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产品特写
 
9kHz至50GHz单片SOI数字步进衰减器
材料来源:《微波杂志》2018年11/12月号           录入时间:2018/12/17 9:50:38

随着5G移动通讯的首次演示,移动通讯系统工作频谱也将从sub-6GHz跨越到毫米波频段。但是,由于毫米波信号经过墙壁和建筑物时会加速衰减,以及半导体器件本身固有的频率限制,使得系统的设计和系统的实现都增加了难度。为了克服这些障碍,就需要引入新技术如波束赋形、大规模MIMO(多入多出)等,并依靠切实可行的商业支持和采用性能可靠的无源器件,对高频信号链采取针对性的处理方案。

为了适应5G通讯中对毫米波需求的增长,PSemi公司(前Peregrine Semiconductor)及时推出了几款高频元器件,包括一款40 GHz开关(PE42524)和两款60 GHz开关(PE42525 and PE426525),该系列产品中最新推出的是一款50 GHz数字步进衰减器(DSA)PE43508。这些单片集成电路特别适用于测试测量行业以及5G无线通信系统,也可用于传统的高频领域,如甚小孔径卫星终端等。

PSemi公司的毫米波开关和新的数字步进衰减器(DSA)是基于公司UltraCMOS®平台开发的,是在公司拥有专利的SOI(silicon on insulator,绝缘体上硅)技术基础上改进而来,是射频SOI开关设计中具有行业领先的一个创新,PE43508数字步进衰减器基于300mm UltraCMOS 12技术平台,使Ron-Coff实现了80fs,超越了SOI领域的竞争对手,Ron-Coff是射频开关一个最关键的指标。

在传统应用上,GaAs解决方案一直在高频领域占领着统治地位,但是,PSemi公司推出的毫米波系列产品证明了射频SOI技术应用在毫米波频段可以提供更好的性能以及更高的可靠性。2015年公司推出的PE42524是行业内第一款工作频率达到40GHz的射频SOI开关,为设计工程师们提供了第一款可以替代GaAs开关、工作在K波段和Ka波段的产品。公司随后推出的PE42525和PE426525两款产品,性能上超越了具有里程碑意义的PE42524,它们可以支持更宽的工作频率范围:9 kHz到60 GHz,并且可以在几乎所有关键的射频参数上提供更加卓越的性能,其中快速开关时间最高仅8纳秒。

数字步进衰减器的特点

如今,随着PE43508数字步进衰减器的推出,PSemi公司拓展了其毫米波系列产品的应用范围,作为行业内第一款单片数字步进衰减器,可支持9 kHz到50 GHz的工作频率范围。单片数字步进衰减器与公司在2004年推出的产品属于同一类别,此系列产品证明了它们比分立器件有更优的射频性能。在射频信号传输环节上,数字步进衰减器通过设置所需的衰减量控制信号幅度,给信号链的下一级提供合适的功率电平,目标就是为了用最小衰减误差,实现对信号电平的精确控制。

PE43508是一款6位50Ω的数字步进衰减器,衰减范围为31.5 dB,衰减步长为0.5和1.0 dB。它具有低插损、低衰减误差及很好的回损指标,在整个工作频率范围内维持单调响应。图1显示了在室温条件下、0dB衰减(参考状态)时,插损在0到50GHz整个频率范围的变化。图2表示在步长为1dB的情况下,衰减从最高值开始直至回到参考状态(0dB)期间,衰减和频率的关系。例如,在同一频率下,把测量得到的插损值减去参考状态的插损值。图3表示所有的衰减状态。图4显示所有状态的衰减误差。

1PE43508|S21|与频率

2:衰减与频率

3|S11|与频率

4:衰减误差与频率

PSemi公司通过对HaRP™专利技术进行改进,提高了PE43508数字步进衰减器的功率处理能力并获得更好的线性度。在室温条件下,从1到50GHz频率范围内最大连续波输入功率为+28 dBm,在16 GHz频率点测得的输入三阶截点(IIP3)的典型值为+51 dBm,在50 GHz频率点、1 dB压缩点为+32 dBm。其它特点如快速开关时间为350ns,具有安全故障衰减状态转换功能,即意味着在状态转换时也不会提高功率尖峰。PE43508具有更宽的工作温度范围(从-40℃至+105℃),ESD(静电放电)保护额定值1 kV HBM(人体模式),还有一个简单好用的数字控制接口,可支持串行寻址和并行编程。该款数字步进衰减器支持1.8 V控制信号,还有一个可选的VSS_EXT旁路模式以提高杂散性能。

作为一个倒装芯片结构,PE43508使用无铅焊接球技术处理信号及接地的连接。无铅表面贴装技术的回流焊使得引脚的焊接均匀可靠。由于数字步进衰减器的材料成分与氧化铝(Al2O3)类似,所以两者的热膨胀系数也是类似的,为5至7ppm/℃,保证了机械性能可靠和连接稳固。PE43508芯片采用最小500μm球距。因为采用薄膜技术可以很容易满足行距和间距的临界尺寸100μm甚至更小,而厚膜技术和印制板工艺通常需要更大的临界间距来达到合理的一致性和高的生产良率。PE43508相对较宽的500μm球距是为了满足市场上较大临界间距的需求甚至能够直接安装于射频PCB板上。PSemi公司在网站上已经发表了有关芯片应用的文章,可以在公司网站上查到,主要讨论产品过渡方式以及装配工艺,以便无论采用氧化铝或PCB板均能获得最佳性能。

PE43508的量产产品、套装评测工具及样品已上市销售。订购1千片数量的价格为每片50美元。

pSemi Corp.

San Diego, Calif

www.psemi.com


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