高Q積層電感抗幹擾應用
發布時間:2011-05-02
中心議題:
手shou機ji設she計ji得de越yue來lai越yue小xiao,然ran而er功gong能neng也ye日ri益yi複fu雜za,從cong而er對dui所suo有you元yuan件jian的de微wei型xing化hua和he性xing能neng要yao求qiu更geng高gao,當dang然ran也ye包bao括kuo電dian感gan的de性xing能neng要yao求qiu。尤you其qi對dui積ji層ceng電dian感gan,不bu僅jin要yao求qiu尺chi寸cun更geng小xiao,還hai應ying達da到dao高gaoQ等級。TDK-EPC通過進一步提高低溫共燒陶瓷(LTCC)多層基材的工藝技術已達到該要求。
現在,新設計的芯片內部電極的製造工藝對位置控製更為精確,進而生產出高Q值的0402和0603係列中的積層電感MLG0402Q和MLG0603P係列。積層電感采用鐵氧體或其它材料製成的薄片,並在薄片上用金屬漆(一般為銀)印製出繞線圖案而製成。將這些薄片排列成多層並創造出螺旋式內部電極結構。TDK開發的積層技術製成的線圈已無需再將電線繞在一個核心上,從而促進了產品的微型化和批量生產。
低損耗和高Q值是高頻應用必不可少的條件
高頻電路應用的積層電感采用的是介電陶瓷做成的薄片,而非鐵氧體製成的薄片。原因是在幾百MHz以上的頻率範圍內,鐵氧體損耗率更大,難以達到高Q值(參見圖表一)。線xian圈quan易yi通tong直zhi流liu電dian,但dan對dui交jiao流liu電dian的de作zuo用yong類lei似si於yu電dian阻zu,被bei稱cheng之zhi為wei感gan抗kang。交jiao流liu電dian頻pin率lv越yue高gao,感gan抗kang就jiu越yue高gao。雖sui然ran線xian圈quan是shi導dao體ti,但dan是shi電dian線xian纏chan繞rao仍reng具ju有you一yi定ding直zhi流liu電dian阻zu(R)。直流電阻和頻變電感(R/2ttfL)間的比率稱為損耗係數,其倒數為Q值。“f”指通過線圈流動的電流的頻率,所以Q值會根據頻率不同而變化。簡而言之,高Q值zhi指zhi高gao頻pin電dian感gan使shi用yong時shi的de低di損sun耗hao和he高gao適shi應ying性xing。由you於yu手shou機ji的de功gong能neng越yue來lai越yue多duo,這zhe些xie功gong能neng的de耗hao電dian也ye越yue來lai越yue高gao,因yin此ci,高gao頻pin電dian路lu係xi統tong內nei的de積ji層ceng貼tie片pian電dian感gan必bi須xu達da到dao低di損sun耗hao和he高gaoQ值。

圖表一:各種基材電感的Q值和頻率響應
Q值因頻率和基材不同而變化。鐵氧體基材不可用於幾百MHz以上的頻率範圍,應采用陶瓷介質。
克服分布電容的影響
手機高頻電路係統的電感應具有高Q值和小尺寸。然而遺憾的是,如果將線圈變小達到更微小體積,則造成直流電阻的增加,導致低Q值。另外,更高的頻率範圍的內部電極和其它零件的分布寄生電容(未出現在電路圖中的電容)對Q值的影響很大。線圈感抗(X)與線圈電感和頻率成正比,采用方程式X=2πfL來lai定ding義yi。理li想xiang的de電dian感gan是shi指zhi電dian感gan值zhi為wei常chang數shu時shi,感gan抗kang和he頻pin率lv成cheng正zheng比bi。因yin此ci,頻pin率lv和he電dian抗kang對dui比bi的de繪hui製zhi圖tu應ying成cheng一yi條tiao直zhi線xian,然ran而er在zai實shi際ji中zhong,更geng高gao頻pin率lv位wei置zhi電dian抗kang下xia降jiang,而er線xian圈quan的de分fen布bu電dian容rong正zheng是shi造zao成cheng這zhe一yi現xian象xiang的de原yuan因yin。在zai積ji層ceng電dian感gan中zhong,繞rao線xian圖tu案an的de作zuo用yong類lei似si電dian容rong電dian極ji,會hui產chan生sheng分fen布bu電dian容rong(圖表二)。同樣,分布電容也存在於端子電極和繞線圖氨之間。

圖表二:TDK積層電感的電極間分布電容
事實上積層電感有分布電容,意味著在高頻段形成相當一個LC並聯電路。電容與電感不同,它阻止直流電,當頻率越高時,電容作用則類似於交流電導體。類似於用於諧振電路的LC並聯元件,具有分布電容的積層電感具有諧振頻率,即自諧頻率(SRF)。當頻率超過自諧頻率時,貼片電感的作用不再是電感,Q值(zhi)也(ye)迅(xun)速(su)下(xia)降(jiang)至(zhi)零(ling)。因(yin)此(ci),選(xuan)擇(ze)積(ji)層(ceng)電(dian)感(gan)用(yong)於(yu)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)和(he)高(gao)頻(pin)模(mo)塊(kuai)時(shi),單(dan)單(dan)考(kao)慮(lv)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)感(gan)是(shi)不(bu)夠(gou)的(de)。自(zi)諧(xie)頻(pin)率(lv)也(ye)必(bi)須(xu)比(bi)使(shi)用(yong)頻(pin)率(lv)高(gao)出(chu)許(xu)多(duo)。另(ling)外(wai),高(gao)頻(pin)適(shi)用(yong)電(dian)感(gan)也(ye)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)所(suo)謂(wei)的(de)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應(ying)。它(ta)會(hui)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)電(dian)阻(zu),導(dao)致(zhi)電(dian)感(gan)下(xia)降(jiang)。
新型MLG係列:突破性的內部電極設計
積(ji)層(ceng)電(dian)感(gan)為(wei)用(yong)量(liang)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian),必(bi)須(xu)密(mi)集(ji)排(pai)布(bu)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang),因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)變(bian)得(de)更(geng)小(xiao),高(gao)度(du)更(geng)低(di)。薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)的(de)線(xian)圈(quan)形(xing)成(cheng)的(de)薄(bo)膜(mo)貼(tie)片(pian)電(dian)感(gan)不(bu)僅(jin)十(shi)分(fen)小(xiao),也(ye)很(hen)薄(bo),還(hai)可(ke)以(yi)維(wei)持(chi)高(gao)準(zhun)確(que)率(lv),但(dan)是(shi)仍(reng)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)Q值。
為(wei)了(le)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)難(nan)題(ti),關(guan)鍵(jian)就(jiu)是(shi)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)高(gao)精(jing)密(mi)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)來(lai)最(zui)小(xiao)化(hua)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)和(he)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應(ying),同(tong)時(shi)又(you)使(shi)內(nei)部(bu)電(dian)極(ji)達(da)到(dao)優(you)化(hua)設(she)計(ji),以(yi)實(shi)現(xian)微(wei)型(xing)尺(chi)寸(cun)。
TDK-EPC先進的LTCC工藝技術製作穩定的積層電感和十分精密的內部螺旋導體,並形成規模化生產。通過對內部導體的形狀、層寬和布局的設計,不僅達到高Q值,還可不用擔心分布電容的影響。
全部重新設計MLG0402G和MLG0603P係列的繞線圖案和布局,才達到了此要求。TDK工程師成功地減小了端子電極間的分布電容,但是又保留了線圈表麵麵積,並且獲得了優秀的Q值特征(圖表三)。
圖表三:TDKMLG0402Q和MLG0603P係列的Q值和頻率特征對比圖

繞線圖案微小的偏移都會導致Q值下降。因此,為了防止此類現象,在開發MLG0402Q係列時,采用了高精度定位控製技術和其它先進的措施。通過進一步改進和完善技術,具有新設計的內部電極的MLG0603P係列已加入到TDK-EPC產品係列中。新係列產品具有高得多的Q值,尤其適用於800MHz或更高頻率的設計中。新的MLG0402Q和MLG0603P係列設計用於手機高頻電路係統,例如,表麵聲波(SAW)濾波器和壓控振蕩器(VCO)電路內的阻抗匹配及扼流圈。同時,積層電感可進一步應用於藍牙、WLAN、UWB、數字電視調節器和其它高頻電路和模塊,並且提供優異性能。
TDK的MLG0402Q和MLG0603P係列積層電感主要技術參數
- 高Q積層電感在抗幹擾中的應用
- 低損耗和高Q值電感
- 克服分布電容的影響
- 內部電極密集設計
手shou機ji設she計ji得de越yue來lai越yue小xiao,然ran而er功gong能neng也ye日ri益yi複fu雜za,從cong而er對dui所suo有you元yuan件jian的de微wei型xing化hua和he性xing能neng要yao求qiu更geng高gao,當dang然ran也ye包bao括kuo電dian感gan的de性xing能neng要yao求qiu。尤you其qi對dui積ji層ceng電dian感gan,不bu僅jin要yao求qiu尺chi寸cun更geng小xiao,還hai應ying達da到dao高gaoQ等級。TDK-EPC通過進一步提高低溫共燒陶瓷(LTCC)多層基材的工藝技術已達到該要求。
現在,新設計的芯片內部電極的製造工藝對位置控製更為精確,進而生產出高Q值的0402和0603係列中的積層電感MLG0402Q和MLG0603P係列。積層電感采用鐵氧體或其它材料製成的薄片,並在薄片上用金屬漆(一般為銀)印製出繞線圖案而製成。將這些薄片排列成多層並創造出螺旋式內部電極結構。TDK開發的積層技術製成的線圈已無需再將電線繞在一個核心上,從而促進了產品的微型化和批量生產。
低損耗和高Q值是高頻應用必不可少的條件
高頻電路應用的積層電感采用的是介電陶瓷做成的薄片,而非鐵氧體製成的薄片。原因是在幾百MHz以上的頻率範圍內,鐵氧體損耗率更大,難以達到高Q值(參見圖表一)。線xian圈quan易yi通tong直zhi流liu電dian,但dan對dui交jiao流liu電dian的de作zuo用yong類lei似si於yu電dian阻zu,被bei稱cheng之zhi為wei感gan抗kang。交jiao流liu電dian頻pin率lv越yue高gao,感gan抗kang就jiu越yue高gao。雖sui然ran線xian圈quan是shi導dao體ti,但dan是shi電dian線xian纏chan繞rao仍reng具ju有you一yi定ding直zhi流liu電dian阻zu(R)。直流電阻和頻變電感(R/2ttfL)間的比率稱為損耗係數,其倒數為Q值。“f”指通過線圈流動的電流的頻率,所以Q值會根據頻率不同而變化。簡而言之,高Q值zhi指zhi高gao頻pin電dian感gan使shi用yong時shi的de低di損sun耗hao和he高gao適shi應ying性xing。由you於yu手shou機ji的de功gong能neng越yue來lai越yue多duo,這zhe些xie功gong能neng的de耗hao電dian也ye越yue來lai越yue高gao,因yin此ci,高gao頻pin電dian路lu係xi統tong內nei的de積ji層ceng貼tie片pian電dian感gan必bi須xu達da到dao低di損sun耗hao和he高gaoQ值。

圖表一:各種基材電感的Q值和頻率響應
Q值因頻率和基材不同而變化。鐵氧體基材不可用於幾百MHz以上的頻率範圍,應采用陶瓷介質。
克服分布電容的影響
手機高頻電路係統的電感應具有高Q值和小尺寸。然而遺憾的是,如果將線圈變小達到更微小體積,則造成直流電阻的增加,導致低Q值。另外,更高的頻率範圍的內部電極和其它零件的分布寄生電容(未出現在電路圖中的電容)對Q值的影響很大。線圈感抗(X)與線圈電感和頻率成正比,采用方程式X=2πfL來lai定ding義yi。理li想xiang的de電dian感gan是shi指zhi電dian感gan值zhi為wei常chang數shu時shi,感gan抗kang和he頻pin率lv成cheng正zheng比bi。因yin此ci,頻pin率lv和he電dian抗kang對dui比bi的de繪hui製zhi圖tu應ying成cheng一yi條tiao直zhi線xian,然ran而er在zai實shi際ji中zhong,更geng高gao頻pin率lv位wei置zhi電dian抗kang下xia降jiang,而er線xian圈quan的de分fen布bu電dian容rong正zheng是shi造zao成cheng這zhe一yi現xian象xiang的de原yuan因yin。在zai積ji層ceng電dian感gan中zhong,繞rao線xian圖tu案an的de作zuo用yong類lei似si電dian容rong電dian極ji,會hui產chan生sheng分fen布bu電dian容rong(圖表二)。同樣,分布電容也存在於端子電極和繞線圖氨之間。

圖表二:TDK積層電感的電極間分布電容
事實上積層電感有分布電容,意味著在高頻段形成相當一個LC並聯電路。電容與電感不同,它阻止直流電,當頻率越高時,電容作用則類似於交流電導體。類似於用於諧振電路的LC並聯元件,具有分布電容的積層電感具有諧振頻率,即自諧頻率(SRF)。當頻率超過自諧頻率時,貼片電感的作用不再是電感,Q值(zhi)也(ye)迅(xun)速(su)下(xia)降(jiang)至(zhi)零(ling)。因(yin)此(ci),選(xuan)擇(ze)積(ji)層(ceng)電(dian)感(gan)用(yong)於(yu)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)和(he)高(gao)頻(pin)模(mo)塊(kuai)時(shi),單(dan)單(dan)考(kao)慮(lv)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)感(gan)是(shi)不(bu)夠(gou)的(de)。自(zi)諧(xie)頻(pin)率(lv)也(ye)必(bi)須(xu)比(bi)使(shi)用(yong)頻(pin)率(lv)高(gao)出(chu)許(xu)多(duo)。另(ling)外(wai),高(gao)頻(pin)適(shi)用(yong)電(dian)感(gan)也(ye)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)所(suo)謂(wei)的(de)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應(ying)。它(ta)會(hui)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)電(dian)阻(zu),導(dao)致(zhi)電(dian)感(gan)下(xia)降(jiang)。
新型MLG係列:突破性的內部電極設計
積(ji)層(ceng)電(dian)感(gan)為(wei)用(yong)量(liang)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian),必(bi)須(xu)密(mi)集(ji)排(pai)布(bu)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang),因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)變(bian)得(de)更(geng)小(xiao),高(gao)度(du)更(geng)低(di)。薄(bo)膜(mo)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)的(de)線(xian)圈(quan)形(xing)成(cheng)的(de)薄(bo)膜(mo)貼(tie)片(pian)電(dian)感(gan)不(bu)僅(jin)十(shi)分(fen)小(xiao),也(ye)很(hen)薄(bo),還(hai)可(ke)以(yi)維(wei)持(chi)高(gao)準(zhun)確(que)率(lv),但(dan)是(shi)仍(reng)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)Q值。
為(wei)了(le)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)難(nan)題(ti),關(guan)鍵(jian)就(jiu)是(shi)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)高(gao)精(jing)密(mi)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)來(lai)最(zui)小(xiao)化(hua)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)和(he)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應(ying),同(tong)時(shi)又(you)使(shi)內(nei)部(bu)電(dian)極(ji)達(da)到(dao)優(you)化(hua)設(she)計(ji),以(yi)實(shi)現(xian)微(wei)型(xing)尺(chi)寸(cun)。
TDK-EPC先進的LTCC工藝技術製作穩定的積層電感和十分精密的內部螺旋導體,並形成規模化生產。通過對內部導體的形狀、層寬和布局的設計,不僅達到高Q值,還可不用擔心分布電容的影響。
全部重新設計MLG0402G和MLG0603P係列的繞線圖案和布局,才達到了此要求。TDK工程師成功地減小了端子電極間的分布電容,但是又保留了線圈表麵麵積,並且獲得了優秀的Q值特征(圖表三)。
圖表三:TDKMLG0402Q和MLG0603P係列的Q值和頻率特征對比圖

繞線圖案微小的偏移都會導致Q值下降。因此,為了防止此類現象,在開發MLG0402Q係列時,采用了高精度定位控製技術和其它先進的措施。通過進一步改進和完善技術,具有新設計的內部電極的MLG0603P係列已加入到TDK-EPC產品係列中。新係列產品具有高得多的Q值,尤其適用於800MHz或更高頻率的設計中。新的MLG0402Q和MLG0603P係列設計用於手機高頻電路係統,例如,表麵聲波(SAW)濾波器和壓控振蕩器(VCO)電路內的阻抗匹配及扼流圈。同時,積層電感可進一步應用於藍牙、WLAN、UWB、數字電視調節器和其它高頻電路和模塊,並且提供優異性能。
TDK的MLG0402Q和MLG0603P係列積層電感主要技術參數
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