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Sep . 2025

英飛凌可調電容天線調諧裝置及其應用淺談

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本文作者

佟浩

英飛凌消費、計算與通訊業務大中華區 資深主任工程師


前言

前文12介紹了「開關型」天線調諧元件(Antenna Tuner)的關鍵參數與應用中的選用策略。 SP4T, 2×SPST, 4×SPST等開關型拓樸結構的天線調諧元件,相對而言,具有諸如損耗較小、成本較低、應用在天線高壓調諧區域時線性度較好等優點。但同時,現有的開關型天線調諧器在實際應用中也存在一定的短板或局限性,其中,由於拓撲結構簡單導致天線端口匹配調諧能力差,即是開關型天線調諧器的短板之一。


為了改善這類裝置的局限性,同時幫助客戶能夠更好地應對更為複雜的天線端口的匹配與調諧需求,英飛凌在開關式天線調諧器之外,繼續開發了可調電容式天線調諧器(Capacitor-Tuner, 或C-Tuner)。本文將對此產品形態與應用做一個初步介紹。

1. 英飛凌可變電容天線調諧器(C-Tuner)的形態與拓樸結構

圖1.1 英飛凌BGSC2341M的腳位分佈與拓樸框圖

圖1.2 英飛凌BGSC3541M的腳位分佈與拓樸框圖

如圖1.1, 1.2示,C-Tuner系列產品的內部會整合1至2個可變電容陣列,且每個電容陣的容值均為步進可調,最小步進值約為0.2皮法(pF)左右。不同的產品型號,內部電容的容值範圍、內部開關通路的數量、拓樸結構都不盡相同。目前英飛凌C-Tuner產品內部電容的調諧範圍大約在0.2pF-5pF,對應3bit-5bit的邏輯控制位元(即8-32個邏輯狀態)。


圖1.1、1.2分別為英飛凌兩款不同型號的C-Tuner產品,二者的內部結構、參數配置、複雜程度不同。但由於其內部都整合了可變電容器,配合外圍射頻電路,兩者都可以實現對客戶天線端口阻抗的精細化調諧功能。


以下以這兩款產品為例,對如何有效地使用C-Tuner對蜂巢頻段(600MHz-3GHz)天線進行匹配調諧做一個簡單的探討。

2. 可調式電容式調諧器(C-Tuner)在天線調諧的應用方案探討

圖2.1 英飛凌BGSC2341M應用於低頻蜂巢天線調諧圖

图2.2 英飞凌BGSC2341M应用于高频蜂窝天线调谐

圖2.3 英飛凌BGSC2341M應用高頻+低頻蜂巢天線調諧圖

圖2.4 英飛凌BGSC2341M應用於天線口徑調諧

2.1 英飛凌可調電容天線調諧器BGSC2341M

對於工作於低頻段(<1GHz)的蜂巢天線而言,通常使用並聯電感元件同時串聯電容元件的方式對其端口阻抗進行匹配調諧(如圖2.1)。由於C-Tuner元件內建的可調電容容值範圍有限,在某些應用場景下,尤其是對於低頻段天線,可能無法滿足客戶更大的容值需求。此時,我們可以透過在英飛凌BGSC2341M外部額外並聯一顆定值電容(見圖2.1),來實現內部容值範圍的擴展。


配合外部匹配電路以及Pin腳之間的PCB走線,英飛凌C-Tuner可以用來實現不同蜂巢頻段的天線端口阻抗調諧及輻射口徑調諧。圖2.1-2.4中展示了使用英飛凌BGSC2341M實現若干不同的匹配拓撲結構,從而適配且滿足客戶多種不同的天線調諧需求。

圖2.5 英飛凌BGSC3541M低頻調諧:容值擴展 圖

2.6 英飛凌BGSC3541M低頻調諧:精細調諧

2.2 英飛凌可調電容天線調諧器BGSC3541M

除上述內部結構相對簡單的BGSC2341M選型外,英飛凌還提供另一款拓樸能力更強、應用更靈活的C-Tuner,BGSC3541M(見圖1.2)。


2.2.1 BGSC3541M應用於蜂巢式低頻天線調諧


同樣,配合pin腳之間的PCB走線(如下各圖中的藍色短線),使用BGSC3541M可以輕鬆實現Π型的匹配拓撲結構(圖2.6),同時還可以透過在相應位置串並聯外部電容,來實現可調電容值範圍的擴展或更加精細的步進容值,見圖2.5、圖2.6。

圖2.7 英飛凌BGSC3541M高頻調諧:容值範圍擴展

圖2.8 英飛凌BGSC3541M高頻調諧:精細調諧

圖2.9 英飛凌BGSC3541M高頻調諧:容值範圍平移

圖2.10 英飛凌BGSC3541M多頻調諧:Π型拓樸

圖2.11 英飛凌BGSC3541M多頻調諧:T型拓樸

圖2.12 英飛凌BGSC3541M應用於天線口徑調諧

2.2.2 BGSC3541M應用於蜂巢高頻及多頻(高頻+低頻)天線調諧

圖2.7-圖2.9為BGSC3541M適用於高頻蜂窩天線調諧的幾種應用案例,圖2.10-圖2.11為適用於多頻(低頻+高頻)蜂窩天線調諧的應用案例,圖2.12為BGSC3541M天線口徑調諧方式。

小結

如上所述,英飛凌可調電容式調諧器(C-Tuner)具有內建可精細調節的可變電容陣列,相比於開關型天線調諧器,C-Tuner適用於客戶對於調諧精度要求更高、邏輯狀態需求更多的、拓撲能力需求更強的天線調諧應用。同時,隨著手機類蜂巢產品的訊號鏈路閉環調諧功能的逐漸完善和推廣,可調電容式天線調諧器作為其功能實現的一部分,在未來或將會有更大的應用空間。


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文章來源:英飛凌官微

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