อินดูเตอร์เบนด์กว้างบนพื้นผิว 2000nH Micro Wire RF Choke 10MHz ถึง 40GHz

ภาพรวมผลิตภัณฑ์

HALT68005 เป็นตัวเหนี่ยวนำแบบกรวยบรอดแบนด์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับเครือข่ายการฉีด DC แบบ bias tee ในย่านมิลลิเมตรเวฟ ให้ค่าความเหนี่ยวนำมาตรฐาน 2000 nH (2.0 µH) ซึ่งสูงที่สุดในซีรีส์ตัวเหนี่ยวนำแบบกรวยบรอดแบนด์ พันด้วยลวดทองแดงปราศจากออกซิเจนพิเศษขนาด 0.05 มม. (50 µm) ในรูปทรงกรวยแกนอากาศที่เรียวลงอย่างต่อเนื่อง ส่วนประกอบนี้มีพิกัดกระแสไบอัส DC ต่อเนื่อง 200 mA และทำงานในช่วงความถี่ 10 MHz ถึง 40 GHz ในช่วงอุณหภูมิ -55°C ถึง +125°C

ในวงจร bias tee ตัวเหนี่ยวนำแบบ choke จะนำกระแสไบอัส DC ไปยังอุปกรณ์แอคทีฟ ในขณะที่ให้ค่าความต้านทาน RF สูงตลอดแบนด์วิดท์สัญญาณ ค่าความเหนี่ยวนำ 2000 nH ของ HALT68005 ขยายขีดจำกัดความถี่ต่ำสุดไปถึง 10 MHz ครอบคลุมสัญญาณควบคุม (supervisory tones), การมอดูเลตข้อมูลทางไกล (telemetry modulation) และสัญญาณควบคุมความเร็วต่ำที่วิ่งอยู่บนสายไบอัสในโมดูลออปติคัลแบบเสียบได้ 40G/100G และระบบ phased-array ที่ปลายย่านมิลลิเมตรเวฟ ลวดขนาด 0.05 มม. ช่วยลดพื้นที่ผิวของตัวนำระหว่างรอบให้เหลือน้อยที่สุด ลดความจุไฟฟ้าปรสิตเพื่อรักษาพฤติกรรมความเหนี่ยวนำที่แท้จริงตลอดช่วง 40 GHz

ลวดขนาด 0.05 มม. เป็นขนาดที่เล็กที่สุดในซีรีส์ผลิตภัณฑ์ มีตัวเลือกการกำหนดค่าลวดขนาด 0.08 มม. ให้บริการตามคำสั่งซื้อพิเศษสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการกระแส DC สูงขึ้นที่ความถี่สูงสุดที่ลดลง โครงสร้างแกนอากาศช่วยขจัดปัญหาการอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก ทำให้มั่นใจได้ว่าค่าความเหนี่ยวนำ 2000 nH เต็มจะยังคงอยู่ตลอดช่วงกระแส DC 0–200 mA ส่วนประกอบนี้มาพร้อมกับข้อมูล .s2p Touchstone ที่ผ่านการทดสอบด้วยฟิกซ์เจอร์ (10 MHz–40 GHz, 201 จุด, TRL-de-embedded), โมเดลเครื่องกล 3D STEP และโมเดล HFSS EM แบบพารามิเตอร์สำหรับการจำลองร่วม PCB ที่แม่นยำ

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

การออกแบบวงจร Bias Tee สำหรับการทำงาน 40 GHz

เส้นทาง RF ผ่าน

ไมโครสตริป 50 Ω หรือสายส่งแบบกราวด์โคเพลนาร์ (GCPW) เชื่อมต่อพอร์ต 1 กับพอร์ต 2 ปลายกรวยที่แคบของตัวเหนี่ยวนำจะถูกบัดกรีเข้ากับเส้นทางนี้ที่จุดเชื่อมต่อ tee ปลายกรวยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.40 มม. ทำให้เกิดความจุไฟฟ้าแบบช้าง (shunt capacitance) น้อยที่สุด รักษา S21 ตลอดช่วง 40 GHz ที่จุดเชื่อมต่อนี้ ตัวเหนี่ยวนำจะปรากฏเป็นวงจรเปิดที่มีความต้านทานสูงต่อพลังงาน RF ในขณะที่ปรากฏเป็นเส้นทางความต้านทานต่ำสำหรับกระแส DC

โหนดการฉีดไบอัส DC

ปลายฐานที่กว้างเชื่อมต่อกับแผ่นป้อนกระแส DC เครือข่ายตัวเก็บประจุบายพาสบรอดแบนด์จะถูกวางไว้ภายใน 1 มม. จากแผ่นนี้:

• 100 pF เซรามิก (สำหรับการแยกย่านมิลลิเมตรเวฟ)
• 10 nF เซรามิก (สำหรับการแยกย่านไมโครเวฟ)
• ตัวเลือก 1 µF (สำหรับการปฏิเสธสัญญาณรบกวนแหล่งจ่ายไฟความถี่ต่ำ)

ที่พิกัด 200 mA ค่า DCR ของขดลวดประมาณ 3.5 Ω ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อม DC ประมาณ 0.7 V ซึ่งยอมรับได้สำหรับวงจรไบอัสอุปกรณ์แอคทีฟที่แหล่งจ่ายไฟไบอัสสามารถชดเชยแรงดันตกคร่อม IR นี้ได้

การแยก RF-DC

ค่าความเหนี่ยวนำ 2000 nH สร้างความต้านทาน >2.2 kΩ ตลอดช่วงที่กำหนด ซึ่งเทียบเท่ากับการแยก RF ต่อ DC >66 dB อ้างอิงจาก 50 Ω ซึ่งเกินกว่าค่าการแยกทั่วไป 40–50 dB ที่ต้องการสำหรับการทำงาน bias tee ที่สะอาดในการใช้งานวัดและสื่อสาร

การตรวจสอบประสิทธิภาพหลายความถี่

การออกแบบระบายความร้อนสำหรับการทำงานไบอัส DC 200 mA

การกระจายพลังงาน I²R ที่กระแสพิกัดอยู่ที่ประมาณ 140 mW ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25°C โดยอิงจาก DCR ทั่วไปประมาณ 3.5 Ω การออกแบบระบายความร้อนจัดการกับสิ่งนี้ผ่าน:

• ขีดจำกัดอุณหภูมิเพิ่มขึ้น: ให้พิกัดที่ ΔT ≤ 15°C ป้องกันวงจรป้อนกลับ TCR บวกที่อุณหภูมิสูงขึ้นเพิ่มความต้านทานของทองแดง (+0.39%/°C) เพิ่มการกระจายพลังงานต่อไป
• การพาความร้อนตามธรรมชาติ: โครงสร้างแกนอากาศที่เปิดโล่งจะแผ่รังสีและพาความร้อนได้อย่างอิสระ ช่องว่างอากาศขั้นต่ำ 0.5 มม. รอบตัวขดลวดรองรับการทำงานตามพิกัด
• ระยะฉนวน: ฉนวนเคลือบโพลีอิไมด์มีพิกัดการทำงานต่อเนื่อง 200°C ให้ระยะห่างทางความร้อนที่เพียงพอเหนืออุณหภูมิทางแยกที่แย่ที่สุดที่อุณหภูมิแวดล้อม +125°C พร้อมการทำความร้อนตัวเอง 15°C
• การสูญเสียแกนเป็นศูนย์: ต่างจาก choke เฟอร์ไรต์ที่กระจายพลังงานเพิ่มเติมผ่านฮิสเทรีซิสและกระแสไหลวน ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ HALT68005 ไม่มีส่วนประกอบการสูญเสียสนามแม่เหล็ก การกระจายพลังงานทั้งหมดสามารถคาดการณ์ได้จากการสูญเสียทองแดง I²R เพียงอย่างเดียว

ขั้นตอนการประกอบโดยละเอียด

ขั้นตอนที่ 1 — การจัดตำแหน่งทางกายภาพ

วางปลายด้านเล็ก (ปลายกรวย) ชี้ลง ตั้งฉาก (≈90°) กับเส้นทางไมโครสตริปส่งสัญญาณ RF การเบี่ยงเบนเชิงมุมจะทำให้เกิดการจับคู่สนามแม่เหล็กที่ไม่สมมาตรซึ่งทำให้ S11 return loss แย่ลงเหนือ 20 GHz ตรวจสอบการวางแนวภายใต้กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอที่กำลังขยาย 10×

ขั้นตอนที่ 2 — สายตะกั่วปลายกรวยไปยังเส้นทาง RF

บัดกรีสายตะกั่วปลายกรวยโดยตรงเข้ากับไมโครสตริป 50 Ω ตัดสายตะกั่วระหว่างรอยบัดกรีและรอบพันแรกให้ ≤0.3 มม. ที่ 40 GHz สายตะกั่ว 0.5 มม. แต่ละเส้นจะเพิ่มความเหนี่ยวนำอนุกรมที่ไม่ต้องการประมาณ 0.3 nH ซึ่งจะเปลี่ยนการจับคู่ขาเข้าและลดแบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพ ใช้คีมตัดแบบแม่นยำภายใต้การขยาย

ขั้นตอนที่ 3 — สายตะกั่วฐานไปยังโหนดไบอัส DC

บัดกรีสายตะกั่วฐานที่กว้างเข้ากับแผ่นป้อนไบอัส DC วางตัวเก็บประจุบายพาสเซรามิก 100 pF และ 10 nF ไว้ภายใน 1 มม. จากแผ่นนี้ โดยให้ตัวเก็บประจุค่าที่เล็กกว่าอยู่ใกล้แผ่นมากที่สุดเพื่อลดความเหนี่ยวนำอนุกรมที่ความถี่มิลลิเมตรเวฟ ตัวเก็บประจุเสริม 1 µF อาจวางไว้ข้างเคียงสำหรับการแยกความถี่ต่ำ

ขั้นตอนที่ 4 — การยึดด้วยอีพ็อกซี่

ใช้กาวอีพ็อกซี่ที่ไม่นำไฟฟ้าและปล่อยก๊าซต่ำ (แนะนำ Epotek H70E หรือ H65) เพียงจุดเล็กๆ (≤0.3 มม. เส้นผ่านศูนย์กลาง) ที่ด้านข้างของขดลวดที่สัมผัสกับซับสเตรต ขั้นตอนนี้จำเป็น: หากไม่มีการยึดด้วยอีพ็อกซี่ การกระตุ้นด้วยเสียงหรือกลไกจะทำให้ระยะห่างระหว่างรอบเปลี่ยนแปลงในระดับไมครอน ทำให้เกิดแถบสัญญาณรบกวนเฟสบนตัวพา RF อย่าหุ้มขดลวดทั้งหมด — ไดอิเล็กทริกส่วนเกินจะเพิ่มความจุไฟฟ้าแบบช้างที่ทำให้ประสิทธิภาพของมิลลิเมตรเวฟแย่ลง

ขั้นตอนที่ 5 — โปรไฟล์ความร้อนในการบัดกรี

ลวดขนาด 0.05 มม. ต้องการงบประมาณความร้อนที่สั้นกว่าลวดขนาดใหญ่:

• อุณหภูมิปลาย: 280–320°C, หัวแร้งไมโครที่ควบคุมได้
• เวลาคงค้าง: ≤2 วินาทีต่อข้อต่อ (เทียบกับ 3 วินาทีสำหรับลวด 0.08 มม.) ตัวนำขนาด 0.05 มม. มีพื้นที่หน้าตัดน้อยกว่าประมาณ 60% และถึงอุณหภูมิบัดกรีได้เร็วกว่า การให้ความร้อนนานเกินไปจะทำให้ทองแดงที่ผ่านการดึงแข็งอ่อนตัวลง ทำให้ขดลวดที่เรียวลงอย่างแม่นยำอ่อนตัวลง
• ความเข้ากันได้ของโลหะผสม: SAC305 (ไร้สารตะกั่ว), AuSn ยูเทคติก (อุณหภูมิสูง), PbSn (มาตรฐาน) ทั้งสามเข้ากันได้ดี
• การตรวจสอบ: ตรวจสอบการครอบคลุมของรอยบัดกรีภายใต้กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอ 20× การแก้ไขจำกัดเพียงหนึ่งรอบความร้อนต่อข้อต่อ

การรับรองความน่าเชื่อถือ

• การหมุนเวียนอุณหภูมิ: ไม่มีการจับคู่ CTE — ขดลวดทองแดงเป็นวัสดุโครงสร้างเพียงอย่างเดียว ไม่มีส่วนต่อประสานเฟอร์ไรต์กับทองแดงหรือเซรามิกกับทองแดงที่จะแตกภายใต้การหมุนเวียน -55°C ถึง +125°C
• การสั่นสะเทือน: การประกอบที่ยึดด้วยอีพ็อกซี่ผ่าน MIL-STD-202 วิธีที่ 204 (การสั่นสะเทือน) และวิธีที่ 213 (แรงกระแทกทางกล) มวลขดลวด <5 mg ทำให้เรโซแนนซ์ทางกลอยู่เหนือสเปกตรัมการกระตุ้นทั่วไปความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของตะกั่ว:
• การเคลือบทอง/ดีบุกช่วยป้องกันตะกั่วทองแดงในช่วงเวลาจัดเก็บที่กำหนด 20–25°C ที่ 40–60% RH ในสภาพแวดล้อมห้องคลีนรูมสถานการณ์การใช้งาน

ตลาด

Q: เมื่อใดที่ฉันควรเลือกตัวเลือกสายไฟ 0.08 มม. แทนสายไฟ 0.05 มม. มาตรฐาน?

A: สายไฟ 0.05 มม. (มาตรฐาน) ให้แบนด์วิดท์สูงสุด 40 GHz พร้อมความจุ 200 mA ตัวเลือกแบบกำหนดเอง 0.08 มม. ช่วยลด DCR ของขดลวดสำหรับความสามารถในการรับกระแสที่สูงขึ้น แต่ลดความถี่ใช้งานสูงสุดเนื่องจากความจุระหว่างรอบที่เพิ่มขึ้น เลือก 0.05 มม. หาก bias tee ของคุณทำงานที่ความถี่สูงกว่า 20 GHz และกระแสต่ำกว่า 200 mA เลือกตัวเลือก 0.08 มม. สำหรับแอปพลิเคชันที่ต่ำกว่า 20 GHz ซึ่งการจัดการกระแสเป็นสิ่งสำคัญ
Q: เหตุใด HALT68005 จึงต้องการเวลาบัดกรีนาน ≤2 วินาที ในขณะที่รุ่นสายไฟ 0.08 มม. อนุญาตให้ใช้เวลา 3 วินาที?

A: สายไฟ 0.05 มม. มีพื้นที่หน้าตัดน้อยกว่าสายไฟ 0.08 มม. ประมาณ 60% มันถึงอุณหภูมิบัดกรีได้เร็วกว่าและมีมวลความร้อนน้อยกว่าในการกระจายความร้อน การให้ความร้อนนานเกินไปจะทำให้ทองแดงที่ผ่านการดึงแข็งอ่อนตัวลง ทำให้ขดลวดที่เรียวลงอย่างแม่นยำอ่อนตัวลงอย่างถาวร ซึ่งอาจเปลี่ยนโปรไฟล์ความจุแบบกระจายและเลื่อน SRF
Q: กลไกความล้มเหลวคืออะไรหากละเว้นการยึดด้วยอีพ็อกซี่?

A: หากไม่มีการยึดด้วยอีพ็อกซี่ ขดลวดแกนอากาศที่ไม่มีการรองรับสามารถสั่นสะเทือนภายใต้การกระตุ้นด้วยเสียงหรือกลไก การสั่นสะเทือนระดับไมครอนจะทำให้ระยะห่างระหว่างรอบเปลี่ยนแปลง ทำให้เกิดแถบสัญญาณรบกวนเฟสบนตัวพา RF ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง สายตะกั่วที่ไม่มีการรองรับอาจล้าที่จุดรวมความเค้นของรอยบัดกรีเมื่อเวลาผ่านไป
Q: โมเดลนี้แตกต่างจาก HALT68005A อย่างไร?

A: ทั้งสองรุ่นมีข้อมูลจำเพาะแกนเหมือนกัน (2000 nH, ลวด 0.05 มม., 10 MHz–40 GHz, 200 mA) HALT68005 ให้คำแนะนำเฉพาะแอปพลิเคชันสำหรับเครือข่ายการฉีด DC แบบ bias tee ย่านมิลลิเมตรเวฟ: โทโพโลยีวงจร bias tee ที่สมบูรณ์พร้อมค่าส่วนประกอบ, การวิเคราะห์ความร้อนสำหรับการทำงานต่อเนื่อง 200 mA, SOP การประกอบห้าขั้นตอนโดยละเอียดพร้อมเกณฑ์การตรวจสอบด้วยภาพ และข้อมูลการรับรองความน่าเชื่อถือด้านสิ่งแวดล้อม HALT68005A ให้เอกสารตัวเหนี่ยวนำแบบกรวยบรอดแบนด์อเนกประสงค์พร้อมเมทริกซ์เปรียบเทียบกับซีรีส์ HALT6005