"Los circuitos de filtro se utilizan para eliminar elementos no deseados o no deseados. componentes de una señal. Cuando se acoplan múltiples señales o bandas de frecuencia a/desde la antena, las redes de adaptación de impedancia y filtrado, como los filtros Pi y los filtros T, son puentes en la conexión final del transceptor de RF a la antena. Estos circuitos no solo distinguen ciertas bandas de frecuencia de otras al mismo tiempo, sino que también igualan las impedancias y pueden permitir que los circuitos dúplex y de bucle proporcionen una comunicación bidireccional full-duplex. Al diseñar la sección de RF, es bueno saber que tenemos estas piezas en nuestro arsenal.
"
Autor: Jon Gabay
Los circuitos de filtro se utilizan para eliminar componentes no deseados o no deseados de una señal. Cuando se acoplan múltiples señales o bandas de frecuencia hacia/desde la antena, las redes de filtrado y adaptación de impedancia, como los filtros Pi y los filtros T, son los puentes en la conexión final del transceptor de RF a la antena. Estos circuitos no solo distinguen ciertas bandas de frecuencia de otras al mismo tiempo, sino que también igualan las impedancias y pueden permitir que los circuitos dúplex y de bucle proporcionen una comunicación bidireccional full-duplex. Al diseñar la sección de RF, es bueno saber que tenemos estas piezas en nuestro arsenal.
Este artículo discutirá cómo estos filtros rechazan o dejan pasar bandas de frecuencia que cumplen estándares específicos y permiten transmisiones multiestándar a través de la misma ruta.
Limitaciones del silicio
Las limitaciones físicas no permiten un rendimiento de rango completo eficiente en una sola pieza de silicio. Los filtros, atenuadores, líneas de transmisión, barreras de aislamiento, supresores de sobretensiones, etc. no pueden ser tan efectivos en silicio como lo son cuando se construyen a partir de otros materiales de sustrato a mayor escala (al menos no todavía).
Por ejemplo, podemos fabricar aisladores dieléctricos en chip entre niveles sensibles en un chip de un solo chip. Sin embargo, como la magnitud de la voltaje picos aumenta, las propiedades de los aisladores de silicio no pueden soportar voltajes más altos. Además, a menos que aislemos en tres dimensiones, se formarán arcos en algún punto. Esto también se aplica a la supresión de sobretensiones. Solo hay tanta energía que un área pequeña puede disipar, absorber o desviar.
para en chip condensadores, los materiales dieléctricos tienen capacidades limitadas en términos de silicio. Ya sea que estén relacionados con el almacenamiento de carga o con la sincronización, los capacitores dependen del espacio, el área y las propiedades físicas del dieléctrico. Sin una constante dieléctrica y un área altas, un tamaño adecuado condensador Puede que no sea posible en el chip, incluso con el efecto Miller.
Como resultado, muchas de las mejores soluciones para etapas de RF modernas se basan en componentes externos para igualar las características de la etapa de entrada/salida de silicio con antenas eficientes y brindar protección EMI/RFI contra fuentes no deseadas. Incluso las trazas de PCB actúan como componentes (líneas de transmisión). Si bien los simuladores son excelentes, la única medida real del éxito es cuando puede probar y caracterizar el diseño terminado que está a punto de entrar en producción.
Opciones y funciones
Un filtro de una sola etapa se puede implementar en una de cuatro formas. Estos incluyen bobinas de choque, filtros R/C, filtros L/C y filtros Pi/T. Estos se pueden combinar en formas de onda para diferenciar o entregar frecuencias específicas.
Un filtro de estrangulador es un Inductor o perla de ferrita con reluctancia electromagnética (Figura 1). También pueden ser una parte útil para identificar etapas de RF. Las señales de alta frecuencia no pueden pasar y parecen resistencia en estas frecuencias. Piezas como el Bourns FB20011-3B-RC están clasificados por resistencia a una frecuencia determinada, en este caso 415 ohmios a 100 MHz. En este caso, se pueden usar componentes discretos al acoplar el transmisor de alta potencia a la antena. La capacidad de carga actual también es una clasificación importante cuando se usa en la fase de transmisión.
Por lo tanto, los estranguladores y los estranguladores de modo común se usan principalmente en fuentes de alimentación, pero también se pueden usar como elementos de filtro en transceptores de RF de alta potencia. Por ejemplo, una antena de doble frecuencia se puede compartir usando un receptor circuito que está (parcialmente) protegido por un estrangulador que no permite que la frecuencia de transmisión vuelva al sensible circuito de recepción. Un estrangulador de modo común también evita que cualquier señal inductiva de alta potencia regrese al circuito porque rechaza la señal de modo común.
Figura 1: un estrangulador simple puede eliminar los componentes de alta frecuencia de una señal y restaurar la CC o la porción de señal de una señal modulada.
También pueden proteger los circuitos del receptor local cerca de los transmisores de alta potencia.
Los filtros capacitivos bloquean la CA y restablecen el nivel de CC después de la rectificación y se utilizan para fuentes de alimentación, pero también se pueden combinar con resistencias, estranguladores e inductores para implementar filtros multipolares de forma puramente pasiva. Estos filtros R/C y L/C proporcionan características de filtro unipolares que se pueden conectar en cadena para crear versiones multipolares pasivas con curvas de rechazo más pronunciadas. Tenga en cuenta que estas etapas pasivas también atenúan la señal, por lo que se requiere amplificación para restaurarla al rango utilizable.
En general, la flexibilidad y el rendimiento de los filtros R/L/C pasivos se combinan con los filtros Pi y T de formas especiales para optimizar el rendimiento de los diseños de RF. Además, están integrados en dispositivos pequeños de un solo paquete que pueden caber fácilmente en los espacios reducidos de las PCB modernas.
Filtro Pi y filtro T
Un filtro Pi es básicamente un Inductor rodeado por dos condensadores, dispuestos como la letra griega Pi. Los condensadores de entrada se eligen para proporcionar una baja reactancia y rechazar la mayoría de las frecuencias o bandas de interferencia para bloquear. Por el contrario, un filtro T utiliza dos inductores paralelos y un condensador de acoplamiento. Estos filtros de etapa única se pueden utilizar como paso bajo, paso alto, paso de banda y parada de banda.
El filtro Pi presenta una impedancia muy baja a altas frecuencias en ambos extremos debido a la derivación capacitiva. Por el contrario, los filtros T tienen una impedancia muy alta a altas frecuencias debido al acoplamiento inductivo (Figura 2).
Figura 2: Un filtro Pi de paso bajo (izquierda) se puede conectar a la ruta de transmisión de RF, permitiendo que solo pasen las frecuencias más bajas. Por el contrario, un filtro T de paso alto (derecha) bloquea las frecuencias más bajas y permite que pasen las frecuencias más altas. Estas piezas se pueden utilizar para optimizar el rendimiento de cada banda de frecuencia y permitir el funcionamiento dúplex completo.
Los transceptores de RF pueden usar filtros T para bloquear bandas de frecuencia compartidas o competidoras, mientras usan filtros Pi para limpiar y pasar las frecuencias deseadas. En cualquier caso, la elección correcta de los valores de los componentes puede hacer coincidir las impedancias en ambos lados para maximizar la transferencia de energía entre la etapa activa, el interruptor y la antena.
Muchas opciones
Varios fabricantes de calidad ofrecen filtros Pi y T bien diseñados. La clave aquí es un buen motor de búsqueda paramétrico cuando se trata de encontrar la pieza correcta. Con tantas variables, es bueno reducir la competencia.
Si bien muchos filtros Pi específicos de la aplicación están diseñados para audio, líneas de datos y acondicionamiento de energía, también hay partes de uso general, así como partes dirigidas a RF que se pueden usar en diseños inalámbricos. Además, la integración de la protección ESD permite que estos filtros monolíticos realicen múltiples tareas en el mismo espacio físico.
Por ejemplo, considere un filtro L/C Pi de paso bajo Murata 8 con una frecuencia de corte central de 100 MHz. El filtro de paquete 3 insensible a la polaridad de tercer orden incluye un inductor de 0805 nHenry y un capacitor de 135 pF y puede pasar 44 mA.
Una variedad de piezas, como la serie Murata EMIFIL NFL21SP, brindan flexibilidad para elegir la clasificación de corriente, la inductancia, la capacitancia y la frecuencia central correctas para hacer coincidir su transceptor con la antena (Tabla 1).
Tabla 1: Algunos proveedores agrupan datos para ayudar a determinar la mejor opción para un diseño.
Aquí, el valor de L/C y el corte le permiten al diseñador elegir la parte que mejor se adapte al circuito.
De manera similar, los diseñadores que necesitan implementar un solo dispositivo de tercer orden para un filtro L/CT de 3 mA pueden utilizar el TDK MEM100S2012R25T0. Este filtro T de paso bajo de paquete 001 de 3 terminales tiene una frecuencia central/de corte de 0805 MHz y 25 dB de atenuación de 30 MHz a 70 GHz. Además, como miembro de la familia MEM de filtros de 2 terminales de la empresa, las frecuencias de corte de 3 a 25 MHz permiten niveles de potencia de 200 y 100 mA a 250 V como máximo (Tabla 10). Otros miembros de la serie son actuales hasta 2 A.
Tabla 2: En una serie específica, la elección de los parámetros de frecuencia proporcionará soluciones con diferentes valores de L/C,
para coincidir con la fase de diseño. Una tabla separada proporciona los valores reales de los componentes utilizados internamente.
En última instancia, la mejor manera de determinar el rendimiento de un diseño es probarlo en una configuración. Hay algunas buenas herramientas que debe considerar, y los fabricantes de transceptores de radio a menudo pueden indicarle los componentes específicos que recomiendan en sus diseños de referencia. Los motores de búsqueda paramétricos son otro dispositivo valioso que lo ayuda a encontrar los filtros correctos.
Autor: Jon Gabay
Los circuitos de filtro se utilizan para eliminar componentes no deseados o no deseados de una señal. Cuando se acoplan múltiples señales o bandas de frecuencia hacia/desde la antena, las redes de filtrado y adaptación de impedancia, como los filtros Pi y los filtros T, son los puentes en la conexión final del transceptor de RF a la antena. Estos circuitos no solo distinguen ciertas bandas de frecuencia de otras al mismo tiempo, sino que también igualan las impedancias y pueden permitir que los circuitos dúplex y de bucle proporcionen una comunicación bidireccional full-duplex. Al diseñar la sección de RF, es bueno saber que tenemos estas piezas en nuestro arsenal.
Este artículo discutirá cómo estos filtros rechazan o dejan pasar bandas de frecuencia que cumplen estándares específicos y permiten transmisiones multiestándar a través de la misma ruta.
Limitaciones del silicio
Las limitaciones físicas no permiten un rendimiento de rango completo eficiente en una sola pieza de silicio. Los filtros, atenuadores, líneas de transmisión, barreras de aislamiento, supresores de sobretensiones, etc. no pueden ser tan efectivos en silicio como lo son cuando se construyen a partir de otros materiales de sustrato a mayor escala (al menos no todavía).
Por ejemplo, podemos fabricar aisladores dieléctricos en chip entre niveles sensibles en un chip de un solo chip. Sin embargo, a medida que aumenta la magnitud de los picos de voltaje, las propiedades de los aisladores de silicio no pueden soportar voltajes más altos. Además, a menos que aislemos en tres dimensiones, se formarán arcos en algún punto. Esto también se aplica a la supresión de sobretensiones. Solo hay tanta energía que un área pequeña puede disipar, absorber o desviar.
Para los capacitores en chip, los materiales dieléctricos tienen capacidades limitadas en términos de silicio. Ya sea que estén relacionados con el almacenamiento de carga o el tiempo, los capacitores dependen del espacio, el área y las propiedades físicas del dieléctrico. Sin una constante dieléctrica y un área altas, es posible que no sea posible instalar un capacitor del tamaño adecuado en el chip, incluso con el efecto Miller.
Como resultado, muchas de las mejores soluciones para etapas de RF modernas se basan en componentes externos para igualar las características de la etapa de entrada/salida de silicio con antenas eficientes y brindar protección EMI/RFI contra fuentes no deseadas. Incluso las trazas de PCB actúan como componentes (líneas de transmisión). Si bien los simuladores son excelentes, la única medida real del éxito es cuando puede probar y caracterizar el diseño terminado que está a punto de entrar en producción.
Opciones y funciones
Un filtro de una sola etapa se puede implementar en una de cuatro formas. Estos incluyen bobinas de choque, filtros R/C, filtros L/C y filtros Pi/T. Estos se pueden combinar en formas de onda para diferenciar o entregar frecuencias específicas.
Un filtro de choque es un inductor o perla de ferrita con reluctancia electromagnética (Figura 1). También pueden ser una parte útil para identificar etapas de RF. Las señales de alta frecuencia no pueden pasar y parecen resistencia en estas frecuencias. Piezas como el Bourns FB20011-3B-RC están clasificados por resistencia a una frecuencia determinada, en este caso 415 ohmios a 100 MHz. En este caso, se pueden usar componentes discretos al acoplar el transmisor de alta potencia a la antena. La capacidad de carga actual también es una clasificación importante cuando se usa en la fase de transmisión.
Por lo tanto, los estranguladores y los estranguladores de modo común se usan principalmente en fuentes de alimentación, pero también se pueden usar como elementos de filtro en transceptores de RF de alta potencia. Por ejemplo, una antena de doble frecuencia se puede compartir utilizando un circuito receptor que está (parcialmente) protegido por un estrangulador que no permite que la frecuencia de transmisión vuelva al circuito receptor sensible. Un estrangulador de modo común también evita que cualquier señal inductiva de alta potencia regrese al circuito porque rechaza la señal de modo común.
Figura 1: un estrangulador simple puede eliminar los componentes de alta frecuencia de una señal y restaurar la CC o la porción de señal de una señal modulada.
También pueden proteger los circuitos del receptor local cerca de los transmisores de alta potencia.
Los filtros capacitivos bloquean la CA y restablecen el nivel de CC después de la rectificación y se utilizan para fuentes de alimentación, pero también se pueden combinar con resistencias, estranguladores e inductores para implementar filtros multipolares de forma puramente pasiva. Estos filtros R/C y L/C proporcionan características de filtro unipolares que se pueden conectar en cadena para crear versiones multipolares pasivas con curvas de rechazo más pronunciadas. Tenga en cuenta que estas etapas pasivas también atenúan la señal, por lo que se requiere amplificación para restaurarla al rango utilizable.
En general, la flexibilidad y el rendimiento de los filtros R/L/C pasivos se combinan con los filtros Pi y T de formas especiales para optimizar el rendimiento de los diseños de RF. Además, están integrados en dispositivos pequeños de un solo paquete que pueden caber fácilmente en los espacios reducidos de las PCB modernas.
Filtro Pi y filtro T
Un filtro Pi es básicamente un inductor rodeado por dos condensadores, dispuestos como la letra griega Pi. Los condensadores de entrada se eligen para proporcionar una baja reactancia y rechazar la mayoría de las frecuencias o bandas de interferencia para bloquear. Por el contrario, un filtro T utiliza dos inductores paralelos y un condensador de acoplamiento. Estos filtros de etapa única se pueden utilizar como paso bajo, paso alto, paso de banda y parada de banda.
El filtro Pi presenta una impedancia muy baja a altas frecuencias en ambos extremos debido a la derivación capacitiva. Por el contrario, los filtros T tienen una impedancia muy alta a altas frecuencias debido al acoplamiento inductivo (Figura 2).
Figura 2: Un filtro Pi de paso bajo (izquierda) se puede conectar a la ruta de transmisión de RF, permitiendo que solo pasen las frecuencias más bajas. Por el contrario, un filtro T de paso alto (derecha) bloquea las frecuencias más bajas y permite que pasen las frecuencias más altas. Estas piezas se pueden utilizar para optimizar el rendimiento de cada banda de frecuencia y permitir el funcionamiento dúplex completo.
Los transceptores de RF pueden usar filtros T para bloquear bandas de frecuencia compartidas o competidoras, mientras usan filtros Pi para limpiar y pasar las frecuencias deseadas. En cualquier caso, la elección correcta de los valores de los componentes puede hacer coincidir las impedancias en ambos lados para maximizar la transferencia de energía entre la etapa activa, el interruptor y la antena.
Muchas opciones
Varios fabricantes de calidad ofrecen filtros Pi y T bien diseñados. La clave aquí es un buen motor de búsqueda paramétrico cuando se trata de encontrar la pieza correcta. Con tantas variables, es bueno reducir la competencia.
Si bien muchos filtros Pi específicos de la aplicación están diseñados para audio, líneas de datos y acondicionamiento de energía, también hay partes de uso general, así como partes dirigidas a RF que se pueden usar en diseños inalámbricos. Además, la integración de la protección ESD permite que estos filtros monolíticos realicen múltiples tareas en el mismo espacio físico.
Por ejemplo, considere un filtro L/C Pi de paso bajo Murata 8 con una frecuencia de corte central de 100 MHz. El filtro de paquete 3 insensible a la polaridad de tercer orden incluye un inductor de 0805 nHenry y un capacitor de 135 pF y puede pasar 44 mA.
Una variedad de piezas, como la serie Murata EMIFIL NFL21SP, brindan flexibilidad para elegir la clasificación de corriente, la inductancia, la capacitancia y la frecuencia central correctas para hacer coincidir su transceptor con la antena (Tabla 1).
Tabla 1: Algunos proveedores agrupan datos para ayudar a determinar la mejor opción para un diseño.
Aquí, el valor de L/C y el corte le permiten al diseñador elegir la parte que mejor se adapte al circuito.
De manera similar, los diseñadores que necesitan implementar un solo dispositivo de tercer orden para un filtro L/CT de 3 mA pueden utilizar el TDK MEM100S2012R25T0. Este filtro T de paso bajo de paquete 001 de 3 terminales tiene una frecuencia central/de corte de 0805 MHz y 25 dB de atenuación de 30 MHz a 70 GHz. Además, como miembro de la familia MEM de filtros de 2 terminales de la empresa, las frecuencias de corte de 3 a 25 MHz permiten niveles de potencia de 200 y 100 mA a 250 V como máximo (Tabla 10). Otros miembros de la serie son actuales hasta 2 A.
Tabla 2: En una serie específica, la elección de los parámetros de frecuencia proporcionará soluciones con diferentes valores de L/C,
para coincidir con la fase de diseño. Una tabla separada proporciona los valores reales de los componentes utilizados internamente.
En última instancia, la mejor manera de determinar el rendimiento de un diseño es probarlo en una configuración. Hay algunas buenas herramientas que debe considerar, y los fabricantes de transceptores de radio a menudo pueden indicarle los componentes específicos que recomiendan en sus diseños de referencia. Los motores de búsqueda paramétricos son otro dispositivo valioso que lo ayuda a encontrar los filtros correctos.
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