"Filtercircuits worden gebruikt om ongewenst of ongewenst te verwijderen componenten van een signaal. Bij het koppelen van meerdere signalen of frequentiebanden van/naar de antenne, vormen filter- en impedantie-aanpassingsnetwerken zoals Pi-filters en T-filters bruggen in de uiteindelijke verbinding van de RF-zendontvanger naar de antenne. Niet alleen onderscheiden deze circuits tegelijkertijd bepaalde frequentiebanden van andere, ze passen ook impedanties aan en kunnen duplex- en luscircuits toestaan om full-duplex bidirectionele communicatie te bieden. Bij het ontwerpen van de RF-sectie is het goed om te weten dat we deze onderdelen in ons arsenaal hebben.
"
Auteur: Jon Gabay
Filtercircuits worden gebruikt om ongewenste of ongewenste componenten uit een signaal te verwijderen. Bij het koppelen van meerdere signalen of frequentiebanden van/naar de antenne, zijn filtering en impedantie-aanpassingsnetwerken zoals Pi-filters en T-filters de bruggen in de uiteindelijke verbinding van de RF-zendontvanger naar de antenne. Niet alleen onderscheiden deze circuits tegelijkertijd bepaalde frequentiebanden van andere, ze passen ook impedanties aan en kunnen duplex- en luscircuits toestaan om full-duplex bidirectionele communicatie te bieden. Bij het ontwerpen van de RF-sectie is het goed om te weten dat we deze onderdelen in ons arsenaal hebben.
In dit artikel wordt besproken hoe deze filters frequentiebanden weigeren of doorlaten die aan specifieke normen voldoen en multi-standaard transmissies via hetzelfde pad mogelijk maken.
Beperkingen van Silicium
Fysieke beperkingen staan een efficiënte full-range prestatie op een enkel stuk silicium niet toe. Filters, verzwakkers, transmissielijnen, isolatiebarrières, overspanningsonderdrukkers, enz. kunnen in silicium niet zo effectief zijn als wanneer ze op grotere schaal uit andere substraatmaterialen zijn gemaakt (althans nog niet).
We kunnen bijvoorbeeld on-chip diëlektrische isolatoren maken tussen gevoelige niveaus op een chip met één chip. Echter, als de omvang van de spanning spikes toeneemt, zijn de eigenschappen van siliciumisolatoren niet bestand tegen hogere spanningen. Tenzij we in drie dimensies isoleren, zal er op een gegeven moment vonkvorming optreden. Dit geldt ook voor overspanningsonderdrukking. Er is maar zoveel energie die een klein gebied kan verdrijven, absorberen of afleiden.
Voor op de chip Condensatorenhebben diëlektrische materialen beperkte mogelijkheden op het gebied van silicium. Of het nu gaat om ladingsopslag of timing, condensatoren zijn afhankelijk van de afstand, het oppervlak en de fysieke eigenschappen van het diëlektricum. Zonder een hoge diëlektrische constante en oppervlakte, een juiste maat condensator is misschien niet mogelijk op de chip, zelfs niet met het Miller-effect.
Dientengevolge vertrouwen veel van de beste oplossingen voor moderne RF-podia op externe componenten om de kenmerken van de silicium input/output-trap te matchen met efficiënte antennes en om EMI/RFI-bescherming te bieden tegen ongewenste bronnen. Zelfs PCB-sporen fungeren als componenten (transmissielijnen). Hoewel simulatoren geweldig zijn, is de enige echte maatstaf voor succes wanneer je het voltooide ontwerp dat op het punt staat in productie te gaan, kunt testen en karakteriseren.
Opties en functies
Een eentrapsfilter kan op vier manieren worden geïmplementeerd. Deze omvatten smoorspoelen, R/C-filters, L/C-filters en Pi/T-filters. Deze kunnen worden gecombineerd tot golfvormen om specifieke frequenties te differentiëren of te leveren.
Een chokefilter is een Inductor of ferrietkraal met elektromagnetische terughoudendheid (Figuur 1). Ze kunnen ook een nuttig onderdeel zijn bij het identificeren van RF-trappen. Hoogfrequente signalen kunnen er niet doorheen en zien eruit als weerstand bij deze frequenties. Onderdelen zoals de Bourns FB20011-3B-RC worden beoordeeld op weerstand bij een bepaalde frequentie, in dit geval 415 ohm bij 100 MHz. In dit geval kunnen discrete componenten worden gebruikt bij het koppelen van de krachtige zender aan de antenne. Stroombelastbaarheid is ook een belangrijke beoordeling bij gebruik in de transmissiefase.
Daarom worden smoorspoelen en common-mode smoorspoelen voornamelijk gebruikt in voedingen, maar ze kunnen ook worden gebruikt als filterelementen in hoogvermogen RF-transceivers. Een antenne met dubbele frequentie kan bijvoorbeeld worden gedeeld met behulp van een ontvanger circuit die (deels) beschermd is door een choke die de zendfrequentie niet terug laat gaan naar het gevoelige ontvangstcircuit. Een common-mode smoorspoel voorkomt ook dat inductieve signalen met hoog vermogen terugvloeien naar het circuit omdat het het common-mode signaal afwijst.
Afbeelding 1: Een eenvoudige smoorspoel kan de hoogfrequente componenten van een signaal verwijderen en het DC- of signaalgedeelte van een gemoduleerd signaal herstellen.
Ze kunnen ook lokale ontvangercircuits in de buurt van krachtige zenders beschermen.
Capacitieve filters blokkeren AC en herstellen het DC-niveau na gelijkrichting en worden gebruikt voor voedingen, maar kunnen ook worden gecombineerd met weerstanden, smoorspoelen en inductoren om meerpolige filters op een puur passieve manier te implementeren. Deze R/C- en L/C-filters bieden enkelpolige filterkarakteristieken die in een daisychain kunnen worden geschakeld om passieve meerpolige versies met steilere onderdrukkingscurven te creëren. Merk op dat deze passieve trappen ook het signaal verzwakken, dus versterking is nodig om het weer bruikbaar te maken.
Over het algemeen worden de flexibiliteit en prestaties van passieve R/L/C-filters op speciale manieren gecombineerd met Pi- en T-filters om de prestaties van RF-ontwerpen te optimaliseren. Bovendien zijn ze geïntegreerd in kleine apparaten uit één pakket die gemakkelijk passen in de krappe ruimtes van moderne printplaten.
Pi-filter en T-filter
Een Pi-filter is eigenlijk een Inductor omgeven door twee condensatoren, gerangschikt als de Griekse letter Pi. Ingangscondensatoren zijn gekozen om een lage reactantie te bieden en de meeste storende frequenties of banden te blokkeren. Een T-filter gebruikt daarentegen twee parallelle inductoren en een koppelcondensator. Deze eentrapsfilters kunnen worden gebruikt als laagdoorlaat, hoogdoorlaat, banddoorlaat en bandstop.
Het Pi-filter vertoont een zeer lage impedantie bij hoge frequenties aan beide uiteinden als gevolg van capacitieve shunting. Omgekeerd hebben T-filters een zeer hoge impedantie bij hoge frequenties als gevolg van inductieve koppeling (figuur 2).
Afbeelding 2: Een laagdoorlaat Pi-filter (links) kan in het RF-transmissiepad worden afgetakt, waardoor alleen lagere frequenties worden doorgelaten. Omgekeerd blokkeert een hoogdoorlaat T-filter (rechts) lagere frequenties en laat hogere frequenties door. Deze onderdelen kunnen worden gebruikt om de prestaties van elke frequentieband te optimaliseren en full-duplexwerking mogelijk te maken.
RF-zendontvangers kunnen T-filters gebruiken om gedeelde of concurrerende frequentiebanden te blokkeren, terwijl Pi-filters worden gebruikt om de gewenste frequenties schoon te maken en door te laten. In beide gevallen kan de juiste keuze van componentwaarden overeenkomen met de impedanties aan beide zijden om de vermogensoverdracht tussen de actieve trap, schakelaar en antenne te maximaliseren.
Vele opties
Verschillende kwaliteitsfabrikanten bieden goed ontworpen Pi- en T-filters aan. De sleutel hier is een goede parametrische zoekmachine bij het vinden van het juiste onderdeel. Met zoveel variabelen is het leuk om de concurrentie te beperken.
Hoewel veel toepassingsspecifieke Pi-filters zijn ontworpen voor audio, datalijnen en stroomconditionering, zijn er ook onderdelen voor algemeen gebruik en RF-gerichte onderdelen die kunnen worden gebruikt in draadloze ontwerpen. Bovendien stelt de integratie van ESD-bescherming deze monolithische filters in staat om meerdere taken in dezelfde fysieke ruimte uit te voeren.
Neem bijvoorbeeld een Murata 8 low-pass L/C Pi-filter met een centrale afsnijfrequentie van 100 MHz. Het enkele 3e orde polariteit ongevoelige 0805 pakketfilter bevat een 135 nHenry inductor en 44 pF condensator en kan 200 mA doorlaten.
Een reeks onderdelen, zoals de Murata EMIFIL NFL21SP-serie, biedt flexibiliteit bij het kiezen van de juiste stroomsterkte, inductantie, capaciteit en middenfrequentie om uw zendontvanger af te stemmen op de antenne (tabel 1).
Tabel 1: Sommige leveranciers bundelen gegevens om te helpen bepalen wat het beste bij een ontwerp past.
Hier stellen de L/C-waarde en cutoff de ontwerper in staat om het onderdeel te kiezen dat het beste bij het circuit past.
Op een vergelijkbare manier kunnen ontwerpers die een enkel apparaat van de derde orde voor een 3 mA L/CT-filter moeten implementeren, de TDK MEM100S2012R25T0 gebruiken. Dit 001-terminal 3 pakket low-pass T-filter heeft een 0805 MHz center/cutoff frequentie en 25 dB verzwakking van 30 MHz tot 70 GHz. Bovendien, als lid van de MEM-familie van 2-terminalfilters van het bedrijf, maken afsnijfrequenties van 3 tot 25 MHz vermogensniveaus van 200 en 100 mA bij maximaal 250 V mogelijk (tabel 10). Andere serieleden zijn stroom tot 2 A.
Tabel 2: In een specifieke serie zal de keuze van frequentieparameters oplossingen bieden met verschillende L/C-waarden,
hopelijk aansluiten bij de ontwerpfase. Een aparte tabel geeft de werkelijke componentwaarden die intern worden gebruikt.
Uiteindelijk is de beste manier om de prestaties van een ontwerp te bepalen, het te testen in een configuratie. Er zijn enkele goede hulpmiddelen waar u naar moet kijken, en fabrikanten van radiozendontvangers kunnen u vaak wijzen op de specifieke componenten die zij aanbevelen in hun referentieontwerpen. Parametrische zoekmachines zijn een ander waardevol apparaat dat u helpt de juiste filters te vinden.
Auteur: Jon Gabay
Filtercircuits worden gebruikt om ongewenste of ongewenste componenten uit een signaal te verwijderen. Bij het koppelen van meerdere signalen of frequentiebanden van/naar de antenne, zijn filtering en impedantie-aanpassingsnetwerken zoals Pi-filters en T-filters de bruggen in de uiteindelijke verbinding van de RF-zendontvanger naar de antenne. Niet alleen onderscheiden deze circuits tegelijkertijd bepaalde frequentiebanden van andere, ze passen ook impedanties aan en kunnen duplex- en luscircuits toestaan om full-duplex bidirectionele communicatie te bieden. Bij het ontwerpen van de RF-sectie is het goed om te weten dat we deze onderdelen in ons arsenaal hebben.
In dit artikel wordt besproken hoe deze filters frequentiebanden weigeren of doorlaten die aan specifieke normen voldoen en multi-standaard transmissies via hetzelfde pad mogelijk maken.
Beperkingen van Silicium
Fysieke beperkingen staan een efficiënte full-range prestatie op een enkel stuk silicium niet toe. Filters, verzwakkers, transmissielijnen, isolatiebarrières, overspanningsonderdrukkers, enz. kunnen in silicium niet zo effectief zijn als wanneer ze op grotere schaal uit andere substraatmaterialen zijn gemaakt (althans nog niet).
We kunnen bijvoorbeeld on-chip diëlektrische isolatoren maken tussen gevoelige niveaus op een chip met één chip. Naarmate de omvang van de spanningspieken echter toeneemt, zijn de eigenschappen van siliciumisolatoren niet bestand tegen hogere spanningen. Tenzij we in drie dimensies isoleren, zal er op een gegeven moment vonkvorming optreden. Dit geldt ook voor overspanningsonderdrukking. Er is maar zoveel energie die een klein gebied kan verdrijven, absorberen of afleiden.
Voor on-chip condensatoren hebben diëlektrische materialen beperkte mogelijkheden in termen van silicium. Of het nu gaat om ladingsopslag of timing, condensatoren zijn afhankelijk van de afstand, het oppervlak en de fysieke eigenschappen van het diëlektricum. Zonder een hoge diëlektrische constante en oppervlakte is een condensator van de juiste grootte misschien niet mogelijk op de chip, zelfs niet met het Miller-effect.
Dientengevolge vertrouwen veel van de beste oplossingen voor moderne RF-podia op externe componenten om de kenmerken van de silicium input/output-trap te matchen met efficiënte antennes en om EMI/RFI-bescherming te bieden tegen ongewenste bronnen. Zelfs PCB-sporen fungeren als componenten (transmissielijnen). Hoewel simulatoren geweldig zijn, is de enige echte maatstaf voor succes wanneer je het voltooide ontwerp dat op het punt staat in productie te gaan, kunt testen en karakteriseren.
Opties en functies
Een eentrapsfilter kan op vier manieren worden geïmplementeerd. Deze omvatten smoorspoelen, R/C-filters, L/C-filters en Pi/T-filters. Deze kunnen worden gecombineerd tot golfvormen om specifieke frequenties te differentiëren of te leveren.
Een smoorspoelfilter is een inductor of ferrietkraal met elektromagnetische terughoudendheid (Afbeelding 1). Ze kunnen ook een nuttig onderdeel zijn bij het identificeren van RF-trappen. Hoogfrequente signalen kunnen er niet doorheen en zien eruit als weerstand bij deze frequenties. Onderdelen zoals de Bourns FB20011-3B-RC worden beoordeeld op weerstand bij een bepaalde frequentie, in dit geval 415 ohm bij 100 MHz. In dit geval kunnen discrete componenten worden gebruikt bij het koppelen van de krachtige zender aan de antenne. Stroombelastbaarheid is ook een belangrijke beoordeling bij gebruik in de transmissiefase.
Daarom worden smoorspoelen en common-mode smoorspoelen voornamelijk gebruikt in voedingen, maar ze kunnen ook worden gebruikt als filterelementen in hoogvermogen RF-transceivers. Een antenne met dubbele frequentie kan bijvoorbeeld worden gedeeld met behulp van een ontvangercircuit dat (gedeeltelijk) wordt beschermd door een smoorspoel die de zendfrequentie niet doorlaat naar het gevoelige ontvangstcircuit. Een common-mode smoorspoel voorkomt ook dat inductieve signalen met hoog vermogen terugvloeien naar het circuit omdat het het common-mode signaal afwijst.
Afbeelding 1: Een eenvoudige smoorspoel kan de hoogfrequente componenten van een signaal verwijderen en het DC- of signaalgedeelte van een gemoduleerd signaal herstellen.
Ze kunnen ook lokale ontvangercircuits in de buurt van krachtige zenders beschermen.
Capacitieve filters blokkeren AC en herstellen het DC-niveau na gelijkrichting en worden gebruikt voor voedingen, maar kunnen ook worden gecombineerd met weerstanden, smoorspoelen en inductoren om meerpolige filters op een puur passieve manier te implementeren. Deze R/C- en L/C-filters bieden enkelpolige filterkarakteristieken die in een daisychain kunnen worden geschakeld om passieve meerpolige versies met steilere onderdrukkingscurven te creëren. Merk op dat deze passieve trappen ook het signaal verzwakken, dus versterking is nodig om het weer bruikbaar te maken.
Over het algemeen worden de flexibiliteit en prestaties van passieve R/L/C-filters op speciale manieren gecombineerd met Pi- en T-filters om de prestaties van RF-ontwerpen te optimaliseren. Bovendien zijn ze geïntegreerd in kleine apparaten uit één pakket die gemakkelijk passen in de krappe ruimtes van moderne printplaten.
Pi-filter en T-filter
Een Pi-filter is in feite een inductor omgeven door twee condensatoren, gerangschikt als de Griekse letter Pi. Ingangscondensatoren zijn gekozen om een lage reactantie te bieden en de meeste storende frequenties of banden te blokkeren. Een T-filter gebruikt daarentegen twee parallelle inductoren en een koppelcondensator. Deze eentrapsfilters kunnen worden gebruikt als laagdoorlaat, hoogdoorlaat, banddoorlaat en bandstop.
Het Pi-filter vertoont een zeer lage impedantie bij hoge frequenties aan beide uiteinden als gevolg van capacitieve shunting. Omgekeerd hebben T-filters een zeer hoge impedantie bij hoge frequenties als gevolg van inductieve koppeling (figuur 2).
Afbeelding 2: Een laagdoorlaat Pi-filter (links) kan in het RF-transmissiepad worden afgetakt, waardoor alleen lagere frequenties worden doorgelaten. Omgekeerd blokkeert een hoogdoorlaat T-filter (rechts) lagere frequenties en laat hogere frequenties door. Deze onderdelen kunnen worden gebruikt om de prestaties van elke frequentieband te optimaliseren en full-duplexwerking mogelijk te maken.
RF-zendontvangers kunnen T-filters gebruiken om gedeelde of concurrerende frequentiebanden te blokkeren, terwijl Pi-filters worden gebruikt om de gewenste frequenties schoon te maken en door te laten. In beide gevallen kan de juiste keuze van componentwaarden overeenkomen met de impedanties aan beide zijden om de vermogensoverdracht tussen de actieve trap, schakelaar en antenne te maximaliseren.
Vele opties
Verschillende kwaliteitsfabrikanten bieden goed ontworpen Pi- en T-filters aan. De sleutel hier is een goede parametrische zoekmachine bij het vinden van het juiste onderdeel. Met zoveel variabelen is het leuk om de concurrentie te beperken.
Hoewel veel toepassingsspecifieke Pi-filters zijn ontworpen voor audio, datalijnen en stroomconditionering, zijn er ook onderdelen voor algemeen gebruik en RF-gerichte onderdelen die kunnen worden gebruikt in draadloze ontwerpen. Bovendien stelt de integratie van ESD-bescherming deze monolithische filters in staat om meerdere taken in dezelfde fysieke ruimte uit te voeren.
Neem bijvoorbeeld een Murata 8 low-pass L/C Pi-filter met een centrale afsnijfrequentie van 100 MHz. Het enkele 3e orde polariteit ongevoelige 0805 pakketfilter bevat een 135 nHenry inductor en 44 pF condensator en kan 200 mA doorlaten.
Een reeks onderdelen, zoals de Murata EMIFIL NFL21SP-serie, biedt flexibiliteit bij het kiezen van de juiste stroomsterkte, inductantie, capaciteit en middenfrequentie om uw zendontvanger af te stemmen op de antenne (tabel 1).
Tabel 1: Sommige leveranciers bundelen gegevens om te helpen bepalen wat het beste bij een ontwerp past.
Hier stellen de L/C-waarde en cutoff de ontwerper in staat om het onderdeel te kiezen dat het beste bij het circuit past.
Op een vergelijkbare manier kunnen ontwerpers die een enkel apparaat van de derde orde voor een 3 mA L/CT-filter moeten implementeren, de TDK MEM100S2012R25T0 gebruiken. Dit 001-terminal 3 pakket low-pass T-filter heeft een 0805 MHz center/cutoff frequentie en 25 dB verzwakking van 30 MHz tot 70 GHz. Bovendien, als lid van de MEM-familie van 2-terminalfilters van het bedrijf, maken afsnijfrequenties van 3 tot 25 MHz vermogensniveaus van 200 en 100 mA bij maximaal 250 V mogelijk (tabel 10). Andere serieleden zijn stroom tot 2 A.
Tabel 2: In een specifieke serie zal de keuze van frequentieparameters oplossingen bieden met verschillende L/C-waarden,
hopelijk aansluiten bij de ontwerpfase. Een aparte tabel geeft de werkelijke componentwaarden die intern worden gebruikt.
Uiteindelijk is de beste manier om de prestaties van een ontwerp te bepalen, het te testen in een configuratie. Er zijn enkele goede hulpmiddelen waar u naar moet kijken, en fabrikanten van radiozendontvangers kunnen u vaak wijzen op de specifieke componenten die zij aanbevelen in hun referentieontwerpen. Parametrische zoekmachines zijn een ander waardevol apparaat dat u helpt de juiste filters te vinden.
Bekijk meer : IGBT-modules | LCD-schermen | Elektronische Componenten