 频段内工作。该产品与 Semtech 的 LoRa 和 LoRa 智能家居射频收发器SX1261、SX1262 和 LLCC68 无缝配对。

“IPD 是使用 Semtech LoRa 芯片组的 OEM 的即插即用解决方案，”Carmona 说。“通过与领先的制造商合作，我们完成了所有研发并确保它针对特定芯片进行了优化。它不仅可以工作，而且符合任何 FCC 和 ETSI 监管排放要求。”

IPD 提供了另一个显着优势：提高了可靠性。通过在小型 LTCC 封装内创建实际电路，与安装许多分立元件相比，几乎消除了可变性和潜在故障点。

“我们必须保证这个小得多的解决方案的性能与更大的离散解决方案相同或更好，”Carmona 说。“因此，每个集成封装都经过彻底 100% 的射频测试，以确保所有组件都正常工作并集成在一起。”

Carmona 表示，Johanson Technology 在材料开发方面的背景是能够在如此小的封装中创建整个电路的关键。该产品在 LTCC 制造工艺中采用了一种新颖的专有陶瓷材料，旨在将性能提高到高 Q 水平。

制造 IPD 的过程类似于已经用于制造多层 SMD 组件（例如电容器和电感器）的技术。然而，LTCC 制造允许将电路嵌入到 3D 封装中多达 40 个单独的层中，该封装仍然非常低调。

“首先，我们是一家材料公司，”Carmona 说。“我们正在不断开发新的陶瓷材料，以更好地集成电路、降低功耗并消除功率损耗。”

由于 IPD 需要更少的电路板空间，因此具有射频电路的物联网设备可以设计成更小的外形尺寸。

“由于 PCB 空间处于最佳状态，无源元件的尺寸和布局至关重要，因为随着一切变得越来越小，在板上放置更多元件变得越来越困难，”Carmona 说。“因此，设计工程师正在寻求组件制造商提供几乎不占用实际电路板空间的小型化解决方案。”

除了尺寸之外，更小的 PCB 也会影响产品的美感，从而实现纤薄、低调。以 10:1 或更高的比例消除组件也降低了设备的整体重量，即使节省的成本以十分之一克为单位。

审核编辑 黄昊宇