当今 “永远连接”的世界需要可靠、高性能、高能效的无线连接。射频通信对于移动和无绳电话、平板电脑、游戏控制台和机顶盒的成功操作是必不可少的。无线技术在汽车这个竞争激烈市场的各种应用中，扮演着关键的角色，包括从轮胎压力监测和远程登入，以及导航和信息娱乐。而射频通信也在无人机控制中起着关键作用，从而确保安全运行。
能够成功满足这些应用要求的关键，在于选择最合适的射频组件。本文概述了对射频通信不断增长的需求，探讨在选定晶体管和二极管等分立组件时应考虑的因素，并介绍可帮助工程师在其设计中实现稳定、 具有鲁棒性和可靠的通信技术。
分立射频器件－无线连接的核心
据估计，到2020年时将有超过500亿台设备连接。数据流量将来到一个历史高峰，这是由个人通信和物联网中的机器对机器通信所驱动。随着无线数据速率达到1 Gbps，数据量将继续快速增长，视频和数据流将变得越来越普遍。
随着我们越来越依赖无线技术，我们对网络稳定性和可靠也愈来愈高 。估计市场规模将达到3.45亿欧元，分立射频组件是提供稳定可靠通信的基础，这是消费、工业、通信和汽车行业应用的核心。
图1：射频产品将在不同市场的各种应用中扮演重要角色
目前最主要的射频分立器件是PIN二极管、肖特基二极管和射频晶体管。当选择这些器件时，工程师需要考虑各种因素，如性能、系统灵敏度、抗干扰性和效率。虽然组件性能确实扮演重要作用，但尺寸和多功能性也很重要。随着终端产品越来越小，高性能器件在各种封装类型中的可用性将是关键，以允许设计人员在可用的狭小空间中实现所需的设计。
特别是可能会在户外使用，或是在工厂或车辆的恶劣条件下连续操作的应用中，组件的质量和可靠性也是重要的选择标准。
PIN二极管
PIN二极管类似于常规二极管，但是它们在PN层之间具有本征层。该非掺杂区域增加了分隔物，并减小了电容，特别是当与常规二极管相比时，在射频开关应用中将带来显着的优点。
PIN二极管可用于诸如电源和高压等领域，通常可在射频设计中看到。当正向偏置时，PIN二极管表现得像电阻器，当反向偏置时，它则变成开路。这些独特的特性允许PIN二极管用作可变衰减器或射频开关中的可变电阻器。PIN二极管也可在射频保护电路中实现。
PIN二极管开关存在于移动应用（消费者手机和基站），以及无线局域网设备、机顶盒和汽车娱乐系统之中。当用作衰减器时，它们最常见于汽车信息娱乐应用之中。
当选定PIN二极管时，主要考虑因素之一是插入损耗，其与正向串联电阻RF成正比。对于给定的偏置电流，RF通常以毫瓦为单位，并且在理想的状况之下，RF应该尽可能低。然而，和往常一样，还是要经过权衡考虑。在这种情况下，随着RF减小，电容CT增加。CT的低值是PIN二极管的宽带隔离特性中的重要决定因素。
为了确保信号完整性，PIN二极管的线性度在许多应用中是重要的参数，如切换时间，特别是在用于组合RX-TX天线电路时更需要快速的切换时间。
鉴于当今应用中的空间限制，设计人员将寻找提供各种封装类型的供应商，允许PCB布局受限制时能有更多选择。可以通过将多个PIN二极管封装在共同封装之中，来进一步实现封装的空间压缩。
肖特基二极管
肖特基二极管的特征在于约0.2V的低正向电压降，以及它们的快速开关速度。低压降使它们在功率和射频应用中相当流行，而快速开关速度为射频应用中带来比常规PN二极管更显着的优势。肖特基二极管通常用在检测器电路中，特别是在移动手机，无线局域网设备和基站中。它们还用作机顶盒和其他类似应用中的混合组件。
肖特基二极管是低势垒N型硅器件，是由在N型材料上沉积的金属层组成。然而，由于在金属化区域的边缘处的强电场，可能会发生击穿和泄漏效应。这些问题可以通过扩散P+半导体的保护环与围绕板的边缘的氧化物层来克服。
图2：显示保护环的肖特基二极管结构
当在选定肖特基二极管时，漏电流是首要考虑因素，这将会与正向电阻RF成比例。特别是在电池功率非常高的便携式设备中，二极管的总体效率是非常重要的。设计者还应密切注意二极管的信号失真和线性度，以确保信号的忠实再现。
射频晶体管
异质结双极晶体管（HBT）特有的性能参数，使其成为在射频应用中，用作单频和双频低噪声放大器（LNA）的理想选择。它们通常分为低频（<5 GHz）和中频（高达14 GHz）。
低噪声放大器广泛地用于射频应用中，因此，射频晶体管常可在卫星通信、导航系统、移动和固定网络连接（例如WiMAX）以及Wi-Fi系统之中。它们也是无人机遥控操作的基础。
当选定射频晶体管时，还有许多领域须要考虑。由于射频晶体管的基本作用是放大信号，因此器件的增益（Gmax）至关重要。此外，器件效率也很重要，特别是在电池供电的应用中。
噪声系数（NF）也是一个关键参数，这表征了与理论上完美的（无损和无噪声）放大器相较实际放大器的信噪比（SNR）的退化。NF简单来说便是放大器输入端的SNR与输出端SNR的比值。
半导体的基础技术将对特定应用的整体适用性具有显着影响。例如，硅锗（SiGe）提供了许多优于砷化镓（GaAs）替代物的优点，包括由于较低的VCE而具有更好的效率，并且SiGe器件通常具有更好的噪声系数。
与SiGe器件相比，SiGe:C（硅 - 锗 - 碳化物）双极器件展现出类似的优异噪声和线性性能，另外的优点是静电放电（ESD）保护可以直接集成到晶体管中，从而显着提高器件的鲁棒性。
“最先进的”射频分立器件
英飞凌公司针对互补无线设计的射频分立器件系列，是说明这些技术在近年来如何发展的好例子。例如在PIN二极管的情况下，BA592可实现360mW的插入损耗（RF），而BAR63的CT具有值得夸耀达到0.23 pF的值。如果空间在应用中至关重要，那么BAR90可提供作为超小型TSSLP8封装的四通道封装。英飞凌公司的PIN二极管性能使其成为天线开关应用的理想选择，而AEC认证也确保适用于严苛的汽车应用。
当涉及肖特基二极管时，则可获得多种封装内配置，包括共阳极或阴极以及串联和并联配置。BAT15系列提供多种配置，包括双信道和四信道选项，CT则为0.26 pF，是混频器应用的理想选择。为了达到终极性能，BAT24的CT值仅有0.21 pF，适用于高达24 GHz的雷达系统。
最后，英飞凌公司的射频晶体管技术（现在是第8代）旨在提供关键性能值，例如在整个范围内达到低噪声和高线性度。
图3：英飞凌公司的射频晶体管阵容提供了持续创新的同类最佳性能
这一代产品的主要特点包括80 GHz的高转换频率（fT）和低功耗，使其能够在低至1.2 V的电源电压下工作。
图4：射频增益（Gmax）和噪声功能比竞争器件提供了显着的性能提升
BFx84x系列是领先的HBT器件之一，被认为是分立射频低噪声放大器中的“同类最佳”产品。由于特殊的器件几何形状，该器件的增益高达23 dB，噪声系数为0.85 dB（@5.5 GHz），性能优于市场上的许多其他器件。与英飞凌公司的所有SiGe:C射频晶体管一样，BFx84x提供高达1.5 kV（HBM）的内置静电放电保护。