對于下一代低成本、電池供電的無線物聯網產品，設計目標是在小型化封裝中提供卓越的射頻信號范圍和穩定性，同時降低功耗。因此，領先的射頻芯片組和組件制造商越來越多地微調和改進他們的產品來做到這一點。

根據 Semtech 的網站，LoRa 和 LoRaWAN 已經是“全球物聯網網絡事實上的技術”，將為各種物聯網應用提供遠程連接，包括下一代“智能”一切——城市、家庭、建筑、農業、計量、供應鏈和物流等。

為了完成這項減少 PCB 有效面積的任務，Semtech 等領先的芯片組制造商創建了參考設計——系統的技術藍圖——第三方可以根據其產品應用的需要對其進行調整和修改。

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

“起點是芯片組，但芯片組需要特定的射頻電路來連接天線，”約翰森技術公司的高級射頻產品和業務開發經理 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、電池供電的物聯網產品的吸引力。如果沒有這個選項，原始設備制造商將不得不設計整個電容器/電感器方案并將許多單獨的組件安裝到印刷電路板上。

“原始設備制造商現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。“使用 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。”

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

“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，這需要一個必須設計的阻抗匹配網絡，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) 技術制造，允許無源元件“三維”分層，提供與 10 到 40 個獨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%。

該器件結合了阻抗匹配網絡、平衡不平衡轉換器和濾波器，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 頻段內工作。該產品與 Semtech 的 LoRa 和 LoRa 智能家居射頻收發器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。“通過與領先的制造商合作，我們完成了所有研發并確保它針對特定芯片進行了優化。它不僅可以工作，而且符合任何 FCC 和 ETSI 監管排放要求。”

IPD 提供了另一個顯著優勢：提高了可靠性。通過在小型 LTCC 封裝內創建實際電路，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。

“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。”

Carmona 表示，Johanson Technology 在材料開發方面的背景是能夠在如此小的封裝中創建整個電路的關鍵。該產品在 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 的過程類似于已經用于制造多層 SMD 組件（例如電容器和電感器）的技術。然而，LTCC 制造允許將電路嵌入到 3D 封裝中多達 40 個單獨的層中，該封裝仍然非常低調。

“首先，我們是一家材料公司，”Carmona 說。“我們正在不斷開發新的陶瓷材料，以更好地集成電路、降低功耗并消除功率損耗。”

由于 IPD 需要更少的電路板空間，因此具有射頻電路的物聯網設備可以設計成更小的外形尺寸。

“由于 PCB 空間處于最佳狀態，無源元件的尺寸和布局至關重要，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。“因此，設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 也會影響產品的美感，從而實現纖薄、低調。以 10:1 或更高的比例消除組件也降低了設備的整體重量，即使節省的成本以十分之一克為單位。

審核編輯 黃昊宇