Схемы фильтров используются для удаления нежелательных или нежелательных компоненты от сигнала. При подключении нескольких сигналов или частотных диапазонов к антенне или от нее сети фильтрации и согласования импеданса, такие как фильтры Pi и фильтры T, являются мостами в конечном соединении от приемопередатчика RF к антенне. Эти схемы не только одновременно отличают одни полосы частот от других, они также согласовывают импедансы и могут позволить дуплексным и кольцевым схемам обеспечивать полнодуплексную двустороннюю связь. При проектировании ВЧ-секции полезно знать, что эти детали есть в нашем арсенале.
Автор: Джон Габай
Схемы фильтров используются для удаления нежелательных или нежелательных компонентов из сигнала. При подключении нескольких сигналов или частотных диапазонов к/от антенны сети фильтрации и согласования импеданса, такие как фильтры Pi и T-фильтры, являются мостами в конечном соединении от приемопередатчика RF к антенне. Эти схемы не только одновременно отличают одни полосы частот от других, они также согласовывают импедансы и могут позволить дуплексным и кольцевым схемам обеспечивать полнодуплексную двустороннюю связь. При проектировании ВЧ-секции полезно знать, что эти детали есть в нашем арсенале.
В этой статье будет обсуждаться, как эти фильтры отклоняют или пропускают полосы частот, которые соответствуют определенным стандартам, и позволяют осуществлять многостандартные передачи по одному и тому же пути.
Ограничения кремния
Физические ограничения не позволяют эффективно работать в полном диапазоне на одном кристалле кремния. Фильтры, аттенюаторы, линии передачи, изолирующие барьеры, ограничители перенапряжения и т. д. не могут быть столь же эффективными в кремнии, как если бы они были изготовлены из других материалов подложки в большем масштабе (по крайней мере, пока).
Например, мы можем сделать диэлектрические изоляторы на кристалле между чувствительными уровнями на одном кристалле. Однако по мере того, как величина напряжение всплески увеличиваются, свойства кремниевых изоляторов не выдерживают более высоких напряжений. Кроме того, если мы не изолируем в трех измерениях, в какой-то момент произойдет искрение. Это также относится к подавлению перенапряжения. Энергии не так много, чтобы рассеять, поглотить или отвести ее может лишь небольшая площадь.
Для чипа Конденсаторы, диэлектрические материалы имеют ограниченные возможности с точки зрения кремния. Независимо от того, связано ли накопление заряда или время, конденсаторы зависят от расстояния, площади и физических свойств диэлектрика. Без высокой диэлектрической проницаемости и площади, правильно подобранный конденсатор может оказаться невозможным на кристалле, даже с учетом эффекта Миллера.
В результате многие из лучших решений для современных радиочастотных каскадов полагаются на внешние компоненты, чтобы согласовать характеристики кремниевых входных/выходных каскадов с эффективными антеннами и обеспечить защиту от электромагнитных и радиопомех от нежелательных источников. Даже следы печатных плат действуют как компоненты (линии передачи). Несмотря на то, что симуляторы великолепны, единственной реальной мерой успеха является возможность протестировать и охарактеризовать готовый проект, который вот-вот пойдет в производство.
Опции и особенности
Одноступенчатый фильтр может быть реализован одним из четырех способов. К ним относятся дроссельные катушки, фильтры R/C, фильтры L/C и фильтры Pi/T. Они могут быть объединены в сигналы для дифференциации или передачи определенных частот.
Дроссельный фильтр представляет собой Индуктор или ферритовый шарик с электромагнитным сопротивлением (рис. 1). Они также могут быть полезными при определении стадий РЧ. Высокочастотные сигналы не могут пройти и выглядят как сопротивление на этих частотах. Детали, такие как Bourns FB20011-3B-RC, оцениваются по сопротивлению на заданной частоте, в данном случае 415 Ом на 100 МГц. В этом случае при соединении мощного передатчика с антенной могут использоваться дискретные компоненты. Допустимая нагрузка по току также является важным параметром при использовании на этапе передачи.
Поэтому дроссели и синфазные дроссели в основном используются в источниках питания, но также могут использоваться в качестве фильтрующих элементов в высокомощных радиочастотных трансиверах. Например, двухчастотную антенну можно использовать совместно с приемником. схема который (частично) защищен дросселем, который не позволяет частоте передачи возвращаться к чувствительной приемной цепи. Синфазный дроссель также предотвращает обратное протекание мощных индуктивных сигналов в цепь, поскольку он подавляет синфазный сигнал.
Рисунок 1: Простой дроссель может удалить высокочастотные компоненты сигнала и восстановить постоянную или сигнальную часть модулированного сигнала.
Они также могут защищать цепи локальных приемников вблизи мощных передатчиков.
Емкостные фильтры блокируют переменный ток и восстанавливают уровень постоянного тока после выпрямления и используются для источников питания, но их также можно комбинировать с резисторами, дросселями и катушками индуктивности для реализации многополюсных фильтров чисто пассивным способом. Эти фильтры R/C и L/C обеспечивают характеристики однополюсного фильтра, которые можно последовательно соединять для создания пассивных многополюсных версий с более крутыми кривыми подавления. Обратите внимание, что эти пассивные каскады также ослабляют сигнал, поэтому для его восстановления до полезного диапазона требуется усиление.
В целом, гибкость и производительность пассивных фильтров R/L/C сочетаются с фильтрами Pi и T особым образом для оптимизации характеристик ВЧ-схем. Более того, они интегрированы в небольшие однокорпусные устройства, которые легко помещаются в ограниченном пространстве современных печатных плат.
Пи-фильтр и Т-фильтр
Пи-фильтр — это, по сути, Индуктор окружен двумя конденсаторами, расположенными как греческая буква Пи. Входные конденсаторы выбраны так, чтобы обеспечить низкое реактивное сопротивление и блокировать большинство мешающих частот или полос. Напротив, Т-фильтр использует две параллельные катушки индуктивности и разделительный конденсатор. Эти одноступенчатые фильтры могут использоваться как фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые и режекторные.
Фильтр Pi имеет очень низкий импеданс на высоких частотах на обоих концах из-за емкостного шунтирования. И наоборот, Т-образные фильтры имеют очень высокий импеданс на высоких частотах из-за индуктивной связи (рис. 2).
Рис. 2. Фильтр нижних частот Pi (слева) можно подключить к тракту радиочастотной передачи, пропуская только более низкие частоты. И наоборот, Т-фильтр верхних частот (справа) блокирует низкие частоты и пропускает более высокие частоты. Эти части можно использовать для оптимизации характеристик каждой полосы частот и обеспечения полнодуплексной работы.
Радиочастотные приемопередатчики могут использовать T-фильтры для блокировки общих или конкурирующих частотных диапазонов, а Pi-фильтры — для очистки и передачи нужных частот. В любом случае правильный выбор значений компонентов может привести к согласованию импедансов с обеих сторон, чтобы максимизировать передачу мощности между активным каскадом, переключателем и антенной.
Много вариантов
Несколько качественных производителей предлагают хорошо спроектированные фильтры Pi и T. Ключевым моментом здесь является хорошая параметрическая поисковая система при попытке найти нужную деталь. С таким количеством переменных приятно сузить конкуренцию.
Хотя многие фильтры Pi для конкретных приложений предназначены для аудио, линий передачи данных и кондиционирования питания, существуют также детали общего назначения, а также детали, предназначенные для радиочастот, которые можно использовать в беспроводных конструкциях. Более того, интеграция защиты от электростатических разрядов позволяет этим монолитным фильтрам выполнять несколько задач в одном и том же физическом пространстве.
Например, рассмотрим фильтр нижних частот L/C Pi фильтра Murata 8 с центральной частотой среза 100 МГц. Один фильтр 3, нечувствительный к полярности 0805-го порядка, включает катушку индуктивности 135 нГенри и конденсатор 44 пФ и может пропускать 200 мА.
Ряд деталей, таких как серия Murata EMIFIL NFL21SP, обеспечивают гибкость при выборе правильного номинального тока, индуктивности, емкости и центральной частоты для согласования трансивера с антенной (таблица 1).
Таблица 1: Некоторые поставщики объединяют данные, чтобы помочь определить наилучшее соответствие конструкции.
Здесь значение L/C и отсечка позволяют разработчику выбрать часть, которая лучше всего соответствует схеме.
Аналогичным образом разработчики, которым необходимо реализовать одно устройство 3-го порядка для фильтра L/CT на 100 мА, могут использовать TDK MEM2012S25R0T001. Этот Т-фильтр нижних частот в корпусе 3 с 0805 выводами имеет центральную частоту/частоту среза 25 МГц и затухание 30 дБ в диапазоне от 70 МГц до 2 ГГц. Кроме того, как член семейства фильтров MEM с 3 клеммами, частота среза от 25 до 200 МГц обеспечивает уровни мощности 100 и 250 мА при максимальном напряжении 10 В (таблица 2). Остальные члены серии рассчитаны на ток до 1 А.
Таблица 2: В конкретной серии выбор частотных параметров обеспечит решения с различными значениями L/C,
чтобы соответствовать этапу проектирования. В отдельной таблице приведены фактические значения компонентов, используемых внутри компании.
В конечном счете, лучший способ определить производительность проекта — протестировать его в конфигурации. Есть несколько хороших инструментов, на которые стоит обратить внимание, и производители радиотрансиверов часто могут указать вам на конкретные компоненты, которые они рекомендуют в своих эталонных проектах. Параметрические поисковые системы — еще одно ценное средство, помогающее находить нужные фильтры.
Автор: Джон Габай
Схемы фильтров используются для удаления нежелательных или нежелательных компонентов из сигнала. При подключении нескольких сигналов или частотных диапазонов к/от антенны сети фильтрации и согласования импеданса, такие как фильтры Pi и T-фильтры, являются мостами в конечном соединении от приемопередатчика RF к антенне. Эти схемы не только одновременно отличают одни полосы частот от других, они также согласовывают импедансы и могут позволить дуплексным и кольцевым схемам обеспечивать полнодуплексную двустороннюю связь. При проектировании ВЧ-секции полезно знать, что эти детали есть в нашем арсенале.
В этой статье будет обсуждаться, как эти фильтры отклоняют или пропускают полосы частот, которые соответствуют определенным стандартам, и позволяют осуществлять многостандартные передачи по одному и тому же пути.
Ограничения кремния
Физические ограничения не позволяют эффективно работать в полном диапазоне на одном кристалле кремния. Фильтры, аттенюаторы, линии передачи, изолирующие барьеры, ограничители перенапряжения и т. д. не могут быть столь же эффективными в кремнии, как если бы они были изготовлены из других материалов подложки в большем масштабе (по крайней мере, пока).
Например, мы можем сделать диэлектрические изоляторы на кристалле между чувствительными уровнями на одном кристалле. Однако по мере увеличения величины всплесков напряжения свойства кремниевых изоляторов не могут выдерживать более высокие напряжения. Кроме того, если мы не изолируем в трех измерениях, в какой-то момент произойдет искрение. Это также относится к подавлению перенапряжения. Энергии не так много, чтобы рассеять, поглотить или отвести ее может лишь небольшая площадь.
Для встроенных конденсаторов диэлектрические материалы имеют ограниченные возможности по сравнению с кремнием. Независимо от того, связаны ли накопление заряда или время, конденсаторы зависят от расстояния между ними, площади и физических свойств диэлектрика. Без высокой диэлектрической проницаемости и площади конденсатор подходящего размера может быть невозможен на кристалле, даже с учетом эффекта Миллера.
В результате многие из лучших решений для современных радиочастотных каскадов полагаются на внешние компоненты, чтобы согласовать характеристики кремниевых входных/выходных каскадов с эффективными антеннами и обеспечить защиту от электромагнитных и радиопомех от нежелательных источников. Даже следы печатных плат действуют как компоненты (линии передачи). Несмотря на то, что симуляторы великолепны, единственной реальной мерой успеха является возможность протестировать и охарактеризовать готовый проект, который вот-вот пойдет в производство.
Опции и особенности
Одноступенчатый фильтр может быть реализован одним из четырех способов. К ним относятся дроссельные катушки, фильтры R/C, фильтры L/C и фильтры Pi/T. Они могут быть объединены в сигналы для дифференциации или передачи определенных частот.
Дроссельный фильтр представляет собой катушку индуктивности или ферритовую бусину с электромагнитным сопротивлением (рис. 1). Они также могут быть полезными при определении стадий РЧ. Высокочастотные сигналы не могут пройти и выглядят как сопротивление на этих частотах. Детали, такие как Bourns FB20011-3B-RC, оцениваются по сопротивлению на заданной частоте, в данном случае 415 Ом на 100 МГц. В этом случае при соединении мощного передатчика с антенной могут использоваться дискретные компоненты. Допустимая нагрузка по току также является важным параметром при использовании на этапе передачи.
Поэтому дроссели и синфазные дроссели в основном используются в источниках питания, но также могут использоваться в качестве фильтрующих элементов в высокомощных радиочастотных трансиверах. Например, двухчастотная антенна может использоваться совместно с использованием схемы приемника, которая (частично) защищена дросселем, не позволяющим частоте передачи проходить обратно в чувствительную схему приема. Синфазный дроссель также предотвращает обратное протекание мощных индуктивных сигналов в цепь, поскольку он подавляет синфазный сигнал.
Рисунок 1: Простой дроссель может удалить высокочастотные компоненты сигнала и восстановить постоянную или сигнальную часть модулированного сигнала.
Они также могут защищать цепи локальных приемников вблизи мощных передатчиков.
Емкостные фильтры блокируют переменный ток и восстанавливают уровень постоянного тока после выпрямления и используются для источников питания, но их также можно комбинировать с резисторами, дросселями и катушками индуктивности для реализации многополюсных фильтров чисто пассивным способом. Эти фильтры R/C и L/C обеспечивают характеристики однополюсного фильтра, которые можно последовательно соединять для создания пассивных многополюсных версий с более крутыми кривыми подавления. Обратите внимание, что эти пассивные каскады также ослабляют сигнал, поэтому для его восстановления до полезного диапазона требуется усиление.
В целом, гибкость и производительность пассивных фильтров R/L/C сочетаются с фильтрами Pi и T особым образом для оптимизации характеристик ВЧ-схем. Более того, они интегрированы в небольшие однокорпусные устройства, которые легко помещаются в ограниченном пространстве современных печатных плат.
Пи-фильтр и Т-фильтр
Фильтр Pi представляет собой катушку индуктивности, окруженную двумя конденсаторами, расположенными как греческая буква Pi. Входные конденсаторы выбраны так, чтобы обеспечить низкое реактивное сопротивление и блокировать большинство мешающих частот или полос. Напротив, Т-фильтр использует две параллельные катушки индуктивности и разделительный конденсатор. Эти одноступенчатые фильтры могут использоваться как фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые и режекторные.
Фильтр Pi имеет очень низкий импеданс на высоких частотах на обоих концах из-за емкостного шунтирования. И наоборот, Т-образные фильтры имеют очень высокий импеданс на высоких частотах из-за индуктивной связи (рис. 2).
Рис. 2. Фильтр нижних частот Pi (слева) можно подключить к тракту радиочастотной передачи, пропуская только более низкие частоты. И наоборот, Т-фильтр верхних частот (справа) блокирует низкие частоты и пропускает более высокие частоты. Эти части можно использовать для оптимизации характеристик каждой полосы частот и обеспечения полнодуплексной работы.
Радиочастотные приемопередатчики могут использовать T-фильтры для блокировки общих или конкурирующих частотных диапазонов, а Pi-фильтры — для очистки и передачи нужных частот. В любом случае правильный выбор значений компонентов может привести к согласованию импедансов с обеих сторон, чтобы максимизировать передачу мощности между активным каскадом, переключателем и антенной.
Много вариантов
Несколько качественных производителей предлагают хорошо спроектированные фильтры Pi и T. Ключевым моментом здесь является хорошая параметрическая поисковая система при попытке найти нужную деталь. С таким количеством переменных приятно сузить конкуренцию.
Хотя многие фильтры Pi для конкретных приложений предназначены для аудио, линий передачи данных и кондиционирования питания, существуют также детали общего назначения, а также детали, предназначенные для радиочастот, которые можно использовать в беспроводных конструкциях. Более того, интеграция защиты от электростатических разрядов позволяет этим монолитным фильтрам выполнять несколько задач в одном и том же физическом пространстве.
Например, рассмотрим фильтр нижних частот L/C Pi фильтра Murata 8 с центральной частотой среза 100 МГц. Один фильтр 3, нечувствительный к полярности 0805-го порядка, включает катушку индуктивности 135 нГенри и конденсатор 44 пФ и может пропускать 200 мА.
Ряд деталей, таких как серия Murata EMIFIL NFL21SP, обеспечивают гибкость при выборе правильного номинального тока, индуктивности, емкости и центральной частоты для согласования трансивера с антенной (таблица 1).
Таблица 1: Некоторые поставщики объединяют данные, чтобы помочь определить наилучшее соответствие конструкции.
Здесь значение L/C и отсечка позволяют разработчику выбрать часть, которая лучше всего соответствует схеме.
Аналогичным образом разработчики, которым необходимо реализовать одно устройство 3-го порядка для фильтра L/CT на 100 мА, могут использовать TDK MEM2012S25R0T001. Этот Т-фильтр нижних частот в корпусе 3 с 0805 выводами имеет центральную частоту/частоту среза 25 МГц и затухание 30 дБ в диапазоне от 70 МГц до 2 ГГц. Кроме того, как член семейства фильтров MEM с 3 клеммами, частота среза от 25 до 200 МГц обеспечивает уровни мощности 100 и 250 мА при максимальном напряжении 10 В (таблица 2). Остальные члены серии рассчитаны на ток до 1 А.
Таблица 2: В конкретной серии выбор частотных параметров обеспечит решения с различными значениями L/C,
чтобы соответствовать этапу проектирования. В отдельной таблице приведены фактические значения компонентов, используемых внутри компании.
В конечном счете, лучший способ определить производительность проекта — протестировать его в конфигурации. Есть несколько хороших инструментов, на которые стоит обратить внимание, и производители радиотрансиверов часто могут указать вам на конкретные компоненты, которые они рекомендуют в своих эталонных проектах. Параметрические поисковые системы — еще одно ценное средство, помогающее находить нужные фильтры.
Посмотреть больше: Модули IGBT | ЖК-дисплеи | Электронные компоненты