Файл: Микроминиатюризация высокочастотных радиоустройств..pdf

II7

В качестве нагрузки фильтра может быть применен также коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50-75 Ом с допуском +(3-4)5?. Технология намотки плоских проволочных спиральных катушек обусловливает погрешности индуктивности порядка +10$. Допустимая погрешность коэффициента передачи ФНЧ в полосе пропускания обычно не превышает і (і - 2) дб.

Из анализа приведенных данных видно, что получить задан­ ную частотную характеристику фильтра без регулировки невоз­ можно. Все методы регулировки емкости тонкопленочных конден­ саторов основаны на изменении активной площади обкладок. Ин­ дуктивность проволочных плоских спиральных катушек индуктив­ ности можно регулировать с помощью ферромагнитных или диамаг­ нитных пластин, короткозамкнутых шайб и изменением числа ви­ тков.

Можно решить вопрос о рациональном выборе элементов для регулировки, если известны коэффициенты влияния в уравнении погрешности (4.14). Элементы для регулировки целесообразно выбирать по максимальному значению коэффициентов влияния. В

нашем случае все коэффициенты влияния в уравнении (4.14) за­ висят от частоты. Для удобства анализа эти зависимости целе­ сообразно представлять в форме графиков.

Зависимости коэффициентов влияния от отношения частот

-гг , рассчитанные на основании формуя (4.10), приведены на рис.4 .I I и 4.12. Анализ этих графиков показывает, что коэффициенты влияния могут различаться как по абсолютной величине, так и по знаку, в зависимости от частоты. Это значит, что настройка выбранным элементом на определенной

II8

частоте может привести к нежелательным искажениям частотной характеристики на других частотах. Например, регулировка ем-

эффективная, но приводит к заметному обратному изменению ча­

II9

Проверим возможность создания ФНЧ, коэффициент передачи которого не отличается от расчётного долее, чем на 2 дб во всем рабочем диапазоне частот. Проведем линию а - а,которая

соответствует этому уровню. Из рис.4.13 видно, что при задан­ ных допусках параметров элементов погрешность частотной ха­ рактеристики на частотах £ = (І,7т2,3) больше допустимой.

Решим обратную задачу: по заданному допуску коэффициента передачи и известным допускам емкости конденсаторов и рези­ стора, определим допуск индуктивности катушек. Дня этого вос­ пользуемся выражением (4.16). Допуск будет зависеть от ча­ стоты, но нас интересует наименьшее его значение. Для этого

0Т

дусмотреть один из способов подстройки индуктивности.

Настройка экспериментальных образцов ФНЧ производилась в

соответствии с предлагаемой здесь методикой. Методика настройки ФНЧ, основанная на анализе коэффициентов влияния в уравнении погрешностей; оказалась достаточно эффективной. Она позволяет уменьшить время и снизить трудоемкость настройки фильтров в процессе изготовления.

I2I

Глава пятая. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГИБРИДНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МИНИАТЮРНЫХ

РАДИОУСТРОЙСТВ

1. ОСОБЕННОСТИ ТОПОЛОГИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ МИКРОСХЕМ

В микросхемах усилителей дециметрового диапазона частот

вместо структур с распределенными параметрами на несим­

метричных полосковых линиях целесообразно применение пассив­ ных элементов с сосредоточенными параметрами: пленочных рези­ сторов, конденсаторов и катушек индуктивности, распределенны­ ми реактивностями которых можно пренебречь | 5 .і ] . При этом размеры микросхем получают значительно меньшие, чем в случае применения несимметричных полосковых линий.

Использование фотолитографических методов обработки позво­ ляет изготавливать сосредоточенные элементы весьма малых раз­ меров. Распределенными паразитными параметрами в таких элемен­ тах можно пренебречь, если их размеры не превышают І/ІОО дли­ ны волны на рабочей частоте. В настоящее время технология гиб­ ридных пленочных микросхем применяется для изготовления радио­ устройств до частот 15 ГГц. Верхняя граничная чаотота опреде­ ляется лишь тем, насколько малыми можно изготовить элементы микросхемы. Однако по мере увеличения частоты различие в раз­ мерах микросхем на сосредоточенных элементах и схем на основе несимметричных полосковых линиях уменьшается.

На таких высоких частотах конденсаторы и катушки индуктив­ ности имеют малые значения емкости и индуктивности, которые легко реализуются при полном удовлетворении требований к раз­

122

мерам, обусловленным рабочей длиной волны.

Однако малые размеры микросхем, построенных на пассивных элементах о сосредоточенными параметрами, порождают весьма серьезные проблемы. Во-первых, резко возрастают трудности со­ гласованного соединения их с внешними схемами и сильно ослож­ няется измерение их параметров. Во-вторых, затрудняется полу­ чение острых резонансных кривых колебательных контуров, так как добротность пленочных катушек имеет значения около 100, а

пленочных конденсаторов менее 100. Добротность высокочастотных дросселей и блокировочных конденсаторов существенной роли не играет. Более важной является величина их импеданоа на рабочей частоте.

В связи с этим представляется целесообразным, особенно в дециметровом и сантиметровом диапазонах, использовать вместо переходных конденсаторов последовательные контуры, образуемые емкостью переходного конденсатора и индуктивностью его выво­ дов. Кроме снижения импеданса, такая цепочка обеспечивает и дополнительную фильтрацию передаваемого сигнала.

Принципиальную схему функционального узла следует разрабо­ тать так, чтобы узел устойчиво работал и при больших допусках на параметры элементов микросхемы. После расчёта схемы её обыч­ но проверяют отработкой на макете. Для максимального приближе­ ния к реальным условиям стремятся изготовлять макет гибридной пленочной микросхемы. Методы макетирования во многом определя­ ются предполагаемой рабочей частотой схемы. На частотах до

1,5 ГГц реактивности проволочных выводов можно учесть достато­ чно точно и оценку параметров схемы можно производить на маке­

123

те, в котором пленочные элементы изготавливаются отдельно и затем соединяются в данную схему с активными элементами на общей подложке с помощью проволочных выводов. Такой макет до­ статочно точно воспроизводит условия работы гибридной микро­ схемы в отношении взаимных связей реактивностей и теплового режима.

После уточнения параметров схемы на макете, проводится корректировка значения пассивных элементов с учётом всех дей­ ствующих паразитных реактивностей, после чего составляется окончательный топологический чертеж микросхемы.

В микросхемах, предназначенных для работы на частотах вы­ ше 1,5 ГГц, настройка макета схемы существенно усложняется из-за сильного влияния паразитных параметров соединительных проводников. Поэтому даже собранный и построенный "мозаичный"

макет микросхемы из отдельных элементов будет существенно от­ личаться топологией от окончательного варианта микросхемы. В

этом случае приходится прибегать к изготовлению макета в ви­ де пленочной микросхемы, пассивные элементы которой имеют уве­ личенные диапазоны настройки. Налаживание макета схемы осуще­ ствляется при этом путем параллельного или последовательного соединения нанесенных на подложку конденсаторов, а изменения индуктивности катушек получают путем отключения или закорачи­ вания отдельных их секций или витков. Окончательная топологи­ ческая структура пленочной ВЧ микросхемы получается в резуль­ тате корректировки топологии макета.

На СВЧ, начиная с середины дециметрового диапазона, начи­ нают сказываться распределенные емкости пленочных элементов

124

и пленочных коммутационных проводников на металлические поверх­

ности корпуса [5 .2 ]. В тех случаях, когда не представляется воз­ можным изготовление пленочных элементов очень малых размеров,

начинают проявляться их распределенные параметры, В этом случае любой элемент схемы (резистор, конденсатор, катушка индуктивно­ сти, коммутационный.проводник) может быть прѳдотавлен в виде эквивалентной линии передачи (рис.5.1) с входным сопротивлением

Z- импеданс нагрузки;

постоянная распространения;

£- длина линии.

с'- погонная емкость.

Приведенное выражение для определения входного сопротив­

ления Z.ßx приходится использовать при составлении схем заме­

щения различных типов элементов с учётом их реактивностей.

Так, например, по схеме замещения пленочного резистора, за­

земленного на конце, получаем выражение для определения его сопротивления