【導讀】民航局公布數據顯示，2019年中國民航完成運輸旅客6.6億人次，同比增長(cháng)7.9%。隨著(zhù)中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展和未來(lái)人們出行需求的增加，我國航空業(yè)必將高速并持續增長(cháng)。由此可見(jiàn)，航空安全將成為保證我國航空業(yè)可持續發(fā)展的重要因素。此次疫情，讓人們意識到無(wú)接觸安檢會(huì )成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢。民航局稱(chēng)，未來(lái)毫米波人體成像設備將逐步取代民用機場(chǎng)沿用26年的金屬探測門(mén)，旅客也將體驗到更加安全、高效的人身安檢服務(wù)。
因此，毫米波安檢設備在民航領(lǐng)域有可能迎來(lái)大幅增長(cháng)。目前，市場(chǎng)上毫米波安檢設備的工作頻率主要集中在8mm頻段，一臺毫米波安檢設備往往由上百個(gè)收發(fā)通道組成，為了提高通道的復用率以達到降低成本的目的，安檢儀中需要使用大量的開(kāi)關(guān)芯片。因此，開(kāi)關(guān)芯片是毫米波安檢設備中的關(guān)鍵芯片，其性能、成本和批產(chǎn)的一致性對安檢設備有著(zhù)至關(guān)重要的影響。
同方威視毫米波人體安檢儀
河北雄安太芯電子科技有限公司，致力于毫米波、太赫茲核心芯片的研發(fā)，在毫米波開(kāi)關(guān)芯片的研制上，投入了大量的人力及物力，成功研制出毫米波安檢開(kāi)關(guān)系列化芯片。目前本公司有7款毫米波開(kāi)關(guān)芯片，包含PIN開(kāi)關(guān)芯片、FET開(kāi)關(guān)芯片以及表貼式FET開(kāi)關(guān)芯片。下面分別介紹各種開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：
TCC1906S是本公司研制的一款毫米波PIN開(kāi)關(guān)，其性能指標達到國際先進(jìn)水平（見(jiàn)表1），當前毫米波安檢設備中使用的開(kāi)關(guān)絕大部分是這種類(lèi)型開(kāi)關(guān)。PIN開(kāi)關(guān)最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較小的損耗，但缺點(diǎn)也十分明顯：
1. 開(kāi)關(guān)芯片在裝配時(shí)，需要添加額外的偏置電路，因此需要大量的金絲鍵合以及電容、電感等元器件，使芯片的裝配成本大幅提升，并且裝架鍵合工藝復雜，生產(chǎn)效率不高。
2. 金絲鍵合工藝的一致性較差，導致安檢儀通道間的一致性差。
3. PIN開(kāi)關(guān)存在一定功耗，而安檢設備中需要大量的開(kāi)關(guān)，因此開(kāi)關(guān)的總功耗不可忽略。
針對目前PIN開(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題，公司采取了兩步關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng )新：
第一步：開(kāi)關(guān)工藝由PIN工藝改進(jìn)為低損耗的FET工藝，這使得開(kāi)關(guān)不再需要額外添加偏置電路，同時(shí)FET開(kāi)關(guān)零功耗，降低了成本，減小功耗。
第二步：將FET開(kāi)關(guān)裸芯片進(jìn)行封裝，實(shí)現開(kāi)關(guān)表貼裝配，大大降低了整機裝配難度，提升了生產(chǎn)效率，同時(shí)裝配的一致性也得以顯著(zhù)提升。
通過(guò)以上兩個(gè)步驟，本公司實(shí)現了FET開(kāi)關(guān)的表貼式封裝，解決了目前PIN開(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題，具有以下三大優(yōu)勢：
● 免鍵合：芯片無(wú)需金絲鍵合和外置偏置電路，著(zhù)重解決了芯片裸片需要多次鍵合帶來(lái)的批量裝配困難、批次生產(chǎn)一致性差的問(wèn)題，該表貼開(kāi)關(guān)芯片采用標準表貼工藝即可，裝配簡(jiǎn)單、可重復性好，易于量產(chǎn)。
● 零功耗：采用FET工藝，開(kāi)關(guān)無(wú)功耗。
● 綜合成本低：封裝開(kāi)關(guān)價(jià)格上雖比裸芯片貴一些，但其無(wú)需外加偏置電路，如電容、電感等，裝配十分簡(jiǎn)易，無(wú)需鍵合，大幅降低裝配成本，因此其綜合成本是顯著(zhù)降低的。
到這里，有些朋友可能還存在一個(gè)疑問(wèn)，上面的表貼開(kāi)關(guān)確實(shí)解決了目前PIN開(kāi)關(guān)存在的很多問(wèn)題，但唯一不足的是損耗略微增大了一些，大概1dB左右。其實(shí)這個(gè)問(wèn)題大可不必擔心，因為在8mm頻段，功率源是非常成熟的，我們只需將源的輸出功率增大一些，就可以完全彌補開(kāi)關(guān)的損耗，這實(shí)現起來(lái)是輕而易舉的，這樣我們通過(guò)極小的代價(jià)解決了目前毫米波安檢開(kāi)關(guān)使用中諸多棘手的問(wèn)題，何樂(lè )而不為呢？
下面我們以TCS1952S為例，TCS1952S是一款Ka波段單刀四擲開(kāi)關(guān)芯片，頻率范圍覆蓋20GHz~32GHz，插入損耗典型值為2.2dB，隔離度大于28dB，射頻輸入P1dB為20dBm。芯片采用先進(jìn)的塑封工藝，通過(guò)球柵陣列(BGA)的方式實(shí)現信號傳輸，互聯(lián)密度高、體積小、重量輕、裝配簡(jiǎn)單、無(wú)需鍵合，適用于SMT表貼工藝。
在片測試曲線(xiàn)（TA=+25℃）
Freq_input=15~40GHz，
Pwr_input=-15dBm；
插入損耗、回波損耗均為對應端口開(kāi)態(tài)時(shí)的測試曲線(xiàn)。
建議裝配圖如下所示：
然后我們再來(lái)看看TCS1953S，TCS1953S 是一款 Q 波段單刀四擲開(kāi)關(guān)芯片，頻率范圍覆蓋32GHz~40GHz，插入損耗典型值為2.8dB，隔離度大于28dB，射頻輸入P1dB為20dBm。芯片采用先進(jìn)的塑封工藝，通過(guò)球柵陣列(BGA)的方式實(shí)現信號傳輸，互聯(lián)密度高、體積小、重量輕、裝配簡(jiǎn)單、無(wú)需鍵合，適用于SMT表貼工藝。
在片測試曲線(xiàn)（TA=+25℃）
Freq_Input=25GHz~45GHz，
Pwr_Input=-15dBm；
插入損耗、回波損耗均為對應端口開(kāi)態(tài)時(shí)的測試曲線(xiàn)
建議裝配圖如下所示：
因此，本公司所研制的開(kāi)關(guān)芯片與市場(chǎng)的契合度極高，有望提升毫米波安檢設備的批產(chǎn)一致性、提高產(chǎn)能、降低成本，從而提高設備的綜合競爭力。作為芯片的研制單位，我們堅持為整機用戶(hù)提供低成本、高可靠和方便好用的產(chǎn)品，同整機用戶(hù)一起為推動(dòng)新型人體安檢設備的實(shí)用化進(jìn)程貢獻我們微薄的力量。
來(lái)源：太芯科技
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