Ultra-Breitband-Induktor 550nH ±20% Mikro-Draht-Resonanz freier Bias Tee HF-Ausstoß 50MHz - 40GHz

HALT40005 Ultra-Breitband Konischer Induktor | 550nH ±20% Mikro-Draht Resonanzfreier Bias Tee RF-Choke (50MHz - 40GHz)

Warum 40 GHz und 550 nH in einer Spule nicht koexistieren können

Nehmen Sie einen Standard-Zylinderinduktor, der auf 550 nH Induktivität gewickelt ist. Die Anzahl der Windungen, die für einen praktischen Formfaktor erforderlich sind, ist so groß, dass die kumulative Windungs-zu-Windungs-Kapazität irgendwo zwischen 200 MHz und 400 MHz mit der Spuleninduktivität in Resonanz tritt. Oberhalb dieser Frequenz bricht die Impedanz von induktiv zu kapazitiv zusammen, und die Komponente funktioniert nicht mehr als Choke. Dies ist kein Herstellungsfehler; es ist eine direkte Folge der gleichmäßigen Wicklungsgeometrie.

Der HALT40005 entkommt dieser Einschränkung, indem er die gleichmäßige Wicklung aufgibt. Stattdessen werden die Windungen in einem kontinuierlich verjüngten Kegel gewickelt – schmal an einem Ende, breit am anderen. Da die benachbarten Windungen sich progressiv ändernde Durchmesser haben, haben keine zwei Windungspaare identische gegenüberliegende Oberfläche. Die parasitäre Kapazität, die existiert, ist spektral verteilt und nicht auf ein LC-Produkt konzentriert. An der schmalen Apex-Spitze, wo die Wicklung mit der 50-Ω-Mikrostrip-Leitung verbunden ist, nähert sich der Windungsdurchmesser 0,40 mm und die Parallelkapazität zur Masseebene ist vernachlässigbar. An der breiten Basis sammeln die größeren Windungen die volle Sperrimpedanz von 550 nH, wirksam bis 50 MHz. Zwischen diesen beiden Extremen ist der Impedanzübergang glatt und kontinuierlich – keine Eigenresonanz, keine S21-Kerbe.

Der HALT40005 ist aus 0,05 mm (50 µm) sauerstofffreiem Kupferdraht mit Polyimidisolierung gewickelt, ausgelegt für 200 mA kontinuierlichen Gleichstrom mit einem Temperaturanstieg unter 15°C. Die Eigenresonanzfrequenz überschreitet 40,0 GHz, bestätigt durch VNA-Messung an einer TRL-kalibrierten Mikrostrip-Testvorrichtung. Eine optionale Variante mit 0,08 mm Draht ist auf kundenspezifische Bestellung für Anwendungen erhältlich, die einen höheren Bias-Strom erfordern, auf Kosten von etwa 5 GHz Bandbreite.

Leistungsdaten über den gesamten Betriebsbereich

Spezifikationsreferenz

Der optoelektronische Bias Tee: Eine Komponente ersetzt drei

In einem herkömmlichen 400G-Optiktransceiver-Bias-Tee kann das DC-Injektionsnetzwerk eine Kaskade von drei Induktoren verwenden – vielleicht 1 µH, 100 nH und 10 nH –, die jeweils einen Teil des Spektrums abdecken. Die Verbindungen zwischen diesen Komponenten bilden unbeabsichtigte parallele LC-Schwingkreise, die im Bereich von 3–8 GHz in Resonanz treten und den charakteristischen S21-Abfall im mittleren Band erzeugen, der die PAM4-Augenlinearität verschlechtert.

Der HALT40005 reduziert diese Drei-Induktor-Kaskade auf eine einzige 3,0 mm Komponente. Da die konische Geometrie einen kontinuierlichen Impedanzgradienten anstelle von drei diskreten induktiven Zuständen bietet, gibt es keine Verbindung, keinen parasitären Schwingkreis und keinen Abfall im mittleren Band. Der gemessene S21 eines ordnungsgemäß montierten Bias-Tees mit dem HALT40005 ist von 50 MHz bis 40 GHz innerhalb der Messunsicherheit der Vorrichtung flach. Für Designer von optischen Transceivern bedeutet dies, dass der Choke nicht mehr das limitierende Element im Kanalbudget ist.

Anforderungen an die physikalische Montage

1. Spitzenseitige Verbindung: Das schmale Ende des Kegels wird an die 50-Ω-Mikrostrip- oder Coplanar-Waveguide-Leitung gelötet. Montieren Sie die Spule senkrecht zur Platinenebene. Jede Abweichung von der 90°-Ausrichtung erzeugt eine asymmetrische Feldkopplung, die S11 bei Millimeterwellenfrequenzen erhöht.
2. Leiterbahnexposition an der Spitze: Die Länge der Anschlussleitung zwischen dem Lötfilet und der ersten Windung muss ≤0,3 mm betragen. Jede zusätzliche 0,5 mm freiliegende Anschlussleitung führt etwa 0,3 nH parasitäre Serieninduktivität ein – genug, um die Eingangsübereinstimmung oberhalb von 30 GHz messbar zu verschieben.
3. DC-Routing der Basisleitung: Das breite Ende des Kegels wird mit dem DC-Bias-Eingangsknoten verbunden. Platzieren Sie einen 100 pF Keramikkondensator parallel zu einem 10 nF Kondensator innerhalb von 1 mm von diesem Pad, um jegliche HF-Leckage nach Masse abzuleiten.
4. Mechanische Stabilisierung: Befestigen Sie den Spulenkörper mit einem einzigen Mikrodot (≤0,3 mm Durchmesser) aus Epotek H70E niedrig-ausgasendem Epoxidharz auf der Wicklungsseite. Dies eliminiert mikrophonische Windungsabstandsmodulation, die Phasenrauschseitenbänder erzeugt.
5. Thermischer Budget für Lötstellen: Lötspitze bei 280–320°C. Verweildauer: 2 Sekunden. Der 50 µm Leiter erreicht die Löttemperatur in einem Sekundenbruchteil; verlängertes Erhitzen glüht den Kupferdraht und kann die Präzisionsverjüngung dauerhaft verformen.

Anwendungsbereich

• Laser-Treiber und TIA DC-Bias-Injektion in 100G/400G/800G TOSA und ROSA Modulen
• GaAs pHEMT LNA Gate-Bias und GaN HEMT Drain-Bias in Ka-Band Empfängern und Sendern
• Hochgeschwindigkeits-Fotodioden-Rückwärts-Bias-Entkopplung in kohärenten Detektionsketten
• PIN-Diodenschalter und digitale Schrittdämpfer DC-Rückkopplungsnetzwerke
• 5G mmWave (FR2) Phased-Array-Antennenelement-Bias-Stromverteilung
• Bias-Front-End von elektronischen Kriegsführungs- und SIGINT-Empfängern (0,05–40 GHz)

Fragen aus der Praxis

F: Wie unterscheidet sich der HALT40005 von den HALT40005A und HALT40005B?
A: Der Kerninduktor – 550 nH, 0,05 mm Draht, 50 MHz–40 GHz Luftkern-konisch – ist die identische Komponente, die auf derselben Produktionslinie hergestellt wird. Die drei Varianten unterscheiden sich in ihrem Anwendungsdokumentationsschwerpunkt: HALT40005A dient der universellen Ultra-Breitband-Choke-Anwendung; HALT40005B bietet eine spezifische Zuverlässigkeitsqualifizierung für optoelektronische Anwendungen und Anleitungen zur Keilbondung; HALT40005 betont die resonanzfreie Bias-Tee-Integration mit Modul-Level-Montageanweisungen. Wählen Sie die Variante, deren unterstützende Dokumentation am besten zu Ihrem Design-Workflow passt.

F: Unser Laser-Treiber zieht 190 mA. Das Datenblatt gibt 200 mA maximal an. Ist das ausreichend Spielraum?
A: Bei 190 mA beträgt die I²R-Dissipation etwa 72 mW (basierend auf einem typischen Wicklungs-DCR von 2,0 Ω). Das resultierende ΔT beträgt etwa 12°C – komfortabel innerhalb der Designgrenze von 15°C. Die 10%ige Stromreserve bietet ausreichenden Spielraum für DCR-Schwankungen von Einheit zu Einheit und Temperaturanstieg in der Modulumgebung.

F: Welche physikalische Ausrichtung ergibt die beste S11 oberhalb von 30 GHz?
A: Senkrechte Montage (Spulenachse im 90°-Winkel zur Platinenebene, Apex-Spitze direkt an den Mikrostrip gelötet) liefert durchweg die beste Rückflussdämpfung oberhalb von 30 GHz. Horizontale Montage mit einer 90°-Biegung im Apex-Leiter ist in höhenbeschränkten Modulen möglich, führt aber zu zusätzlicher parasitäter Induktivität an der Biegung. Wenn eine horizontale Montage erforderlich ist, empfiehlt Hoan eine 3D-EM-Simulation der spezifischen Leiterbiegegeometrie unter Verwendung der bereitgestellten .s2p-Daten.