高Q积层电感抗干扰应用

　　中心议题：

　　高Q积层电感在抗干扰中的应用

　　解决方案：

　　低损耗和高Q值电感

　　克服分布电容的影响

　　内部电极密集设计

　　手机设计得越来越小，然而功能也日益复杂，从而对所有元件的微型化和性能要求更高，当然也包括电感的性能要求。尤其对积层电感，不仅要求尺寸更小，还应达到高Q等级。TDK-EPC通过进一步提高低温共烧陶瓷（LTCC）多层基材的工艺技术已达到该要求。

　　现在，新设计的芯片内部电极的制造工艺对位置控制更为精确，进而生产出高Q值的0402和0603系列中的积层电感MLG0402Q和MLG0603P系列。积层电感采用铁氧体或其它材料制成的薄片，并在薄片上用金属漆（一般为银）印制出绕线图案而制成。将这些薄片排列成多层并创造出螺旋式内部电极结构。TDK开发的积层技术制成的线圈已无需再将电线绕在一个核心上，从而促进了产品的微型化和批量生产。

　　低损耗和高Q值是高频应用必不可少的条件

　　高频电路应用的积层电感采用的是介电陶瓷做成的薄片，而非铁氧体制成的薄片。原因是在几百MHz以上的频率范围内，铁氧体损耗率更大，难以达到高Q值（参见图表一）。线圈易通直流电，但对交流电的作用类似于电阻，被称之为感抗。交流电频率越高，感抗就越高。虽然线圈是导体，但是电线缠绕仍具有一定直流电阻（R）。直流电阻和频变电感（R/2ttfL）间的比率称为损耗系数，其倒数为Q值。“f”指通过线圈流动的电流的频率，所以Q值会根据频率不同而变化。简而言之，高Q值指高频电感使用时的低损耗和高适应性。由于手机的功能越来越多，这些功能的耗电也越来越高，因此，高频电路系统内的积层贴片电感必须达到低损耗和高Q值。


　　Q值因频率和基材不同而变化。铁氧体基材不可用于几百MHz以上的频率范围，应采用陶瓷介质。

　　克服分布电容的影响

　　手机高频电路系统的电感应具有高Q值和小尺寸。然而遗憾的是，如果将线圈变小达到更微小体积，则造成直流电阻的增加，导致低Q值。另外，更高的频率范围的内部电极和其它零件的分布寄生电容（未出现在电路图中的电容）对Q值的影响很大。线圈感抗（X）与线圈电感和频率成正比，采用方程式X=2πfL来定义。理想的电感是指电感值为常数时，感抗和频率成正比。因此，频率和电抗对比的绘制图应成一条直线，然而在实际中，更高频率位置电抗下降，而线圈的分布电容正是造成这一现象的原因。在积层电感中，绕线图案的作用类似电容电极，会产生分布电容（图表二）。同样，分布电容也存在于端子电极和绕线图氨之间。


　　事实上积层电感有分布电容，意味着在高频段形成相当一个LC并联电路。电容与电感不同，它阻止直流电，当频率越高时，电容作用则类似于交流电导体。类似于用于谐振电路的LC并联元件，具有分布电容的积层电感具有谐振频率，即自谐频率（SRF）。当频率超过自谐频率时，贴片电感的作用不再是电感，Q值也迅速下降至零。因此，选择积层电感用于高频电路和高频模块时，单单考虑所需的电感是不够的。自谐频率也必须比使用频率高出许多。另外，高频适用电感也必须考虑所谓的趋肤效应。它会显著增加电阻，导致电感下降。

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　　新型MLG系列：突破性的内部电极设计

　　积层电感为用量相当大的电子元器件，必须密集排布在电路板上，因此需要变得更小，高度更低。薄膜工艺技术的线圈形成的薄膜贴片电感不仅十分小，也很薄，还可以维持高准确率，但是仍难以实现高Q值。

　　为了克服这种设计难题，关键就是需要采用高精密的制造技术来最小化分布电容和趋肤效应，同时又使内部电极达到优化设计，以实现微型尺寸。

　　TDK-EPC先进的LTCC工艺技术制作稳定的积层电感和十分精密的内部螺旋导体，并形成规模化生产。通过对内部导体的形状、层宽和布局的设计，不仅达到高Q值，还可不用担心分布电容的影响。

　　全部重新设计MLG0402G和MLG0603P系列的绕线图案和布局，才达到了此要求。TDK工程师成功地减小了端子电极间的分布电容，但是又保留了线圈表面面积，并且获得了优秀的Q值特征（图表三）。


　　绕线图案微小的偏移都会导致Q值下降。因此，为了防止此类现象，在开发MLG0402Q系列时，采用了高精度定位控制技术和其它先进的措施。通过进一步改进和完善技术，具有新设计的内部电极的MLG0603P系列已加入到TDK-EPC产品系列中。新系列产品具有高得多的Q值，尤其适用于800MHz或更高频率的设计中。新的MLG0402Q和MLG0603P系列设计用于手机高频电路系统，例如，表面声波（SAW）滤波器和压控振荡器（VCO）电路内的阻抗匹配及扼流圈。同时，积层电感可进一步应用于蓝牙、WLAN、UWB、数字电视调节器和其它高频电路和模块，并且提供优异性能。