滤波器是电子产品中使用较多的一款频率元器件,按照滤波器可分为多种分类,如陶瓷滤波器,石英晶体滤波器,声表面滤波器,带通滤波器等分类,均是使用较多的元器件,所应用领域也较为广泛,如家用电器,办公自动化等领域中.那么该章节主要讲述单片晶体滤波器(MCF)和离散晶体滤波器设计技术.
基于石英晶体的滤波器设计技术有两种:单片晶体滤波器(MCF)和离散晶体滤波器.MCF是通过在压电基板(例如石英坯料)上安装电极并使用在电极之间发生的机械组合来实现滤波器特性的滤波器.与分立晶体滤波器相比,MCF通常更小,更可靠并且更具成本效益,因为它们使用更少的元件并且具有更少的互连.大多数MCF是对称带通滤波器.此外,在VHF范围内,MCF方法允许泛音上的带宽,如果使用分立晶体滤波器设计,则只能用更昂贵的基模谐振器实现.另一方面,分立晶体谐振滤波器具有比MCF更好的功率处理能力.对于非常窄或非常宽的带宽,它们可能是更好的设计选择,因为它们在网络拓扑中具有更大的灵活性.这允许设计具有急剧不对称的单边带性能的网络,这对于单片设计是难以实现的.MCF最初是由Toyocom于1962年在日本开发的,从那时起,开发了多种高可靠性滤波器,适用于小型封装的宽频率范围.如今,MCF是无线电通信设备中使用最广泛的频率控制组件之一.
2.晶体滤波器带宽类别
由于石英的材料特性所带来的带宽限制(在谐振器等效电路中由静态与动态电容C0/C1的比率表示),晶体滤波器(单片和离散)通常根据分数带宽分类如下:
窄带晶体滤波器
窄带滤波器是这样一种滤波器,其中可以设计网络,使得可以在不使用电感器的情况下容纳晶体静态电容.石英晶体谐振器等效电路的电容比C0/C1确定无电感窄带晶体滤波器的最大带宽.对于使用基模AT切割石英晶振的滤波器,在理想条件下,该最大带宽约为中心频率的0.32％.如果所需带宽超过此限制,则必须更改网络设计以包含电感器.
中频带晶体滤波器
中频带滤波器使用电感器来消除由谐振器C0提供的过量电容加上不可避免的杂散电容.大多数中频带设计使用分立谐振器,但它们可能包含单片双谐振器.对于基模谐振器,带宽在0.3％和1.0％之间.杂散响应有时会出现在滤波器通带中以及过渡区域中,并且在滤波器阻带中通常会相当强.可以通过适当的设计策略来控制这些虚假响应,以实现所需的性能.
宽带晶体滤波器
宽带晶体滤波器通过使用电感器为滤波器响应提供极点,同时适应谐振器静态电容,提供晶振和LC滤波器之间的最终连接.因此,滤波器响应对电感和Q值非常敏感,如果要保持性能,则需要对电感进行精确的温度补偿.带宽介于中心频率的1％到10％之间.通常使用分立谐振器.当使用AT切割晶体时,滤波器通带和过渡区域中通常会出现寄生响应.
3.衰减规格
衰减是信号通过双端口网络(如滤波器)时产生的功率损耗(以dB为单位).绝对衰减可定义为相对于负载与源的直接连接或可用源功率的衰减.对于共轭或电阻以及相等的源和负载阻抗,这两个定义是等效的.相对衰减是相对于参考测量的衰减,通常是最小损耗点(最大透射率).保证衰减是指定频率下的最大保证衰减.

陶瓷滤波器

4.响应特征
滤波器设计的类型取决于所需的响应特性.滤波器设计的复杂性和滤波器中使用的晶体数量取决于所需的形状因子和衰减.常见的设计类型将在下面讨论.
贝塞尔或线性相位:滤波器的传递函数是从贝塞尔多项式导出的.它产生的滤波器在中心频率附近具有平坦的延迟.使用的极越多,平坦区域越宽.滚降率很差.这种类型的滤波器接近高斯滤波器.它具有较差的VSWR并且在较宽带宽下失去其最大平坦延迟特性.
Butterworth:滤波器的传递函数提供最大的平坦幅度.选择性优于高斯滤波器或贝塞尔滤波器,但是以延迟和相位线性度为代价.对于大多数带通设计,中心频率的VSWR非常好.巴特沃斯滤波器通常对元素值的变化最不敏感.
Chebyshev:滤波器的传递函数仅来自通带中的Chebychev等纹波函数.这些滤波器提供椭圆函数滤波器和巴特沃斯滤波器之间的性能.对于大多数应用,这是优选的滤波器类型,因为它们提供了改进的选择性,并且通过该近似获得的网络是最容易实现的.
椭圆函数:通带纹波类似于切比雪夫,但由于增加了有限的衰减峰值,阻带选择性大大提高.与Butterworth或Chebyshev相比,网络复杂性有所增加,但它仍然在几乎整个运营区域实现了实际的实现.
高斯:滤波器的传递函数是从高斯函数导出的.高斯滤波器的阶跃和脉冲响应具有零过冲.上升时间和延迟是传统传递函数中最低的.这些特性是以昂贵的选择性差,元素灵敏度高和元素值的非常广泛的方式获得的.高斯滤波器与贝塞尔非常相似,不同之处在于延迟在中心频率处具有轻微的"驼峰"并且滚降速率较慢.由于延迟响应,振铃特性优于贝塞尔.实现限制也适用于这些过滤器.
同步调整:这些滤波器具有与贝塞尔和高斯相同的优点和缺点,除了振铃响应是所有设计类型中最好的并且滚降比高斯更慢.与其他两种类型一样,某些实现限制适用.
切比雪夫阶段错误:在该近似中,切比雪夫近似技术应用于通带区域上的相位(延迟).它产生类似于高斯或贝塞尔设计的钟形幅度响应和等波纹相位和延迟响应.选择性优于贝塞尔或高斯.
高斯到6(或12)dB:该近似具有遵循高斯形状的通带响应,并且在6或12dB点处,响应改变并遵循巴特沃斯特性.相对于严格的Butterworth,相位或延迟响应有所改善,并且衰减优于纯高斯,因此它是真正的折衷类型的近似.与试图控制相位响应的所有滤波器一样,实现变得更加困难,因此其操作区域受到轻微限制.
5.晶体温度滤波器的稳定性
有一些晶体滤波器建在1MHz以下,但今天,大多数都在上面并使用AT切割晶体.虽然线圈或其他因素会影响稳定性,但压电石英晶体是主要的控制元件,而在某些过滤器中,如MCF是唯一的.因此,稳定性可与AT切割晶体的稳定性相关联.频率变化与温度的关系遵循立方特性,如下所示.通过从晶棒切割单个晶体坯料的角度的微小变化来控制曲线族的变化.通过仅改变两分钟的弧度,每条曲线与相邻曲线偏移.设计人员将选择合适的曲线(角度),以在指定的温度范围内给出最小偏差.
6.晶体滤波器的频率和带宽

声表面滤波器

晶体滤波器的中心频率范围从几千赫兹到几百兆赫兹,但最佳工作区域落在晶体的尺寸和工作参数接近其最佳值的地方.
"低"频率滤波器的最佳工作范围是从大约100kHz到800kHz,带宽位于下图中.
"中"频率晶体的最佳工作范围介于约2MHz和50MHz之间.注意,这留下了未覆盖的800kHz和2MHz之间的频带.这并不意味着晶体滤波器不能在此范围内构建;它只意味着它更难,因此更昂贵.
中心频率高于30MHz的石英晶体滤波器可以使用泛音模式晶体或高频基波来构建.泛音具有更高的Q值并且适用于更窄的带宽,而基波具有更低的阻抗并且用于更宽的带宽.然而,所有晶体都具有寄生响应,并且杂散通常发生在通带的高侧.这种杂散特性限制了可以实现滤波器的最大带宽.
7.中心频率和标称频率
中心频率是规范中的给定频率,其他频率可以参考,而标称频率是中心频率的标称值,并且用作指定相对衰减水平的参考频率.在带通和带阻滤波器中,Fon表示标称中心频率;Fo表示单个滤波器的实际或测量中心频率,通常定义为:
Fo=(fl×fu)½
其中fl和fu是测量的较低和较高的通带限制,通常是3dB的衰减频率.有时,相对于实际或测量的滤波器中心频率指定频率更方便.当然,Fo的值将随着温度和时间的变化而在单元之间和相同单元内变化.因此,必须存在与Fo相关的公差,允许温度,老化和制造公差.

正在载入评论数据...

上一篇：LVPECL/LVDS差分晶振专用于电信应用

下一篇：美国测试晶振耐焊热标准方法

此文关键字：晶体滤波器单片晶体滤波器石英晶体滤波器设计技术

欢迎光临：康比电子有限公司

资讯中心

企业博客

石英晶体滤波器带宽类别

相关资讯

姓名：
邮箱：
正文：