"تستخدم دوائر التصفية لإزالة غير المرغوب فيه أو غير المرغوب فيه مكونات من إشارة. عند اقتران عدة إشارات أو نطاقات تردد إلى / من الهوائي ، فإن شبكات التصفية والمقاومة مثل مرشحات Pi ومرشحات T هي جسور في التوصيل النهائي من جهاز الإرسال والاستقبال RF إلى الهوائي. لا تميز هذه الدوائر نطاقات تردد معينة عن غيرها في نفس الوقت فحسب ، بل إنها تتطابق أيضًا مع الممانعات ويمكن أن تسمح للدوائر المزدوجة والحلقة بتوفير اتصال ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه. عند تصميم قسم الترددات اللاسلكية ، من الجيد معرفة أن لدينا هذه الأجزاء في ترسانتنا.
"
المؤلف: جون جاباي
تُستخدم دوائر التصفية لإزالة المكونات غير المرغوب فيها أو غير المرغوب فيها من الإشارة. عند اقتران إشارات متعددة أو نطاقات تردد إلى / من الهوائي ، فإن شبكات التصفية والمقاومة مثل مرشحات Pi ومرشحات T هي الجسور في التوصيل النهائي من جهاز الإرسال والاستقبال RF إلى الهوائي. لا تميز هذه الدوائر نطاقات تردد معينة عن غيرها في نفس الوقت فحسب ، بل إنها تتطابق أيضًا مع الممانعات ويمكن أن تسمح للدوائر المزدوجة والحلقة بتوفير اتصال ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه. عند تصميم قسم الترددات اللاسلكية ، من الجيد معرفة أن لدينا هذه الأجزاء في ترسانتنا.
ستناقش هذه المقالة كيفية رفض هذه المرشحات أو تمريرها لنطاقات التردد التي تفي بمعايير محددة وتسمح بالإرسال متعدد المعايير عبر نفس المسار.
حدود السيليكون
لا تسمح القيود المادية بأداء فعال كامل النطاق على قطعة واحدة من السيليكون. لا يمكن أن تكون المرشحات ، والمخففات ، وخطوط النقل ، وحواجز العزل ، ومثبطات زيادة التيار ، وما إلى ذلك ، فعالة في السيليكون كما هي عند إنشائها من مواد ركيزة أخرى على نطاق أكبر (على الأقل ليس بعد).
على سبيل المثال ، يمكننا صنع عوازل على الرقاقة بين المستويات الحساسة على شريحة أحادية الشريحة. ومع ذلك ، فإن حجم الجهد االكهربى تزداد المسامير ، ولا يمكن لخصائص عوازل السيليكون أن تصمد أمام الفولتية العالية. أيضًا ، ما لم نعزل في ثلاثة أبعاد ، سيحدث الانحناء في مرحلة ما. هذا ينطبق أيضا على قمع الطفرة. هناك الكثير من الطاقة التي تستطيع منطقة صغيرة تبديدها أو امتصاصها أو تحويلها.
على الرقاقة المكثفاتالمواد العازلة لها قدرات محدودة من حيث السيليكون. سواء كان تخزين الشحنة أو التوقيت مرتبطًا، تعتمد المكثفات على التباعد والمساحة والخصائص الفيزيائية للعازل الكهربائي. بدون ثابت عازل عالي ومساحة، حجم مناسب مكثف قد لا يكون ذلك ممكنًا على الرقاقة، حتى مع تأثير ميلر.
نتيجة لذلك ، تعتمد العديد من أفضل الحلول لمراحل التردد اللاسلكي الحديثة على المكونات الخارجية لمطابقة خصائص مرحلة إدخال / إخراج السيليكون مع هوائيات فعالة وتوفير حماية EMI / RFI ضد المصادر غير المرغوب فيها. حتى آثار PCB تعمل كمكونات (خطوط نقل). في حين أن أجهزة المحاكاة رائعة ، فإن المقياس الحقيقي الوحيد للنجاح هو عندما يمكنك اختبار وتوصيف التصميم النهائي الذي على وشك أن يبدأ الإنتاج.
الخيارات والميزات
يمكن تنفيذ المرشح أحادي المرحلة بإحدى الطرق الأربع. وتشمل هذه الملفات الخانقة ، ومرشحات R / C ، ومرشحات L / C ، ومرشحات Pi / T. يمكن دمجها في أشكال موجية للتمييز أو تقديم ترددات معينة.
مرشح الخانق هو ملف مغو أو حبة الفريت مع ممانعة كهرومغناطيسية (الشكل 1). يمكن أن تكون أيضًا جزءًا مفيدًا في تحديد مراحل التردد اللاسلكي. لا يمكن أن تمر الإشارات عالية التردد وتبدو كمقاومة عند هذه الترددات. يتم تصنيف أجزاء مثل Bourns FB20011-3B-RC من خلال المقاومة عند تردد معين ، في هذه الحالة 415 أوم عند 100 ميجاهرتز. في هذه الحالة ، يمكن استخدام المكونات المنفصلة عند اقتران المرسل عالي القدرة بالهوائي. تعتبر القدرة الاستيعابية الحالية أيضًا تصنيفًا مهمًا عند استخدامها في مرحلة النقل.
لذلك ، تُستخدم الإختناقات وخنق الوضع الشائع بشكل أساسي في إمدادات الطاقة ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها كعناصر تصفية في أجهزة إرسال واستقبال الترددات اللاسلكية عالية الطاقة. على سبيل المثال ، يمكن مشاركة هوائي مزدوج التردد باستخدام جهاز استقبال الدارة الكهربائية يكون محميًا (جزئيًا) بواسطة خنق لا يسمح بتردد الإرسال بالمرور مرة أخرى إلى دائرة الاستقبال الحساسة. يمنع الخانق ذو النمط الشائع أيضًا أي إشارات استقرائية عالية الطاقة من التدفق مرة أخرى إلى الدائرة لأنه يرفض إشارة الوضع المشترك.
الشكل 1: يمكن أن يزيل الخانق البسيط المكونات عالية التردد للإشارة واستعادة جزء التيار المستمر أو جزء الإشارة من الإشارة المشكلة.
يمكنهم أيضًا حماية دوائر الاستقبال المحلية القريبة من أجهزة الإرسال عالية القدرة.
تعمل المرشحات السعوية على منع التيار المتردد واستعادة مستوى التيار المستمر بعد التصحيح وتستخدم لإمدادات الطاقة ، ولكن يمكن أيضًا دمجها مع المقاومات والموانع والمحاثات لتنفيذ مرشحات متعددة الأقطاب بطريقة سلبية بحتة. توفر فلاتر R / C و L / C خصائص مرشح أحادي القطب يمكن ربطها بسلسلة تعاقبية لإنشاء إصدارات سلبية متعددة الأقطاب مع منحنيات رفض أكثر حدة. لاحظ أن هذه المراحل الخاملة تعمل أيضًا على إضعاف الإشارة ، لذلك يلزم التضخيم لاستعادتها إلى النطاق القابل للاستخدام.
بشكل عام ، يتم الجمع بين المرونة والأداء لمرشحات R / L / C السلبية مع مرشحات Pi و T بطرق خاصة لتحسين أداء تصميمات RF. علاوة على ذلك ، يتم دمجها في أجهزة صغيرة ذات حزمة واحدة يمكن وضعها بسهولة في المساحات الضيقة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحديثة.
مرشح Pi وفلتر T.
مرشح Pi هو في الأساس ملف مغو محاطة بمكثفتين ، مرتبة على غرار الحرف اليوناني Pi. يتم اختيار مكثفات الإدخال لتوفير تفاعل منخفض ورفض معظم الترددات أو النطاقات المتداخلة لمنعها. في المقابل ، يستخدم مرشح T محاثين متوازيين ومكثف اقتران. يمكن استخدام هذه المرشحات أحادية المرحلة لتمرير منخفض ، وتمرير عالي ، وتمرير نطاق ، وتوقف نطاق.
يقدم مرشح Pi مقاومة منخفضة جدًا عند الترددات العالية عبر كلا الطرفين بسبب التحويل بالسعة. على العكس من ذلك ، تتمتع المرشحات T بمقاومة عالية جدًا عند الترددات العالية بسبب الاقتران الاستقرائي (الشكل 2).
الشكل 2: يمكن استغلال مرشح Pi منخفض التمرير (يسار) في مسار إرسال الترددات الراديوية ، مما يسمح فقط بالمرور من الترددات المنخفضة. وعلى العكس من ذلك ، فإن مرشح T عالي التمرير (يمين) يحجب الترددات المنخفضة ويسمح بمرور الترددات الأعلى. يمكن استخدام هذه الأجزاء لتحسين أداء كل نطاق تردد والسماح بتشغيل مزدوج كامل.
يمكن لأجهزة الإرسال والاستقبال RF استخدام مرشحات T لحظر نطاقات التردد المشتركة أو المتنافسة ، أثناء استخدام مرشحات Pi لتنظيف الترددات المرغوبة وتمريرها. في كلتا الحالتين ، يمكن أن يتطابق الاختيار الصحيح لقيم المكونات مع الممانعات على كلا الجانبين لتعظيم نقل القدرة بين المرحلة النشطة والمفتاح والهوائي.
العديد من الخيارات
تقدم العديد من الشركات المصنعة عالية الجودة فلاتر Pi و T. المفتاح هنا هو محرك بحث حدودي جيد عند محاولة العثور على الجزء الصحيح. مع وجود العديد من المتغيرات ، من الجيد تضييق نطاق المنافسة.
بينما تم تصميم العديد من مرشحات Pi الخاصة بالتطبيقات للصوت وخطوط البيانات وتكييف الطاقة ، إلا أن هناك أيضًا أجزاء للأغراض العامة بالإضافة إلى الأجزاء المستهدفة للتردد اللاسلكي التي يمكن استخدامها في التصميمات اللاسلكية. علاوة على ذلك ، فإن دمج الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي يسمح لهذه المرشحات المتجانسة بأداء مهام متعددة في نفس المساحة المادية.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مرشح Murata 8 منخفض التمرير L / C Pi بتردد قطع مركزي يبلغ 100 ميجاهرتز. يشتمل مرشح الحزمة 3 غير الحساس للقطبية من الدرجة الثالثة على مغو 0805 nHenry ومكثف 135 pF ويمكنه تمرير 44 مللي أمبير.
توفر مجموعة من الأجزاء ، مثل سلسلة Murata EMIFIL NFL21SP ، المرونة في اختيار التصنيف الحالي الصحيح ، والحث ، والسعة ، والتردد المركزي لمطابقة جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بك مع الهوائي (الجدول 1).
الجدول 1: يقوم بعض البائعين بتجميع البيانات للمساعدة في تحديد الأنسب للتصميم.
هنا ، تسمح قيمة L / C والقطع للمصمم باختيار الجزء الذي يتطابق بشكل أفضل مع الدائرة.
بطريقة مماثلة ، يمكن للمصممين الذين يحتاجون إلى تنفيذ جهاز واحد من الدرجة الثالثة لمرشح 3 مللي أمبير L / CT استخدام TDK MEM100S2012R25T0. يحتوي مرشح T منخفض التمرير لحزمة 001 المكون من 3 أطراف على تردد مركز / قطع يبلغ 0805 ميجاهرتز و 25 ديسيبل من التوهين من 30 ميجاهرتز إلى 70 جيجاهرتز. بالإضافة إلى ذلك ، كعضو في عائلة MEM للشركة من المرشحات ثلاثية الأطراف ، تسمح ترددات القطع من 2 إلى 3 ميجاهرتز بمستويات طاقة من 25 و 200 مللي أمبير عند 100 فولت كحد أقصى (الجدول 250). أعضاء السلسلة الآخرون حاليون حتى 10 أ.
الجدول 2: في سلسلة محددة ، سيوفر اختيار معلمات التردد حلولاً بقيم L / C مختلفة ،
نأمل أن تتناسب مع مرحلة التصميم. يوفر جدول منفصل قيم المكونات الفعلية المستخدمة داخليًا.
في النهاية ، فإن أفضل طريقة لتحديد أداء التصميم هي اختباره في التكوين. هناك بعض الأدوات الجيدة التي يجب أن تنظر فيها ، وغالبًا ما يكون مصنعو أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية قادرين على توجيهك إلى المكونات المحددة التي يوصون بها في تصميماتهم المرجعية. تعد محركات البحث البارامترية جهازًا آخر قيمًا يساعدك في العثور على المرشحات الصحيحة.
المؤلف: جون جاباي
تُستخدم دوائر التصفية لإزالة المكونات غير المرغوب فيها أو غير المرغوب فيها من الإشارة. عند اقتران إشارات متعددة أو نطاقات تردد إلى / من الهوائي ، فإن شبكات التصفية والمقاومة مثل مرشحات Pi ومرشحات T هي الجسور في التوصيل النهائي من جهاز الإرسال والاستقبال RF إلى الهوائي. لا تميز هذه الدوائر نطاقات تردد معينة عن غيرها في نفس الوقت فحسب ، بل إنها تتطابق أيضًا مع الممانعات ويمكن أن تسمح للدوائر المزدوجة والحلقة بتوفير اتصال ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه. عند تصميم قسم الترددات اللاسلكية ، من الجيد معرفة أن لدينا هذه الأجزاء في ترسانتنا.
ستناقش هذه المقالة كيفية رفض هذه المرشحات أو تمريرها لنطاقات التردد التي تفي بمعايير محددة وتسمح بالإرسال متعدد المعايير عبر نفس المسار.
حدود السيليكون
لا تسمح القيود المادية بأداء فعال كامل النطاق على قطعة واحدة من السيليكون. لا يمكن أن تكون المرشحات ، والمخففات ، وخطوط النقل ، وحواجز العزل ، ومثبطات زيادة التيار ، وما إلى ذلك ، فعالة في السيليكون كما هي عند إنشائها من مواد ركيزة أخرى على نطاق أكبر (على الأقل ليس بعد).
على سبيل المثال ، يمكننا صنع عوازل على الرقاقة بين المستويات الحساسة على شريحة أحادية الشريحة. ومع ذلك ، مع زيادة حجم طفرات الجهد ، لا يمكن لخصائص عوازل السيليكون أن تصمد أمام الفولتية الأعلى. أيضًا ، ما لم نعزل في ثلاثة أبعاد ، سيحدث الانحناء في مرحلة ما. هذا ينطبق أيضا على قمع الطفرة. هناك الكثير من الطاقة التي تستطيع منطقة صغيرة تبديدها أو امتصاصها أو تحويلها.
بالنسبة للمكثفات على الرقاقة ، فإن المواد العازلة لها قدرات محدودة من حيث السيليكون. سواء كان تخزين الشحن أو التوقيت مرتبطًا ، تعتمد المكثفات على التباعد والمساحة والخصائص الفيزيائية للعزل الكهربائي. بدون ثابت عازل عالي ومساحة عالية ، قد لا يكون مكثف الحجم المناسب ممكنًا على الرقاقة ، حتى مع تأثير ميلر.
نتيجة لذلك ، تعتمد العديد من أفضل الحلول لمراحل التردد اللاسلكي الحديثة على المكونات الخارجية لمطابقة خصائص مرحلة إدخال / إخراج السيليكون مع هوائيات فعالة وتوفير حماية EMI / RFI ضد المصادر غير المرغوب فيها. حتى آثار PCB تعمل كمكونات (خطوط نقل). في حين أن أجهزة المحاكاة رائعة ، فإن المقياس الحقيقي الوحيد للنجاح هو عندما يمكنك اختبار وتوصيف التصميم النهائي الذي على وشك أن يبدأ الإنتاج.
الخيارات والميزات
يمكن تنفيذ المرشح أحادي المرحلة بإحدى الطرق الأربع. وتشمل هذه الملفات الخانقة ، ومرشحات R / C ، ومرشحات L / C ، ومرشحات Pi / T. يمكن دمجها في أشكال موجية للتمييز أو تقديم ترددات معينة.
مرشح الخانق هو محث أو حبة الفريت مع ممانعة كهرومغناطيسية (الشكل 1). يمكن أن تكون أيضًا جزءًا مفيدًا في تحديد مراحل التردد اللاسلكي. لا يمكن أن تمر الإشارات عالية التردد وتبدو كمقاومة عند هذه الترددات. يتم تصنيف أجزاء مثل Bourns FB20011-3B-RC من خلال المقاومة عند تردد معين ، في هذه الحالة 415 أوم عند 100 ميجاهرتز. في هذه الحالة ، يمكن استخدام المكونات المنفصلة عند اقتران المرسل عالي القدرة بالهوائي. تعتبر القدرة الاستيعابية الحالية أيضًا تصنيفًا مهمًا عند استخدامها في مرحلة النقل.
لذلك ، تُستخدم الإختناقات وخنق الوضع الشائع بشكل أساسي في إمدادات الطاقة ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها كعناصر تصفية في أجهزة إرسال واستقبال الترددات اللاسلكية عالية الطاقة. على سبيل المثال ، يمكن مشاركة هوائي مزدوج التردد باستخدام دائرة استقبال محمية (جزئيًا) بواسطة خنق لا يسمح بتردد الإرسال بالمرور مرة أخرى إلى دائرة الاستقبال الحساسة. يمنع الخانق ذو النمط الشائع أيضًا أي إشارات استقرائية عالية الطاقة من التدفق مرة أخرى إلى الدائرة لأنه يرفض إشارة الوضع المشترك.
الشكل 1: يمكن أن يزيل الخانق البسيط المكونات عالية التردد للإشارة واستعادة جزء التيار المستمر أو جزء الإشارة من الإشارة المشكلة.
يمكنهم أيضًا حماية دوائر الاستقبال المحلية القريبة من أجهزة الإرسال عالية القدرة.
تعمل المرشحات السعوية على منع التيار المتردد واستعادة مستوى التيار المستمر بعد التصحيح وتستخدم لإمدادات الطاقة ، ولكن يمكن أيضًا دمجها مع المقاومات والموانع والمحاثات لتنفيذ مرشحات متعددة الأقطاب بطريقة سلبية بحتة. توفر فلاتر R / C و L / C خصائص مرشح أحادي القطب يمكن ربطها بسلسلة تعاقبية لإنشاء إصدارات سلبية متعددة الأقطاب مع منحنيات رفض أكثر حدة. لاحظ أن هذه المراحل الخاملة تعمل أيضًا على إضعاف الإشارة ، لذلك يلزم التضخيم لاستعادتها إلى النطاق القابل للاستخدام.
بشكل عام ، يتم الجمع بين المرونة والأداء لمرشحات R / L / C السلبية مع مرشحات Pi و T بطرق خاصة لتحسين أداء تصميمات RF. علاوة على ذلك ، يتم دمجها في أجهزة صغيرة ذات حزمة واحدة يمكن وضعها بسهولة في المساحات الضيقة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحديثة.
مرشح Pi وفلتر T.
مرشح Pi هو في الأساس مغو محاط بمكثفتين ، مرتبة مثل الحرف اليوناني Pi. يتم اختيار مكثفات الإدخال لتوفير تفاعل منخفض ورفض معظم الترددات أو النطاقات المتداخلة لمنعها. في المقابل ، يستخدم مرشح T محاثين متوازيين ومكثف اقتران. يمكن استخدام هذه المرشحات أحادية المرحلة لتمرير منخفض ، وتمرير عالي ، وتمرير نطاق ، وتوقف نطاق.
يقدم مرشح Pi مقاومة منخفضة جدًا عند الترددات العالية عبر كلا الطرفين بسبب التحويل بالسعة. على العكس من ذلك ، تتمتع المرشحات T بمقاومة عالية جدًا عند الترددات العالية بسبب الاقتران الاستقرائي (الشكل 2).
الشكل 2: يمكن استغلال مرشح Pi منخفض التمرير (يسار) في مسار إرسال الترددات الراديوية ، مما يسمح فقط بالمرور من الترددات المنخفضة. وعلى العكس من ذلك ، فإن مرشح T عالي التمرير (يمين) يحجب الترددات المنخفضة ويسمح بمرور الترددات الأعلى. يمكن استخدام هذه الأجزاء لتحسين أداء كل نطاق تردد والسماح بتشغيل مزدوج كامل.
يمكن لأجهزة الإرسال والاستقبال RF استخدام مرشحات T لحظر نطاقات التردد المشتركة أو المتنافسة ، أثناء استخدام مرشحات Pi لتنظيف الترددات المرغوبة وتمريرها. في كلتا الحالتين ، يمكن أن يتطابق الاختيار الصحيح لقيم المكونات مع الممانعات على كلا الجانبين لتعظيم نقل القدرة بين المرحلة النشطة والمفتاح والهوائي.
العديد من الخيارات
تقدم العديد من الشركات المصنعة عالية الجودة فلاتر Pi و T. المفتاح هنا هو محرك بحث حدودي جيد عند محاولة العثور على الجزء الصحيح. مع وجود العديد من المتغيرات ، من الجيد تضييق نطاق المنافسة.
بينما تم تصميم العديد من مرشحات Pi الخاصة بالتطبيقات للصوت وخطوط البيانات وتكييف الطاقة ، إلا أن هناك أيضًا أجزاء للأغراض العامة بالإضافة إلى الأجزاء المستهدفة للتردد اللاسلكي التي يمكن استخدامها في التصميمات اللاسلكية. علاوة على ذلك ، فإن دمج الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي يسمح لهذه المرشحات المتجانسة بأداء مهام متعددة في نفس المساحة المادية.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مرشح Murata 8 منخفض التمرير L / C Pi بتردد قطع مركزي يبلغ 100 ميجاهرتز. يشتمل مرشح الحزمة 3 غير الحساس للقطبية من الدرجة الثالثة على مغو 0805 nHenry ومكثف 135 pF ويمكنه تمرير 44 مللي أمبير.
توفر مجموعة من الأجزاء ، مثل سلسلة Murata EMIFIL NFL21SP ، المرونة في اختيار التصنيف الحالي الصحيح ، والحث ، والسعة ، والتردد المركزي لمطابقة جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بك مع الهوائي (الجدول 1).
الجدول 1: يقوم بعض البائعين بتجميع البيانات للمساعدة في تحديد الأنسب للتصميم.
هنا ، تسمح قيمة L / C والقطع للمصمم باختيار الجزء الذي يتطابق بشكل أفضل مع الدائرة.
بطريقة مماثلة ، يمكن للمصممين الذين يحتاجون إلى تنفيذ جهاز واحد من الدرجة الثالثة لمرشح 3 مللي أمبير L / CT استخدام TDK MEM100S2012R25T0. يحتوي مرشح T منخفض التمرير لحزمة 001 المكون من 3 أطراف على تردد مركز / قطع يبلغ 0805 ميجاهرتز و 25 ديسيبل من التوهين من 30 ميجاهرتز إلى 70 جيجاهرتز. بالإضافة إلى ذلك ، كعضو في عائلة MEM للشركة من المرشحات ثلاثية الأطراف ، تسمح ترددات القطع من 2 إلى 3 ميجاهرتز بمستويات طاقة من 25 و 200 مللي أمبير عند 100 فولت كحد أقصى (الجدول 250). أعضاء السلسلة الآخرون حاليون حتى 10 أ.
الجدول 2: في سلسلة محددة ، سيوفر اختيار معلمات التردد حلولاً بقيم L / C مختلفة ،
نأمل أن تتناسب مع مرحلة التصميم. يوفر جدول منفصل قيم المكونات الفعلية المستخدمة داخليًا.
في النهاية ، فإن أفضل طريقة لتحديد أداء التصميم هي اختباره في التكوين. هناك بعض الأدوات الجيدة التي يجب أن تنظر فيها ، وغالبًا ما يكون مصنعو أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية قادرين على توجيهك إلى المكونات المحددة التي يوصون بها في تصميماتهم المرجعية. تعد محركات البحث البارامترية جهازًا آخر قيمًا يساعدك في العثور على المرشحات الصحيحة.
عرض المزيد : وحدات IGBT | شاشات الكريستال السائل | مكونات إلكترونية