第三章 LTCC 雙頻前端模組設計
3.5 模組量測
3.5.2 模組量測結果
本次所設計之模組共有十個型號，但是由於製程困難與量測加工瑣碎等原因，
只量測出第二大項，也就是驗證被動部分電路的型號４到６。將各型號的模擬與量 測的結果放在一起比較，如圖3.59 至 3.61，量出來的特性在 4GHz 以下除了 2GHz 的帶通濾波器的通帶有往低頻頻飄外，幾乎與模擬相符， 而 4GHz 以上的輸入損耗 糧測稍微比模擬的大，而且 5GHz 的通帶特性不夠好，有往低頻頻飄且輸入損耗較 大。造成模擬與量測誤差的主要原因是因為製成不夠完美，與量測高頻訊號時的寄 生效應。
圖3.1 模組架構與系統方塊圖
DPDT SW Po w er Dete ctor
Di pl ex er BPF 5GHz BPF 2GHz LP F 5GHz LP F 2GHz
Dip lex er
LN A 5GHz Di ve rs ity an ten na
LT CC FEM 5. 4 * 4. 0 * 0. 9 mm RFIC PA Modu le
DPDT SW Po w er Dete ctor
Di pl ex er BPF 5GHz BPF 2GHz LP F 5GHz LP F 2GHz
Dip lex er
LN A 5GHz Di ve rs ity an ten na
LT CC FEM 5. 4 * 4. 0 * 0. 9 mm RFIC PA Modu le
5.4mm
4.0mm
5.4mm
4.0mm
(a) 上視圖
0. 93m m
接地灌孔
接地遮
0. 93m m
蔽面接地灌孔
接地遮 蔽面
(b) 側視圖
圖3.2 模組三維體積與內埋層厚度示意圖
TX Diplexer
LNA short via 5GHz
TX Diplexer
LNA
short via
5GHz
圖3.5 接收路徑上設計之 5GHz 帶通濾波器電路圖
電容
電感 電容
電感
圖3.6 接收路徑上設計之 5GHz 帶通濾波器三維走線圖
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequency (GHz)
5GHz帶通濾波器-50 -40 -30 -20 -10 0
DB(|S[1,1]|) DB(|S[2,1]|) DB(|S[2,2]|)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequency (GHz)
5GHz帶通濾波器-50 -40 -30 -20 -10 0
DB(|S[1,1]|) DB(|S[2,1]|) DB(|S[2,2]|)
圖3.7 單一 5GHz 帶通濾波器模擬結果
圖3.8 接收路徑上所設計之 2.4GHz 帶通濾波器電路圖
圖3.9 接收路徑上所設計之 2.4GHz 帶通濾波器三維走線圖
圖3.10 以數根小電感並連接地以防止製程誤差
圖3.11 單一 2.4GHz 帶通濾波器模擬結果
圖3.12 發射路徑所設計之低通濾波器電路
螺旋電感 電容
螺旋電感 電容
圖3.13 發射路徑之 2.4GHz 低通濾波器三維走線
圖3.14 單一 2.4GHz 低通濾波器模擬結果
螺旋電感
電容
圖3.15 5GHz 低通濾波器三維走線
倍頻共振 倍頻共振
圖3.16 被頻共振 5GHz 低通濾波器頻率響應圖
地 地 訊號饋入點A
地 地
訊號饋入點A
(a) 前視圖
訊號饋入點A
訊號饋入點B 訊號饋入點A
訊號饋入點B
(b) 右視圖
圖3.17 模組內類似波導結構三維示意圖
圖3.18 類似波導結構的模擬結果
5GHz低通濾波器
地
5GHz低通濾波器
地
圖3.19 波導共振實驗之地通濾波器三維走線
1.5 6.5 11.5 15 Frequency (GHz)
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
11.85 GHz -1.756 dB
1.5 6.5 11.5 15 Frequency (GHz)
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
11.85 GHz -1.756 dB
圖3.20 波導共振實驗之低通濾波器頻率響應
將地的長度增加 將地的長度增加
1.5 6.5 11.5 15
Frequency (GHz) -60
-40 -20 0
10.61 GHz -2.183 dB
1.5 6.5 11.5 15
Frequency (GHz) -60
-40 -20 0
10.61 GHz -2.183 dB
圖3.21 加大等效共振腔與其對應之頻率響應
將共振腔一端接地 將共振腔一端接地
(a)
1.5 6.5 11.5 15 Frequency (GHz)
-60
12.38 GHz -49.14 dB
1.5 6.5 11.5 15
Frequency (GHz) -60
12.38 GHz -49.14 dB
(b)
BPF 5GHz
BPF 2.4GHz
RX diplexer
I N D
BPF 5GHz
BPF 2.4GHz
RX diplexer
圖3.23 接收路徑分頻器電路
電感 電容
5GHz BPF 電感 電容 2GHz BPF
5GHz BPF 2GHz BPF
圖3.24 接收路徑分頻器電路三維走線
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequency (GHz)
RX
Frequency (GHz)
RX
I N D
2GHz LPF
5GHz LPF
I N D
2GHz LPF
5GHz LPF
圖3.26 發射路徑的分頻器電路
圖3.27 發射路徑分頻器之理想頻率響應
TX diplexer TX diplexer
圖3.28 發射路徑分頻器電路的三維走線
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequency (GHz)
TX
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
DB(|S[1,1]|) total-1220-mid-2 DB(|S[2,1]|) total-1220-mid-2 DB(|S[3,1]|) total-1220-mid-2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequency (GHz)
TX
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
DB(|S[1,1]|) total-1220-mid-2 DB(|S[2,1]|) total-1220-mid-2 DB(|S[3,1]|) total-1220-mid-2
圖3.29 發射路徑整體模擬結果
1 1 2 2
1. LNA直流路徑接地電容0201 2. LNA直流路徑串接電組0201 3. 功率檢測器電容0201
1. LNA直流路徑接地電容0201 2. LNA直流路徑串接電組0201 3. 功率檢測器電容0201
Frequency (GHz) SW
4.90 GHz -1.832 dB
6.0 GHz -2.183 dB
DB(|S[3,2]|)
Frequency (GHz) SW
4.90 GHz -1.832 dB
6.0 GHz -2.183 dB
DB(|S[3,2]|)
圖3.33 低雜訊放大器量測環境圖
0.0003 1 2 3 4 5 6 7 8 8.5
Frequency (GHz)
LNA_33
20 5.918 GHz
17.81 dB 4.901 GHz
16.72 dB
DB(|S[1,1]|)
Frequency (GHz)
LNA_33
20 5.918 GHz
17.81 dB 4.901 GHz
16.72 dB
DB(|S[1,1]|)
Tx power
Switch
P.D.
Tx power
Switch
P.D.
圖3.35 功率檢測器電路
圖3.36 功率檢測器電路電壓準位與功率模擬圖
圖3.37 功率檢測器偶合線
圖3.38 功率檢測器之耦合線設計方式
Tx Power
Resistor
Resistor Diode
Resistor C
Tx Power
Resistor
Resistor Diode
Resistor C
圖3.39 功率檢測器 PCB 驗證板走線
Detected Voltage(R=100 Ohm)
0 50 100 150 200
0 2 4 6 8 10 12 14
Power (dBm)
V olta ge ( m V )
Measured 5.5 GHz Measured 2.45 GHz Simulated 2.45 GHz Simulated 5.5 GHz
圖3.40 驗證功率檢測器之量測結果
Ca
Cb Ca
Cb
圖3.41 大金屬包小金屬的電容佈線
BPF SW 5G
LNA
Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC BPF
SW 5G
LNA
Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC
圖3.42 模組一模組二模組三的電路方塊圖
BPF 5G Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC BPF 5G
Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC
圖3.43 模組四模組五模組六的電路方塊圖
BPF SW 5G
LNA
Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC
PD BPF
SW 5G
LNA
Diplexer
LPF 5G LPF 2G
BPF 2G
LC PD
圖3.44 模組七模組八模組九的電路方塊圖
SW
LNA
圖3.45 模組十的電路方塊圖
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Frequency (GHz)
Type1 TX
-60
Frequency (GHz) Type1 TX
-60
Frequency (GHz) Type1 RX
-60
Frequency (GHz) Type1 RX
-60
Frequency (GHz) Type2 TX
-60
Frequency (GHz) Type2 TX
-60
Frequency (GHz) Type2 RX
-60
Frequency (GHz) Type2 RX
-60 Frequency (GHz)
Type3 TX
-60 Frequency (GHz)
Type3 TX
-60 Frequency (GHz)
Type3 RX_
-60 Frequency (GHz)
Type3 RX_
-60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Frequency (GHz)
Type4 TX
-60
Frequency (GHz) Type4 TX
-60
Frequency (GHz) Type4 RX
-60
Frequency (GHz) Type5 TX
-60
Frequency (GHz) Type5 TX
-60
Frequency (GHz) Type5 RX
-60
Frequency (GHz) Type5 RX
-60
Frequency (GHz) Type5 RX
-60
Frequency (GHz) Type5 RX
-60 Frequency (GHz)
Type6 TX Frequency (GHz)
Type6 TX Frequency (GHz)
Type6 RX
-60 Frequency (GHz)
Type6 RX
-60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Frequency (GHz)
TYPE_7_TX
Frequency (GHz) TYPE_7_TX
Frequency (GHz) TYPE_7_RX
Frequency (GHz) TYPE_7_RX
Frequency (GHz) Type8 TX
-60
Frequency (GHz) Type8 TX
-60
Frequency (GHz) Type8 RX
-60
Frequency (GHz) Type8 RX
-60
Frequency (GHz) Type9 TX
-60
Frequency (GHz) Type9 TX
-60
Frequency (GHz) Type9 RX
-60
Frequency (GHz) Type9 RX
-60
圖3.55 LTCC 外面的金屬接點
圖3.56 用防焊膠帶防止錫膏碰到磅線點
圖3.57 磅線完成圖