Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC
Представлены конструкции монолитных трансформаторов. Предлагается новая конструкция широкополосного интегрального балуна. Продемонстрирована работа балансного кольцевого смесителя с применением разработанных трансформаторов....
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2006
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52914 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC / А.А. Глубоков, Д.Б. Бондарь, Б.Н. Шелковников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 3. — С. 26-31. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-52914 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-529142014-01-10T03:12:06Z Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC Глубоков, А.А. Бондарь, Д.Б. Шелковников, Б.Н. Техника сверхвысоких частот Представлены конструкции монолитных трансформаторов. Предлагается новая конструкция широкополосного интегрального балуна. Продемонстрирована работа балансного кольцевого смесителя с применением разработанных трансформаторов. 2006 Article Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC / А.А. Глубоков, Д.Б. Бондарь, Б.Н. Шелковников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 3. — С. 26-31. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52914 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техника сверхвысоких частот Техника сверхвысоких частот |
| spellingShingle |
Техника сверхвысоких частот Техника сверхвысоких частот Глубоков, А.А. Бондарь, Д.Б. Шелковников, Б.Н. Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Представлены конструкции монолитных трансформаторов. Предлагается новая конструкция широкополосного интегрального балуна. Продемонстрирована работа балансного кольцевого смесителя с применением разработанных трансформаторов. |
| format |
Article |
| author |
Глубоков, А.А. Бондарь, Д.Б. Шелковников, Б.Н. |
| author_facet |
Глубоков, А.А. Бондарь, Д.Б. Шелковников, Б.Н. |
| author_sort |
Глубоков, А.А. |
| title |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC |
| title_short |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC |
| title_full |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC |
| title_fullStr |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC |
| title_full_unstemmed |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC |
| title_sort |
широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии ltcc |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Техника сверхвысоких частот |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52914 |
| citation_txt |
Широкополосные трансформаторы для интегральных схем в технологии LTCC / А.А. Глубоков, Д.Б. Бондарь, Б.Н. Шелковников // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 3. — С. 26-31. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT glubokovaa širokopolosnyetransformatorydlâintegralʹnyhshemvtehnologiiltcc AT bondarʹdb širokopolosnyetransformatorydlâintegralʹnyhshemvtehnologiiltcc AT šelkovnikovbn širokopolosnyetransformatorydlâintegralʹnyhshemvtehnologiiltcc |
| first_indexed |
2025-07-05T04:24:17Z |
| last_indexed |
2025-07-05T04:24:17Z |
| _version_ |
1836779524760535040 |
| fulltext |
26
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
28.07 2005 ã. � 30.01 2006 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Ý. Í. ÃËÓØÅ×ÅÍÊÎ
(ÍÏÏ "Ñàòóðí", ã. Êèåâ)
ØÈÐÎÊÎÏÎËÎÑÍÛÅ ÒÐÀÍÑÔÎÐÌÀÒÎÐÛ
ÄËß ÈÍÒÅÃÐÀËÜÍÛÕ ÑÕÅÌ Â ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ LTCC
À. À. ÃËÓÁÎÊÎÂ, Ä. Á. ÁÎÍÄÀÐÜ, ê. ò. í. Á. Í. ØÅËÊÎÂÍÈÊÎÂ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, ÍÒÓÓ "Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èíñòèòóò"
Å-mail: alglubokov@mail.ru, bshelk@inbox.ru
Ïðåäñòàâëåíû êîíñòðóêöèè ìîíîëèò-
íûõ òðàíñôîðìàòîðîâ. Ïðåäëàãàåòñÿ
íîâàÿ êîíñòðóêöèÿ øèðîêîïîëîñíîãî èí-
òåãðàëüíîãî áàëóíà. Ïðîäåìîíñòðèðî-
âàíà ðàáîòà áàëàíñíîãî êîëüöåâîãî ñìå-
ñèòåëÿ ñ ïðèìåíåíèåì ðàçðàáîòàííûõ
òðàíñôîðìàòîðîâ.
 ñîâðåìåííîì ìèðå ñòðåìèòåëüíî ðàçâèâàþòñÿ
áåñïðîâîäíûå ñèñòåìû ñâÿçè â ÓÂ×- è ÑÂ×-äèàïà-
çîíàõ. Ê èíòåãðàëüíûì ñõåìàì, ñîñòàâëÿþùèì îñ-
íîâíóþ ÷àñòü ïðèåìî-ïåðåäàþùèõ óñòðîéñòâ òàêèõ
ñèñòåì, è èõ ýëåìåíòàì ïðåäúÿâëÿþòñÿ âñå áîëåå âû-
ñîêèå òðåáîâàíèÿ ïî ñòîèìîñòè è ðàçìåðàì. Îñíîâ-
íîé âêëàä â ðàçìåðû è ñòîèìîñòü ñìåñèòåëåé è óñè-
ëèòåëåé âíîñÿò êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè è òðàíñôîð-
ìàòîðû, ñîñòàâëåííûå èç íèõ. Òðàíñôîðìàòîðû â ñìå-
ñèòåëÿõ íåîáõîäèìû äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ ñîïðîòèâëå-
íèé, ÷àñòîòíîé èçáèðàòåëüíîñòè è èçîëÿöèè âõîäîâ, à
â óñèëèòåëÿõ ìîùíîñòè � äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ êàñêà-
äîâ óñèëåíèÿ è èõ ðàçäåëåíèÿ ïî ïîñòîÿííîìó òîêó.
Èìåþùèåñÿ ïóáëèêàöèè â îñíîâíîì çàòðàãèâàþò
âàðèàíòû ðåàëèçàöèè ìîíîëèòíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ
â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ òåõíîëîãèÿõ ÈÑ. Òàê, ïðèìå-
ðû èñïîëüçîâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ â ñõåìàõ ìóëü-
òèïëåêñîðîâ, óñèëèòåëåé ìîùíîñòè è ñìåñèòåëåé, ðå-
àëèçîâàííûõ íà êðåìíèåâîé ïîäëîæêå, ïðîäåìîí-
ñòðèðîâàíû â ðàáîòàõ [1�3]. Íåêîòîðûå òîïîëîãèè
ìîíîëèòíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ íà êðåìíèè è àðñåíè-
äå ãàëëèÿ ïðåäñòàâëåíû â [4�6]. Ìåòîäû ìîäåëèðî-
âàíèÿ èíòåãðàëüíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ è ðàçðàáîòêè
ñõåì èõ çàìåùåíèÿ ïðåäëîæåíû â [5, 6]. Â ðàáîòàõ,
êîòîðûå îïèñûâàþò ÈÑ â òåõíîëîãèÿõ, èñïîëüçóþ-
ùèõ ìíîãîñëîéíóþ êåðàìèêó, òàêèõ êàê LTCC (Low
Temperature Cofired Ceramic � «êåðàìèêà, îáæèãàå-
ìàÿ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ»), ìíîãî âíèìàíèÿ óäå-
ëÿåòñÿ èíäóêòèâíûì ýëåìåíòàì è áàëóíàì1 . Îäíàêî
ðàáîò, îñâåùàþùèõ ìîíîëèòíûå òðàíñôîðìàòîðû â
LTCC, ïî ìíåíèþ àâòîðîâ, êðàéíå ìàëî. Â íàñòîÿ-
ùåé ñòàòüå ïðåäëàãàþòñÿ êîíñòðóêöèè òàêèõ òðàíñ-
ôîðìàòîðîâ ñ âûâîäîì èç ñðåäíåé òî÷êè, îáåñïå÷è-
âàþùèõ òðàíñôîðìàöèþ ñîïðîòèâëåíèÿ 1:1 è 1:4 â
÷àñòîòíîì äèàïàçîíå 0,5�6 ÃÃö. Ñäåëàíà ïîïûòêà
óñòàíîâèòü ñîîòâåòñòâèå ìåæäó èõ êîíñòðóêòèâíûìè
ïàðàìåòðàìè è ýëåêòðè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè íà
îñíîâàíèè ìîäåëèðîâàíèÿ èõ òîïîëîãèé â ÑÀÏÐ.
Îñîáåííîñòè êîíñòðóèðîâàíèÿ òðàíñôîðìàòî-
ðîâ â òåõíîëîãèè LTCC
Òåõíîëîãèÿ LTCC ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâûâàòü ñëîæ-
íûå ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû íà îñíîâå êåðàìèêè. Åå
èñïîëüçóþò äëÿ ñîçäàíèÿ èíòåãðàëüíûõ ìîäóëåé, ïðè-
ìåíÿåìûõ â ñîòîâîé ñâÿçè, ëîêàëüíûõ áåñïðîâîäíûõ
ñåòÿõ (2,4 è 5 ÃÃö), òåõíîëîãèè Bluetooth. Óïðîùåííàÿ
ñòðóêòóðà òàêîãî ìîäóëÿ ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.
Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, â LTCC âîçìîæíû íå òîëüêî
èíòåãðàöèÿ ïàññèâíûõ ýëåìåíòîâ, íî è ñîåäèíåíèå ñ
âíåøíèìè ïàññèâíûìè è àêòèâíûìè êîìïîíåíòàìè,
ÈÑ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ òåõíîëîãèé. Ýòà îñîáåííîñòü
òåõíîëîãèè ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâûâàòü ò. í. ñèñòåìû â
êîðïóñå (system-on-package). Îäèí èç ìíîãî÷èñëåí-
íûõ âàðèàíòîâ LTCC, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ â äàí-
íîé ðàáîòå, ïðåäóñìàòðèâàåò èñïîëüçîâàíèå êåðàìè-
êè DuPont System 951 ñ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàå-
ìîñòüþ εr=7,8 è òàíãåíñîì óãëà äèýëåêòðè÷åñêèõ ïî-
òåðü tgδ=0,0062. Òîëùèíà êåðàìè÷åñêîãî ñëîÿ �
90 ìêì.  êà÷åñòâå ïðîâîäíèêà èñïîëüçîâàëîñü ñå-
ðåáðî. Òîëùèíà ìåòàëëèçàöèè âíóòðåííèõ ñëîåâ ñòðóê-
òóðû 8 ìêì, âåðõíåãî ñëîÿ � 15 ìêì. Ìèíèìàëüíî
äîïóñòèìàÿ øèðèíà ïîëîñêè ïðîâîäíèêà � 150 ìêì.
Çäåñü âîçíèêàåò ðåçîííûé âîïðîñ: çà÷åì ïðè ñî-
âðåìåííûõ æåñòêèõ òðåáîâàíèÿõ ê ìèíèàòþðèçàöèè
èñïîëüçîâàòü òåõíîëîãèþ ñ ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíî-
ñòüþ 150 ìêì, â òî âðåìÿ êàê êðåìíèåâàÿ òåõíîëîãèÿ
BiCMOS îáëàäàåò ìèíèìóì â 50 ðàç ëó÷øåé? Îòâåò
1Áàëóí � îò àíãë. «balun» � balanced-to-unbalanced convertor;
ïàññèâíûé ýëåìåíò, îñóùåñòâëÿþùèé ñîãëàñîâàíèå íåñáàëàíñè-
ðîâàííîãî âõîäà ñ áàëàíñíûìè âûõîäàìè, ñèãíàëû íà êîòîðûõ
èìåþò îäèíàêîâûå àìïëèòóäû è íàõîäÿòñÿ â ïðîòèâîôàçå.
Òðàíçèñòîð
Âíóòðåííÿÿ
èíäóêòèâíîñòü
Ðåçèñòîð
Ìîíîëèòíàÿ ÈÑÁåñêîðïóñíûé
êîíäåíñàòîð
LTCC
Âíóòðåííèé êîíäåíñàòîð
Âíóòðåííèé
ïðîâîäíèê
Âíåøíèé
ïðîâîäíèê
Áåñêîðïóñíûé êðèñòàëë
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðà ìîäóëÿ LTCC
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
27
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
ïðîñò: LTCC âûèãðûâàåò çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ áîëü-
øåãî êîëè÷åñòâà ñëîåâ, ìåíüøåãî ñîïðîòèâëåíèÿ
ìåòàëëèçàöèè (÷òî îçíà÷àåò ìåíüøèå ïîòåðè) è, ÷òî
íåìàëîâàæíî, áîëåå íèçêîé ñòîèìîñòè. Êðîìå òîãî,
êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå ïîêàçûâàåò, ÷òî ïëî-
ùàäü, çàíèìàåìàÿ òðàíñôîðìàòîðàìè îäíîãî ÷àñòîò-
íîãî äèàïàçîíà (0,5�6 ÃÃö) â BiCMOS è ðàññìàòðè-
âàåìûìè â äàííîé ðàáîòå, îòëè÷àåòñÿ âñåãî â 2�4
ðàçà â ïîëüçó BiCMOS.
Ðàáîòà òðàíñôîðìàòîðîâ îñíîâàíà íà íàëè÷èè
ìàãíèòíîé ñâÿçè ìåæäó êàòóøêàìè èíäóêòèâíîñòè
ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê. Èäåàëüíûé òðàíñ-
ôîðìàòîð îáåñïå÷èâàåò èçîëÿöèþ öåïåé ïî ïîñòîÿí-
íîìó òîêó, âûïîëíÿåò ôóíêöèè áàëóíà, îáåñïå÷èâàåò
òðàíñôîðìàöèþ ñîïðîòèâëåíèé, ïðè ýòîì ÿâëÿÿñü
ïàññèâíûì ýëåìåíòîì è íå ïîòðåáëÿÿ ìîùíîñòè. Ðå-
àëüíûé òðàíñôîðìàòîð, âîîáùå ãîâîðÿ, ìîæåò íå
âûïîëíÿòü íåêîòîðûå èç ýòèõ ôóíêöèé, â òîì ÷èñëå
âûïîëíÿòü â îãðàíè÷åííîì ÷àñòîòíîì äèàïàçîíå. Àâ-
òîðû ðåøèëè îðèåíòèðîâàòüñÿ íà ôóíêöèþ áàëóíà êàê
îñíîâíóþ, ò. ê. òåñòèðîâàíèå èññëåäóåìûõ óñòðîéñòâ
ïðåäïîëàãàëîñü ïðîèçâîäèòü â ñõåìå êîëüöåâîãî áà-
ëàíñíîãî ñìåñèòåëÿ. Ïîýòîìó òðàíñôîðìàòîðû, îïè-
ñàííûå íèæå, ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê 5-ïîðòîâûå óñò-
ðîéñòâà ñ âûâîäîì èç ñðåäíåé òî÷êè âòîðè÷íîé îá-
ìîòêè (ðèñ. 2). Ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî ôóíêöèÿ áàëóíà
ðåàëèçóåòñÿ ïðè çàçåìëåíèè îäíîãî èç âûâîäîâ ïåð-
âè÷íîé îáìîòêè è âûâîäà èç ñðåäíåé òî÷êè âòîðè÷-
íîé. Ïðè ýòîì ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà ñâîáîäíûé âõîä
ïåðâè÷íîé îáìîòêè è ñíèìàåòñÿ ñ áàëàíñíûõ âûâî-
äîâ âòîðè÷íîé.
Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ ðåàëèçàöèè øèðîêîé ðàáî÷åé
ïîëîñû òðàíñôîðìàòîðà íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü âû-
ñîêèé êîýôôèöèåíò èíäóêòèâíîé ñâÿçè ìåæäó êàòóø-
êàìè.  îáùåì ñëó÷àå ýòî äîñòèãàåòñÿ ëèáî óâåëè÷å-
íèåì êîëè÷åñòâà âèòêîâ â êàòóøêàõ, ëèáî óìåíüøå-
íèåì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè. Ïåðâûé ñïîñîá ñîïðî-
âîæäàåòñÿ óâåëè÷åíèåì ðàçìåðîâ óñòðîéñòâà (äëÿ
èíäóêòèâíîñòåé â LTCC îí ïðèåìëåì äî òåõ ïîð, ïîêà
ðàçìåðû òðàíñôîðìàòîðà íå ïðåâûñÿò ãðàíè÷íûõ).
Âòîðîé ñïîñîá âûçûâàåò óâåëè÷åíèå ïàðàçèòíîé åì-
êîñòè. Â LTCC âòîðîé ñïîñîá ðåàëèçóåòñÿ òîëüêî èñ-
ïîëüçîâàíèåì âåðòèêàëüíî ñâÿçàííûõ êàòóøåê èíäóê-
òèâíîñòè, êîãäà êàòóøêè íàõîäÿòñÿ îäíà ïîä äðóãîé
â ñìåæíûõ ñëîÿõ (ñì. ðèñ. 2). Ê ñîæàëåíèþ, ïðè ýòîì
ðàññìîòðåííàÿ âûøå ñõåìà áàëóíà áóäåò ðàáîòàòü òîëü-
êî â î÷åíü óçêîé ïîëîñå ÷àñòîò (÷òî, êðîìå ïðî÷åãî,
òðåáóåò íàñòðîå÷íûõ êîíäåíñàòîðîâ). Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ
òåì, ÷òî ïàðàçèòíûå åìêîñòè ïî-ðàçíîìó âëèÿþò íà
ñèãíàë íà âûõîäàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè, ò. ê. ñèììåò-
ðèÿ ñõåìû íàðóøåíà çàçåìëåíèåì âûâîäà ïåðâè÷íîé
îáìîòêè.
Òåì íå ìåíåå òàêèå òðàíñôîðìàòîðû ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü ïðè äèôôåðåíöèàëüíîì âêëþ÷åíèè, ò. å.
â áàëàíñíûõ öåïÿõ. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè âõîäíîé ñèã-
íàë ïîäàâàòü ìåæäó âûâîäàìè ïåðâè÷íîé îáìîòêè,
òî ìåæäó ñîîòâåòñòâóþùèìè èì âûâîäàìè âòîðè÷-
íîé è âûâîäîì èç ñðåäíåé òî÷êè ìîæíî ñíèìàòü ñèã-
íàëû, íàõîäÿùèåñÿ â ïðîòèâîôàçå. Òðàíñôîðìàòîðû,
èñïîëüçóþùèåñÿ â òàêîì âêëþ÷åíèè, áóäåì äàëåå
íàçûâàòü äèôôåðåíöèàëüíûìè.
Âîïðîñ î êîíñòðóèðîâàíèè øèðîêîïîëîñíîãî áà-
ëóíà êàê 3-ïîðòîâîãî óñòðîéñòâà â LTCC áóäåò ðàñ-
ñìîòðåí íèæå â ðàçäåëå "Áàëóí".
Ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè òðàíñôîðìàòîðîâ
Äëÿ îïèñàíèÿ ïîâåäåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ
òðàíñôîðìàòîðîâ è áàëóíîâ â ÷àñòîòíîé îáëàñòè èñ-
ïîëüçóåòñÿ àïïàðàò S-ïàðàìåòðîâ. S-ìàòðèöû äëÿ îáî-
èõ ñëó÷àåâ áóäóò âûãëÿäåòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
11 12 13
21 22 23
31 32 33
S S S
S S S S
S S S
=
Îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: äëÿ äèôôå-
ðåíöèàëüíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ ïðèìåíÿåòñÿ àïïàðàò
S-ïàðàìåòðîâ äëÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ ìîä, ñîîòâåò-
ñòâóþùèõ äèôôåðåíöèàëüíûì ïîðòàì. Ìàòðèöà S-
ïàðàìåòðîâ äëÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ ìîä ÿâëÿåòñÿ ñî-
ñòàâíîé ÷àñòüþ ìàòðèöû S-ïàðàìåòðîâ äëÿ ñìåøàí-
íûõ ìîä è îïèñàíà â [7].
Èç ïîëó÷åííîé ïðè ìîäåëèðîâàíèè S-ìàòðèöû
ìîæíî èçâëå÷ü íåñêîëüêî ïàðàìåòðîâ òðàíñôîðìà-
òîðîâ. Íàìè ðàññìàòðèâàþòñÿ àáñîëþòíàÿ ïîëîñà
ïðîïóñêàíèÿ fmin�fmax, èçìåðÿåìàÿ íà óðîâíå �6 äÁ
êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òðàíñôîðìàòîðà S21 (èëè S31),
øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ∆f = fmax � fmin, îòíîñè-
òåëüíàÿ øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ∆fîòí êàê îòíî-
øåíèå øèðèíû ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ê öåíòðàëüíîé
÷àñòîòå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ:
îòí
ñð
Ä
Ä =
f
f
f
, (1)
ãäå
min max
ñð
+
=
2
f f
f . (2)
Äðóãèìè âàæíûìè ïàðàìåòðàìè ÿâëÿþòñÿ ïëî-
ùàäü, çàíèìàåìàÿ òðàíñôîðìàòîðîì, è êîýôôèöèåíò
èíäóêòèâíîé ñâÿçè k. Ïîñëåäíèé îïðåäåëÿåòñÿ èç Z-
ïàðàìåòðîâ, ïîëó÷åííûõ ñòàíäàðòíûì ïðåîáðàçîâà-
íèåì èç S-ìàòðèöû, ñëåäóþùèì îáðàçîì:
21
11 22
Im( )
=
Im( )Im( )
Z
k
Z Z
. (3)
Âàðèàíòû ðåàëèçàöèè äèôôåðåíöèàëüíûõ
òðàíñôîðìàòîðîâ
Äèôôåðåíöèàëüíûå òðàíñôîðìàòîðû äîëæíû
îáåñïå÷èâàòü ìàëóþ íåñáàëàíñèðîâàííîñòü íà âûõî-
äàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè, ò. ê. äèñáàëàíñ (îòêëîíåíèå
àìïëèòóä ñèãíàëîâ îò ðàâåíñòâà è ðàçíîñòè ôàç íà
Ðèñ. 2. Òîïîëîãèÿ òðàíñôîð-
ìàòîðà Tð1 ñ âûâîäîì èç
ñðåäíåé òî÷êè âòîðè÷íîé
îáìîòêè (óêàçàíû êîí-
ñòðóêòèâíûå ïàðàìåòðû)
R
w
H dH
S
28
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
âûõîäàõ âòîðè÷íîé îáìîòêè îò 180°) ïðèâîäèò ê íå-
ãàòèâíûì ýôôåêòàì â öåïè, â êîòîðîé îíè èñïîëüçó-
þòñÿ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ áàëàíñèðîâ-
êè óïîìÿíóòûõ âûõîäîâ íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü óñ-
ëîâèå ñèììåòðè÷íîñòè ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îá-
ìîòîê äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà, à òàêæå îòíîñèòåëü-
íî "çåìëè".
Òîïîëîãèè òðàíñôîðìàòîðîâ áûëè ñêîíñòðóèðî-
âàíû â òåõíîëîãèè LTCC â ñîîòâåòñòâèè ñ èçëîæåí-
íûìè âûøå ïðàâèëàìè. Äëÿ óäîâëåòâîðåíèÿ îáîçíà-
÷åííûõ òðåáîâàíèé ê ñèììåòðèè â ñòðóêòóðå áûëà
âûáðàíà ðåàëèçàöèÿ òðàíñôîðìàòîðîâ íà ïîëîñêîâûõ
ëèíèÿõ.
Ñ öåëüþ óïðîùåíèÿ êëàññèôèêàöèè è ñðàâíåíèÿ òðàíñôîðìà-
òîðîâ íàìè áûëè ââåäåíû èõ óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ. Ñòðóêòóðû
òðàíñôîðìàòîðîâ îáîçíà÷àþòñÿ:
� ïî êîëè÷åñòâó âèòêîâ N è M â ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé
îáìîòêàõ, ñîîòâåòñòâåííî;
� ïî êîëè÷åñòâó âèòêîâ â îáìîòêå, êîòîðûå ïðèõîäÿòñÿ íà
îäèí ñëîé ìåòàëëèçàöèè L;
� ïî êîëè÷åñòâó ñëîåâ ìåòàëëèçàöèè W, íà êîòîðûõ ðàñïîëà-
ãàþòñÿ âèòêè ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé îáìîòîê, èñêëþ÷àÿ ñëîè, â
êîòîðûõ ðàñïîëàãàþòñÿ òîëüêî ìåæñîåäèíåíèÿ;
� ïî îáùåìó êîëè÷åñòâó êåðàìè÷åñêèõ ñëîåâ U, èñïîëüçóå-
ìûõ â ñòðóêòóðå òðàíñôîðìàòîðà (âêëþ÷àÿ èñïîëüçóåìûå äëÿ
ìåæñîåäèíåíèé).
Îáîçíà÷åíèå òðàíñôîðìàòîðà âûãëÿäèò êàê TN(÷èñëî)
M(÷èñëî) L(÷èñëî)W(÷èñëî)U(÷èñëî).
Ðàññìîòðèì äåòàëüíî íåñêîëüêî ðåàëèçàöèé òðàíñ-
ôîðìàòîðîâ, èõ ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíà òîïîëîãèÿ òðàíñôîðìàòîðà
TN2M2L2W2U5 (äàëåå Òð1) ñ âûâîäîì èç ñðåäíåé òî÷-
êè âòîðè÷íîé îáìîòêè. Òðàíñôîðìàòîð Tð1 ñîñòîèò
èç äâóõ ñèììåòðè÷íûõ êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè êâàä-
ðàòíîé ôîðìû, ðàñïîëîæåííûõ îäíà íàä äðóãîé. Êàæ-
äàÿ êàòóøêà èíäóêòèâíîñòè, à çíà÷èò, ïåðâè÷íàÿ è âòî-
ðè÷íàÿ îáìîòêè, ñîäåðæèò ïî 2 âèòêà. Òàêàÿ òîïîëî-
ãèÿ ïîçâîëÿåò îñóùåñòâèòü âûâîä èç ñðåäíåé òî÷êè íà
îáåèõ îáìîòêàõ. Òðàíñôîðìàòîð èìååò êîýôôèöèåíò
òðàíñôîðìàöèè 1:1 è, òàêèì îáðàçîì, îñóùåñòâëÿåò
òðàíñôîðìàöèþ ñîïðîòèâëåíèÿ 1:1.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû òèïè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè
ïåðåäà÷è òðàíñôîðìàòîðà Tð1 � àìïëèòóäû S11, S21
è S31 äëÿ ñëåäóþùèõ ðàçìåðîâ òðàíñôîðìàòîðà: øè-
ðèíà ïðîâîäíèêà w=200 ìêì, ðàññòîÿíèå ìåæäó âèò-
êàìè s=100 ìêì, âûñîòà êåðàìè÷åñêîãî ñëîÿ H=
=90 ìêì è âíóòðåííèé ðàçìåð (ðàäèóñ) R=800 ìêì.
Ôàçû S21 è S31, õàðàêòåðèçóþùèå áàëàíñ âûõîäîâ ïî
ôàçå, ïîêàçàíû íà ðèñ. 4. Ñîïðîòèâëåíèå íîðìèðî-
âàíèÿ ïîðòîâ âûáðàíî ðàâíûì 50 Îì.
Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ýòîãî òðàíñôîðìàòîðà ëåæèò
â ïðåäåëàõ 1,6�5,9 ÃÃö. Àáñîëþòíàÿ øèðèíà ïîëî-
ñû ïðîïóñêàíèÿ ñîñòàâëÿåò 4,3 ÃÃö, îòíîñèòåëüíàÿ
� 1,147. Êîýôôèöèåíò èíäóêòèâíîé ñâÿçè ðàâåí
k=0,35. Ïëîùàäü, çàíèìàåìàÿ òðàíñôîðìàòîðîì, �
2,8×2,8 ìì2. Ðàçáàëàíñèðîâàííîñòü ïî ôàçå â ïîëîñå
ïðîïóñêàíèÿ ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 2°, ïî àìïëèòóäå �
íå áîëåå 0,5 äÁ. Íåäîñòàòêîì òðàíñôîðìàòîðà Tð1 ÿâ-
ëÿåòñÿ îòíîñèòåëüíî óçêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ. Åå ìîæ-
íî óâåëè÷èòü, íàñòðàèâàÿ îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà â
ðåçîíàíñ ïðè ïîìîùè êîíäåíñàòîðîâ. Îäíàêî èñïîëü-
çóÿ òàêîé ïîäõîä, ìîæíî ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü ïëî-
ùàäü âñåãî óñòðîéñòâà, ò. ê. êîíäåíñàòîðû ìîãóò çàíè-
ìàòü ïëîùàäü, ñðàâíèìóþ ñ ïëîùàäüþ ñàìîãî òðàíñ-
ôîðìàòîðà. Ïîýòîìó äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïîëîñû ïðîïóñ-
êàíèÿ óäîáíåå óâåëè÷èòü êîëè÷åñòâî âèòêîâ â êàæäîé
èç îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà.
Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíà òîïîëîãèÿ òðàíñôîðìàòî-
ðà TN3M3L2W2U7 (äàëåå Òð2). Ýòî àíàëîã òðàíñôîð-
ìàòîðà Tð1, â êîòîðîì äîáàâëåíî ïî îäíîìó âèòêó â
êàæäóþ èç îáìîòîê äëÿ óâåëè÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà
èíäóêòèâíîé ñâÿçè k è, ñëåäîâàòåëüíî, øèðèíû ïî-
ëîñû ïðîïóñêàíèÿ. Íà ðèñ. 6 ïðåäñòàâëåíû åãî àì-
ïëèòóäíî-÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè.
Ïðè òåõ æå ïàðàìåòðàõ êîíñòðóêöèè òðàíñôîðìà-
òîð Tð2 îáåñïå÷èâàåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ â ïðåäå-
ëàõ 0,55�3,9 ÃÃö. Ïðè çíà÷èòåëüíîì ñìåùåíèè ïî-
ëîñû ïðîïóñêàíèÿ â ñòîðîíó íèçêèõ ÷àñòîò åå àáñî-
ëþòíàÿ øèðèíà ñîñòàâëÿåò 3,35 ÃÃö, îòíîñèòåëüíàÿ
� 1,51. Êîýôôèöèåíò èíäóêòèâíîé ñâÿçè óâåëè÷èë-
ñÿ äî k=0,5. Ïëîùàäü, çàíèìàåìàÿ òðàíñôîðìàòî-
ðîì, ñîñòàâëÿåò 2,2×2,2 ìì2. Ðàçáàëàíñèðîâàííîñòü
ïî ôàçå â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ ñîñòàâëÿåò íå áîëåå
2°, ïî àìïëèòóäå � íå áîëåå 0,5 äÁ.
Ðèñ. 3. Àìïëèòóäíî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîð-
ìàòîðà Tð1
S
,
ä
Á
0
�10
�20
�30
0 1 2 3 4 5 6
×àñòîòà, ÃÃö
S11
S31
S21
Ðèñ. 4. Ôàçî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîðìàòîðà Tð1
200
100
0
�100
�200
0 1 2 3 4 5 6
×àñòîòà, ÃÃö
arg(S21)
arg(S31)
ar
g
(S
),
°
Ðèñ. 5. Òîïîëîãèÿ òðàíñôîðìà-
òîðà Tð2 è åãî êîíñòðóêòèâíûå
ïàðàìåòðû
R
w3
H dH
S w2
w1
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
29
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
Äëÿ äîñòèæåíèÿ êîýôôèöèåíòà òðàíñôîðìàöèè
1:4 íàìè áûë ñïðîåêòèðîâàí òðàíñôîðìàòîð
TN2M4L1W6U8 (äàëåå Òð3). Åãî òîïîëîãèÿ èçîáðà-
æåíà íà ðèñ. 7. Îí ñîñòîèò èç äâóõ ñâÿçàííûõ âèíòî-
âûõ êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû,
âèòêè êîòîðûõ âåðòèêàëüíî ÷åðåäóþòñÿ ïî ñëîÿì. Â
ïåðâè÷íîé îáìîòêå ðàñïîëàãàþòñÿ äâà âèòêà, âî âòî-
ðè÷íîé � ÷åòûðå. Íà ðèñ. 8 ïîêàçàíû àìïëèòóäíî-
÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè òðàíñôîðìàòîðà Tð3 äëÿ ñëå-
äóþùèõ ðàçìåðîâ: øèðèíà ïðîâîäíèêà w=200 ìêì,
âûñîòà êåðàìè÷åñêîãî ñëîÿ H=90 ìêì, äëèíà Rx=
=500 ìêì, øèðèíà Ry=200 ìêì.
Äàííûé òðàíñôîðìàòîð îáëàäàåò ïîëîñîé ïðîïóñ-
êàíèÿ 1,5�2,4 ÃÃö. Àáñîëþòíàÿ øèðèíà ïîëîñû ïðî-
ïóñêàíèÿ ðàâíà 0,9 ÃÃö, îòíîñèòåëüíàÿ � 0,49. Êîýô-
ôèöèåíò èíäóêòèâíîé ñâÿçè k=0,35. Ïëîùàäü, çàíè-
ìàåìàÿ òðàíñôîðìàòîðîì Tð3, ðàâíà 1,7×0,8 ìì2. Ìà-
ëàÿ ïëîùàäü ñòðóêòóðû áûëà äîñòèãíóòà çà ñ÷åò èñ-
ïîëüçîâàíèÿ âåðòèêàëüíîé âèíòîâîé òîïîëîãèè îáìî-
òîê. Äîñòîèíñòâîì òðàíñôîðìàòîðà Tð3 ÿâëÿþòñÿ íå-
áîëüøèå ðàçìåðû.
Äëÿ ñðàâíåíèÿ êà÷åñòâåííûõ ïîêàçàòåëåé ðàçëè÷-
íûõ òîïîëîãèé òðàíñôîðìàòîðîâ áûëè ïîñòðîåíû çà-
âèñèìîñòè îòíîñèòåëüíîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ îò âíóò-
ðåííåãî ðàçìåðà òðàíñôîðìàòîðà ∆fîòí=f(R). Ýòè õà-
ðàêòåðèñòèêè ïîêàçàíû íà ðèñ. 9.
Áàëóí
Áàëóí ïðèìåíÿåòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè áàëàíñíûõ ñìå-
ñèòåëåé, óñèëèòåëåé, óìíîæèòåëåé, àíòåííûõ ñîãëàñó-
þùèõ óñòðîéñòâ è ìíîãèõ äðóãèõ. Ñóùåñòâóåò ìíî-
æåñòâî ðàçëè÷íûõ êîíôèãóðàöèé áàëóíîâ. Ðàíåå áûëè
ïðåäëîæåíû áàëóíû-òðàíñôîðìàòîðû [8], àêòèâíûå
áàëóíû, áàëóíû íà ñîñðåäîòî÷åííûõ ýëåìåíòàõ, â òîì
÷èñëå ñ èñïîëüçîâàíèåì ôèëüòðîâ, áàëóíû Ìàð÷àíäà
(Marchand baluns) íà ñâÿçàííûõ ëèíèÿõ [9�11]. Êàæ-
äûé èç ïðèâåäåííûõ âàðèàíòîâ ïîñòðîåíèÿ áàëóíà èìååò
ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè. Áàëóíû-òðàíñôîð-
ìàòîðû îáåñïå÷èâàþò ðàçâÿçêó ïî ïîñòîÿííîìó òîêó,
îäíàêî ñáàëàíñèðîâàíû â óçêîé ïîëîñå ââèäó íàëè-
÷èÿ åìêîñòíîé ñâÿçè ìåæäó ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé
îáìîòêàìè. Àêòèâíûå áàëóíû îáëàäàþò øèðîêîé ïî-
ëîñîé ïðîïóñêàíèÿ, íî âíîñÿò øóìû è ïîòðåáëÿþò ìîù-
íîñòü. Áàëóíû íà ñîñðåäîòî÷åííûõ ýëåìåíòàõ èìåþò
íåáîëüøèå ðàçìåðû, îäíàêî ÿâëÿþòñÿ óçêîïîëîñíû-
ìè. Áëàãîäàðÿ ñâîåé ïðîñòîòå è ñðàâíèòåëüíîé øè-
ðîêîïîëîñíîñòè â èíòåãðàëüíûõ ñõåìàõ LTCC íàèáî-
ëåå ðàñïðîñòðàíåí áàëóí Ìàð÷àíäà. Îñíîâíîé åãî íå-
äîñòàòîê � áîëüøèå ðàçìåðû.
Ïðîñòåéøèé èíòåãðàëüíûé áàëóí Ìàð÷àíäà ñîñòîèò
èç äâóõ ïàð ñâÿçàííûõ ìèêðîïîëîñêîâûõ ëèíèé ÷åò-
âåðòüâîëíîâîé äëèíû λ/4, ãäå λ � äëèíà âîëíû, íà
êîòîðîé ñèãíàëû íà âûõîäå áàëóíà èäåàëüíî ñáàëàí-
ñèðîâàíû (ðèñ. 10). Íåñáàëàíñèðîâàííûé âõîä ïîä-
êëþ÷åí ê îòêðûòîé ëèíèè ïîëóâîëíîâîé äëèíû, êî-
òîðàÿ ñâÿçàíà ñ äâóìÿ çàçåìëåííûìè ÷åòâåðòüâîë-
Ðèñ. 7. Òîïîëîãèÿ òðàíñôîðìàòîðà Tð3
Ry
w
Rx
H
Ðèñ. 8. Àìïëèòóäíî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîð-
ìàòîðà Tð3
S
,
ä
Á
0
�10
�20
�30
×àñòîòà, ÃÃö
S11
S31
S21
0 1 2 3 4 5 6
Ðèñ. 9. Õàðàêòåðèñòèêè ∆fîòí=f(R) äëÿ ðàçëè÷íîé
òîïîëîãèè òðàíñôîðìàòîðîâ
Tð1
Tð2
100 200 300 400 500 600 700 800 R, ìêì
Tð3
∆fîòí
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
Ðèñ. 6. Àìïëèòóäíî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñôîð-
ìàòîðà Tð2
0 1 2 3 4 5
×àñòîòà, ÃÃö
0
�10
�20
�30
S11
S31S21S
,
ä
Á
30
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
íîâûìè ëèíèÿìè. Ñâîáîäíûå êîíöû ïîñëåäíèõ ïîä-
êëþ÷åíû ê áàëàíñíûì âûõîäàì.
 ÷èñòîì âèäå òàêóþ ðåàëèçàöèþ áàëóíà óäîáíî
èñïîëüçîâàòü â äèàïàçîíå ìèëëèìåòðîâûõ âîëí, êîã-
äà ðàçìåðû ýëåìåíòà ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíû äëèíå
âîëíû. Â ïðèëîæåíèÿõ ñàíòèìåòðîâîãî äèàïàçîíà, â
êîòîðûõ òðåáóåòñÿ ñðàâíèòåëüíî óçêàÿ ïîëîñà è õî-
ðîøàÿ ñáàëàíñèðîâàííîñòü, ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ
ñâÿçàííûå ëèíèè ñ äëèíîé ìåíåå λ/4, îäíàêî äëÿ ïî-
ëó÷åíèÿ ïðèåìëåìûõ õàðàêòåðèñòèê áàëóíà òðåáóåò-
ñÿ ïðèìåíåíèå êîíäåíñàòîðîâ, âûïîëíÿþùèõ ôóíê-
öèè ïîäñòðîéêè, êîòîðûå ê òîìó æå çàíèìàþò çíà÷è-
òåëüíóþ ïëîùàäü.
Îäíèì èç ïóòåé ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ðàçìåùåíèÿ
ñâÿçàííûõ ëèíèé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñâÿçàííûõ
ëèíèé â âèäå ñïèðàëüíûõ êàòóøåê. Òàêîé ïîäõîä ïî-
çâîëÿåò óìåíüøèòü ïëîùàäü, çàíèìàåìóþ áàëóíîì,
à òàêæå óâåëè÷èòü êîýôôèöèåíò èíäóêòèâíîé ñâÿçè k
ìåæäó ñâÿçàííûìè ëèíèÿìè. Àíàëèç òîïîëîãèé ñâÿ-
çàííûõ ñïèðàëüíûõ êàòóøåê, ïðîâåäåííûé â [12],
ïîêàçàë, ÷òî íàèëó÷øèì äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ñëó-
÷àÿ ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå òîïîëîãèè ñâÿçàííûõ ëèíèé
â âèäå âåðòèêàëüíî ðàñïîëîæåííûõ ñîëåíîèäîâ.
Ñâÿçàííûå ëèíèè â âèäå âåðòèêàëüíî ðàñïîëîæåí-
íûõ ñîëåíîèäîâ çàíèìàþò ìàëóþ ïëîùàäü. Èõ êîýô-
ôèöèåíò ñâÿçè k äîñòèãàåò 0,6, âñëåäñòâèå ÷åãî ïîëî-
ñà ïðîïóñêàíèÿ ðàñøèðÿåòñÿ. Âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì
ñâÿçàííûõ ëèíèé â âèäå âåðòèêàëüíî ðàñïîëîæåííûõ
ñîëåíîèäîâ ÿâëÿåòñÿ óìåíüøåíèå ïàðàçèòíîé åìêîñòè
ìåæäó êàòóøêàìè è çàçåìëÿþùèìè ïëàñòèíàìè.
Íà îñíîâå ñâÿçàííûõ ëèíèé â âèäå âåðòèêàëüíî
ðàñïîëîæåííûõ ñîëåíîèäîâ íàìè áûë ðàçðàáîòàí
áàëóí Ìàð÷àíäà. Åãî âíåøíèé âèä ñ óêàçàíèåì ñëî-
åâ è ìåæñëîéíûõ ñîåäèíåíèé ïîêàçàí íà ðèñ. 11.
Ñòðóêòóðà áûëà ðàçðàáîòàíà äëÿ èçãîòîâëåíèÿ â òåõ-
íîëîãèè LTCC è îïòèìèçèðîâàíà äëÿ ñòàíäàðòíîãî
ïðîöåññà ñ èñïîëüçîâàíèåì êåðàìèêè DuPont 951.
Îíà ñîñòîèò èç âîñüìè êåðàìè÷åñêèõ ñëîåâ. Èç ñî-
îáðàæåíèé ñèììåòðèè äëÿ ñáàëàíñèðîâàííîñòè ñòðóê-
òóðà áûëà ðåàëèçîâàíà ñ ïðèìåíåíèåì ñèììåòðè÷-
íîé ïîëîñêîâîé ëèíèè. Âíåøíèå ðàçìåðû ïîëó÷åí-
íîé ñòðóêòóðû ñîñòàâëÿþò 2,35×4,3×0,735 ìì.
Ðåçóëüòàòû ìàøèííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîâåäåíèÿ
áàëóíà â ÷àñòîòíîé îáëàñòè ïðè ïîìîùè ÑÀÏÐ HFSS
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 12 è 13. Íà ðèñ. 12 èçîáðàæåíà
àìïëèòóäíî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áàëóíà � çà-
âèñèìîñòè àìïëèòóä S-ïàðàìåòðîâ S11, S21 è S31 îò
÷àñòîòû. Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è S21 è S31 íàõîäÿòñÿ
â ïðåäåëàõ îò �6 äî �3,4 äÁ è ïîêàçûâàþò íåñáàëàí-
ñèðîâàííîñòü äî 0,8 äÁ â ïîëîñå îò 0,8 äî 3,5 ÃÃö.
Òàêèì îáðàçîì, àáñîëþòíàÿ øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñ-
êàíèÿ ðàâíà 2,7 ÃÃö. Îòíîñèòåëüíàÿ øèðèíà ïîëîñû
ïðîïóñêàíèÿ ñîñòàâëÿåò 1,256. Íà ðèñ. 13 èçîáðàæå-
íà ôàçî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áàëóíà � çàâèñè-
ìîñòè ôàç S21 è S31 îò ÷àñòîòû. Ôàçû S21 è S31 â äèà-
ïàçîíå îò 0,8 äî 3,5 ÃÃö çàâèñÿò îò ÷àñòîòû ëèíåéíî.
Íåñáàëàíñèðîâàííîñòü ïî ôàçå â ýòîì äèàïàçîíå ñî-
ñòàâëÿåò íå áîëåå 8°.
Òåñòèðîâàíèå òðàíñôîðìàòîðîâ â ñõåìå êîëüöå-
âîãî áàëàíñíîãî ñìåñèòåëÿ
Äèôôåðåíöèàëüíûå òðàíñôîðìàòîðû è áàëóí ìî-
ãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñõåìå êîëüöåâîãî áàëàíñíîãî
ñìåñèòåëÿ (ðèñ. 14) äëÿ èçîëÿöèè ïî ïîñòîÿííîìó
Ðèñ. 11. Âíåøíèé âèä áàëóíà
Ñëîé 0
Ñëîé 1
Ñëîé 2
Ñëîé 3
Ñëîé 4
Ñëîé 5
Ñëîé 6
Ñëîé 7
Ïîðò 2Ïîðò 1
Ïîðò 3
Ðèñ. 12. Àìïëèòóäíî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áàëóíà
S
,
ä
Á
0
�10
�20
�30
0 1 2 3 4 5
×àñòîòà, ÃÃö
S11
S31
S21
Ðèñ. 13. Ôàçî-÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áàëóíà
0 1 2 3 4 5
×àñòîòà, ÃÃö
200
100
0
�100
�200
arg(S21)
arg(S31)
ar
g
(S
),
°
Ðèñ. 14. Ñõåìà êîëüöåâîãî áàëàíñíîãî
ñìåñèòåëÿ:
Ï× � ïðîìåæóòî÷íàÿ ÷àñòîòà; Ð× � ðàäèî-
÷àñòîòà
Ð×
Ï×
Ãå
òå
ðî
äè
í
Ðèñ. 10. Ñõåìà áàëóíà Ìàð÷àíäà íà ñâÿçàííûõ ëèíèÿõ
λ/2
Íåñáàëàíñèðîâàííûé
âõîä
λ/4 λ/4
Áàëàíñíûå âûõîäû
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 3
31
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
òîêó è òðàíñôîðìàöèè ñîïðîòèâëåíèÿ. Íà ðèñ. 15
ïðåäñòàâëåíà ìîäåëèðîâàííàÿ â ÑÀÏÐ ADS ÷àñòîò-
íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïîòåðü ïðåîáðàçîâàíèÿ áàëàíñíîãî
ñìåñèòåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òðàíñôîðìàòîðà Tð2 è
áàëóíà. Èç ðèñ. 15 ìîæíî âèäåòü, ÷òî â ïîëîñå ÷àñòîò
2�4 ÃÃö ïîòåðè ïðåîáðàçîâàíèÿ ñìåñèòåëÿ ñîñòàâëÿ-
þò ìåíåå 8 äÁ, à â ïîëîñå ÷àñòîò 1,8�8 ÃÃö � ìåíåå
11 äÁ. Ïîäîáíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîëó÷åíû äëÿ âñåõ
ðàññìîòðåííûõ âûøå òðàíñôîðìàòîðîâ. Òàêæå èññëå-
äîâàëèñü äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè ñìåñèòåëÿ: êîýôôè-
öèåíò øóìà, äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí, êîýôôèöèåíòû
èíòåðìîäóëÿöèè, ìåæïîðòîâûå èçîëÿöèè è äð.
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåíû êîíñòðóêöèè ìîíî-
ëèòíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ èç-
ãîòîâëåíèÿ â òåõíîëîãèè ìíîãîñëîéíîé êåðàìèêè
LTCC. Îíè ïîçâîëÿþò îñóùåñòâëÿòü òðàíñôîðìàöèþ
ñîïðîòèâëåíèÿ ñ êîýôôèöèåíòàìè 1:1 è 1:4 ñ îäíî-
âðåìåííîé èçîëÿöèåé öåïåé ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íîé
îáìîòîê ïî ïîñòîÿííîìó òîêó. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü
ñîçäàíèÿ êîíñòðóêöèé òðàíñôîðìàòîðîâ ñ ðàçëè÷íîé
øèðèíîé ïîëîñû ðàáî÷èõ ÷àñòîò. Êîíñòðóêòîð èìååò
âîçìîæíîñòü âàðüèðîâàòü ïàðàìåòðû òðàíñôîðìàòî-
ðà äëÿ äîñòèæåíèÿ ðàçóìíîãî êîìïðîìèññà ìåæäó
øèðèíîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ è ãåîìåòðè÷åñêèìè ðàç-
ìåðàìè ïðîåêòèðóåìîãî óñòðîéñòâà.
Òàêæå ïðåäëîæåíà êîíñòðóêöèÿ áàëóíà, ñêîí-
ñòðóèðîâàííîãî íà îñíîâå áàëóíà Ìàð÷àíäà ñ ïðè-
ìåíåíèåì òîïîëîãèè ñâÿçàííûõ ëèíèé â âèäå âåðòè-
êàëüíî ðàñïîëîæåííûõ ñîëåíîèäîâ. Îí îáëàäàåò øè-
ðîêîé ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ, ìàëûìè ðàçìåðàìè è
îáåñïå÷èâàåò äèñáàëàíñ âûõîäîâ ïî àìïëèòóäå äî
0,8 äÁ è ïî ôàçå äî 8° â ðàáî÷åé ïîëîñå ÷àñòîò. Êðî-
ìå ýòîãî, áàëóí âûïîëíÿåò ôóíêöèè òðàíñôîðìàòîðà
� ðàçäåëåíèå öåïåé ïî ïîñòîÿííîìó òîêó è òðàíñ-
ôîðìàöèþ ñîïðîòèâëåíèé.
Ïðèìåíåíèå òðàíñôîðìàòîðîâ â ñõåìå êîëüöåâî-
ãî áàëàíñíîãî ñìåñèòåëÿ ïîçâîëèëî ïî ðÿäó ïàðà-
ìåòðîâ, íàïðèìåð, ïî øèðîêîïîëîñíîñòè, ïðåâçîéòè
ñóùåñòâóþùèå àíàëîãè.
Ðàññìîòðåííûå òðàíñôîðìàòîðû è áàëóí ìîãóò
øèðîêî èñïîëüçîâàòüñÿ â ñìåñèòåëÿõ, óñèëèòåëÿõ è
ïðî÷èõ óñòðîéñòâàõ áåñïðîâîäíîé ñâÿçè, ïðîåêòèðó-
åìûõ â òåõíîëîãèè LTCC.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Kehrer D., Wohlmuth H.-D., Kienmayer C., Scholz A. L.
A 1 V monolithic transformer-coupled 30-Gb/s 2:1 multiplexer in
120 nm CMOS // IEEE MTT-S Int. Microwave Simp. Dig.�
Philadelphia, USA.� 2003.� P. 2261�2264.
2. Bakalski W., Simbürger W., Thüringer R. et al. A fully integrated
4.8-6 GHz power amplifier with on-chip output balun in 38 GHz-fT
Si-bipolar // Ibid.� 2003.� P. 695�698.
3. Wu P.-S., Tseng C.-H., Huang T.-W., Wang H. A singly balanced
millimeter-wave mixer using a compact transformer // Proc. Asia
Pacific Microwave Conf.� Seoul, Korea.� 2003.
4. Øåëêîâíèêîâ Á. Í., Áîíäàðü Ä. Á., Ãëóáîêîâ À. À. Ìîäåëè-
ðîâàíèå ìîíîëèòíûõ ïëàíàðíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ íà ïîäëîæêå
èç GaAs // Ìàò-ëû 14-é Ìåæäóíàð. Êðûìñêîé êîíô. «ÑÂ×-òåõíèêà
è òåëåêîììóíèêàöèîííûå òåõíîëîãèè».� Ñåâàñòîïîëü, Óêðàè-
íà.� 2004.� Ñ. 16�19.
5. Kehrer D., Simbürger W., Wohlmuth H.-D., Scholz A. L. Design
of monolithic lumped transformers in silicon-based technologies up
to 20 GHz // IEEE Custom Integrated Circuits Conference CICC
2001.� San Diego.� 2001.� P. 401�404.
6. Baek D., Song T., Ko S. et al. Analysis on resonator coupling and
its application to CMOS quadrature VCO at 8 GHz // IEEE MTT-S Int.
Microwave Simp. Dig.� Philadelphia, USA.� 2003.� P. 85�88.
7. Eisenstadt W. R. Mixed-mode S-parameter theory // IEEE
MTT-S Conf., Workshop Proc.� Philadelphia, USA.� 2003.
8. Ãëóáîêîâ À. À., Áîíäàðü Ä. Á., Øåëêîâíèêîâ Á. Í. Ñèììåò-
ðè÷íûå ïàññèâíûå ýëåìåíòû äëÿ èíòåãðàëüíûõ ñõåì â òåõíîëî-
ãèè LTCC // Ìàò-ëû 14-é Ìåæäóíàð. Êðûìñêîé êîíô. «ÑÂ×-òåõ-
íèêà è òåëåêîììóíèêàöèîííûå òåõíîëîãèè».� Ñåâàñòîïîëü, Óê-
ðàèíà.� 2004.� Ñ. 429�432.
9. Gavela I., Falagán M.A., Flühr H. A small size LTCC balun for
wireless applications // 34th EuMC, Conf. Proc.� Amsterdam, The
Netherlands.� 2004.� P. 373�376.
10. Bushyager N., Staiculescu D., Obatoyinbo A. et al. Optimization
of 3D multilayer RF components using the design of experiments
(DOE) technique // IEEE MTT-S Int. Microwave Simp. Dig.� Fort
Worth, USA.� 2004.� P. 1859�1862.
11. Wu P.-S., Tseng C.-H., Lei M.-F. et al. Three-dimensional X-
band new transformer balun configuration using the multilayer ceramic
technologies // 34th EuMC, Conf. Proc.� Amsterdam, The
Netherlands.� 2004.� P. 385�388.
12. Glubokov O. A., Shelkovnikov B. N. Broad band balun in
LTCC technology using vertical solenoid coupled transmission lines
// 7th International Conference on telecommunications in Modern
Satellite. Cable and Broadcasting Services TELSIKS.� Nis, Serbia
and Montenegro.� 2005.� P. 452�455.
Ðèñ. 15. Õàðàêòåðèñòèêà ïîòåðü ïðåîáðàçîâàíèÿ ñìåñè-
òåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì Tð2
Ï
îò
åð
è
ïð
åî
áð
àç
îâ
àí
èÿ
,
äÁ
0
�10
�20
�30
�40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
×àñòîòà, ÃÃö
|