הבנת רגישות ב Band Pass Filters

מסנני פסילה הם בכל מקום במערכות אלקטרוניות, מתדירות רדיו (RF) מסתיימת אודיו שווה לאות ומיזוג אותות חיישן המשימה הבסיסית שלהם - העברת טווח מסוים של תדרים תוך דחיית אחרים - עומדים על האינטראקציה המדויקת של רכיבים תגובתיים.עם זאת, המאפיינים החשמליים של רכיבים אלה אינם קבועים; הם משתנים עם טמפרטורה זו מספקת בדיקה עמוקה ומעשית של איך שינויים בביצועים טמפרטורה עובר את הביצועים, פילטרים, מנגנונים תפעוליים, ומנגנוני פעולה חזקים.

מעצבים לעתים קרובות מניחים התנהגות רכיב אידיאלי, אבל מסנן בעולם האמיתי חייב לפעול על פני טווח טמפרטורה שיכול לעבור מ -40 מעלות צלזיוס בציוד טלקום בחוץ +125 ° C במודולים של רכב מתחת לתחתית. Ignoring אפקטים תרמיים מוביל לסחף תדירות, רוחב פס, אובדן הגדלת התוספת, ובחירתיות דה-דרדודה. הבנה מעמיקה של תלות טמפרטורה היא חיונית עבור עיצובים אמינים, יקר.

כיצד הטמפרטורה משפיעה על מסנן מפתח

Capacitors: The Most טמפרטורה-Sensitive Element

קפצואים מציגים תלות טמפרטורה חזקה מכיוון שהיבול שלהם נשלט על ידי ההיתר של החומר הדיאלקטרי והמדמים המכניים של אלקטרודות ודיאלקטריות.כפי שטמפרטורות עולות, הקבוע הדיאלקטרי (ראה FLT:0ribph:1) בדרך כלל שינויים, והתרחבות תרמית משנה את אזור הצלחת ההפרדה.

(FLT:0) Class קרמיקה capacitorsFLT:1 (למשל, C0G / NP0) מציעים כמעט ליניארי, מאוד טמפרטורה נמוכה coefficient, לעתים קרובות ±30 ppm / ° C. הם הבחירה המועדפת עבור להקה דיוק לעבור מסננים שבו יציבות מרכז הוא קריטי.

(FLT:0) Class 2 קרמיקה capacitorsFLT:1 (למשל, X7R, X5R, Y5V) לספק הרבה יותר גבוה קיבולים נפח אבל סובלים לא ליניארי ולעתים קרובות יותר טמפרטורות coefficients. An X7R capacitor, מדורג עבור ±15% סך של ±15% של שינוי מ -55 °C ל +C, יכול לעבור מסנן בגודל של 2.

(FLT:0) capacitorstic capacitorsFLT:1 (aluminum, טנטלום, פולימר) גם שינוי עם טמפרטורה. אלקטרוליטיקה אלומיניום בדרך כלל עלייה ב capacitance כמו הטמפרטורה עולה עקב קבוע דיאלקטרי מוגבר של שכבת תחמוצת אלומיניום, אבל ESR שלהם (סדרה של עמידות שווה ערך) טיפות באופן משמעותי, שינוי מסנן לחות ו-Tanta פולימרומים ויש להם יותר מדידות עדיין צורך יעיל יותר מעגליות אבל עדיין צריך רקמות.

(FLT:0) סרט capacitorsFLT:1 (polyester, polypropylene, פוליקרבונט) מציעים יציבות טמפרטורה מעולה, עם אפקטיביות מ -100 עד +250 ppm / ° C, בהתאם לסרט.הם בשימוש נרחב אודיו ושורה התחתונה של פסים עובר מסננים שבו יש למזער.

פרמטר מפתח עבור עיצוב סינון הוא FLT:0 temperature coefficient של קיבול (TCC) ®FLT 1, לעתים קרובות הביעו ב pm / ° C. עבור resonator פשוט LC, התדירות המרכזית figtureFLT:20FLT 3= 1 / 2(LC) שינוי חלקי ב- βt ⁇ C / C / C תוצאות בתדירות גבוהה של 0.

תוצאות: Core and Copper Effects

אינדוקטורים רגישים לטמפרטורה דרך שני מנגנונים עיקריים: שינויים במידות הליבה המגנטית ובשינויים בהתנגדות הנחושת.

(הופנה מהדף LT:0) אינטגרטור הליבה של החידושים של ההרחבה 187) נפוצים ב-Switch לעבור מסננים מ- 10 kHz למספר MHz, להיקף של חומרי ferrite יש חסכוני טמפרטורה כי בדרך כלל חיובי מתחת לנקודת הקלפיות (FLT:2E6 ferFFLT 3) יכול להיות בעל יכולת טמפרטורה גבוהה יותר סביב +3000 מעלות צלזיוס.

(FLT:0) אינטגרטור הליבה של האוויר 1 להימנע מבעיות ליבה מגנטיות, אך השינויים בחינוך שלהם עקב התרחבות תרמית של סליל (בדרך כלל - +20 ppm / ° C עבור נחושת).זה לעתים קרובות רשלני בהשוואה לאפקטי הפרוטטקס, אבל בפילטר מדויק מאוד את הרחבת הצורה ואת החוט יש לקחת בחשבון עבור.

(הופנה מהדף ⁇ )0 (DCR) הגדלת ההרחבה 1 (DCR) עם טמפרטורה על ידי +0.393% per ° C (הטמפרטורה coefficient of Resistance for נחושת) זה משפיע ישירות על ה-FLT:2Q factorph3 של ה-DLC של ה-Inducor, כפי שעולה טמפרטורה, עלייה בהתנגדות, הורדת ה- QGPS של In Pass, המסנן רחב במיוחד ב-QB.

עבור (FLT:0) קרמיקה רבייה שבב קרמיקה אינדוקטורים של MLCC (מכנסי MLCC), גוף הפורט או קרמיקה לא מגנטית מספק יציבות מכנית טובה, אבל שינויים טמפרטורה עדיין משפיעים על התכונות וההתנגדות הדיאלקטריים.חלקים אלה בדרך כלל יש ערכים נמוכים של חינוך (nH ל-μH) והם משמשים במסננים RF שבהם יש למזער את הטמפרטורה באמצעות אפשרויות קבועות של טמפרטורות זהירות זהירות.

מתכנתים פעילים ופסיביים

בעוד מסנני LC פסיביים מסתמכים בעיקר על קיבולים ומחנכים, (FLT:0active Band מעבירה מסננים מסוג FLT:1 באמצעות מגבר תפעולי גם תלוי בהתנגדות לקביעת רווח, Q, ותדירות (למשל, ב- Sallen-Key או משוב רב להפרעות טמפרטורה (ply ±50 ל-±100m/C) להפחתה ישירה של רשתות ALT2F2F2 ± 2 ±F) ± 2 ± 2 ± ± ± סימטריותבות ישירות נגד ± C2 ± ± ± ± ± C2 ± ± ± ± 2 LT2 ± ± ± ± ± ± ± ± 2 LT2 ± ± ± פחת של ± LT2 יעיל ישירות ל-F2 ± ± ± ± ± ± ± ± סימטריה-F2 ± ± ± ± סימטריה-F2 ± 2.

ביצועים ספציפיים Degradations

תדירות התדירות של המרכז

כמו ערכי הרכיב משתנים, תדירות מרכז המסנן (או תדירות חוזרת לשלב חד-פעמי) שינויים.עבור להקה פס צר לעבור מסנן (למשל, פילטר קריסטל או SAW), אפילו שינוי 1% יכול להיות סימן של עניין נופל מחוץ לפס המעבר.במקבלי תקשורת, זה מקטין את אחוזי השגיאה bitensated טמפרטורה.

שינוי בנדיווי ו- Q Factor Degradation

גורם Q של מעגל resonant נקבע על ידי היחס של אנרגיה מאוחסנים כדי להתפזר אנרגיה.מכיוון ההתנגדות סליל עולה עם טמפרטורה (ו capacitor ESR עשוי גם להשתנות), Q יורד בטמפרטורות גבוהות יותר. Q נמוך מרחיב את רוחב הפס 3 dB: BW= fLT:0FLT:1 / כתוצאה מכך, מסנן הופך פחותסלקטיבי, המאפשר אותות בלתי אמינים, אך ורק כדי לעבור את זה נדיר.

שינויים בהפסד

אובדן הכנס בפס המעבר עולה כמו התנגדות סדרה עלייה וסובלנות רכיב לשנות את הדחף להתאים. ב מסנן אדן זוג, ⁇ טמפרטורה על פני המבנה יכול לגרום מחיקה בלתי שוויונית, העלאת אובדן ההכנסה המינימלי.עבור מקבל מסננים הדורשים מרעש נמוך, אפילו שבריר של ד"ר של אובדן נוסף יכול להיות משמעותי.

קבוצה: עיכוב דיסטורציה

עיכוב קבוצתי הוא נגזרת של שלב עם תדירות.בפילטרים עם בחירה גבוהה, עיכוב קבוצתי יכול להגיע ליד הקצוות של הלהקה.טמפרטורות מושרה וריאציות יכול לשנות את העיכוב הקבוצה, גרימת עיוות שלב בסימנים מודחים.זה קריטי במערכות תקשורת דיגיטליות המשתמשות מפתח שינוי שלב (PSK) או לגרור את המודולציה של בידוד (Q).

⁇ in Cascaded Stages

רבים מקבצי פסים מורכבים ממספר שלבים מכווננים (למשל, Butterworth, Chebyshev, elliptic) אם כל אחד מהרכיבים של שלב נסחפו אחרת בשל ⁇ טמפרטורה או TCCs שונים, צורת המסנן הכוללת יכולה להפוך לאסימטרי, פס העובר קרוע עלייה, ויציאה של דחיית נקודות.

דוגמאות ויישומים אמיתיים

פילטרים ב- Cell Base Stations

קידודי תחנת בסיס ופילטרים לעבור את הפילטרים חייבים לפעול באופן אמין בחוץ על פני -40 מעלות C ל +55 ° C. C. C. Cavity מסננים פופולריים כי חללי המתכת שלהם יש הרחבה תרמית צפויה, אבל הבורגנים הכוונונים ו resonators dielectric (למשל, קרמיקה) חייבים להיות לוח טמפרטורה גבוהה.

רשתות Audio Crossover Networks

בצלבנים חזקים יותר, capacitors ו inductors משמשים ללהקות תדר נפרדות. בעוד מסננים אודיו רגישים פחות לשינויים בתדרים קטנים (אוזן אנושית יש מסיכה רחבה יותר), תנודות טמפרטורה גדולות בתוך מכונית או הקבינט של הרש"פ יכולות לשנות את נקודת המעבר על ידי כמה מאות הרץ, מה שגורם לנומונים תואמים גבוהה להשתמש בפוליפרופילן קפיאצ'י ואוויר במתחמיצים למזער.

Instrumentation and Sensor Signal Conditioning

במגברים, מנתחי ספקטרום ומדיקים LCR משתמשים בפילטרים כדי לבודד אותות מרעש.טמפרטורות סחף במסננים אלה משפיע ישירות על דיוק המדידה. יצרנים לעתים קרובות כוללים:0temperaחיישנים ותוכנות calibrationFLT:1 כדי לתקן עבור סחף, או להשתמש מסנן כמסננים.

תקשורת אווירית ולוויינים

(ב) , Spacecraft ניצבת בפני אופניים תרמיים קיצוניים (מ- 100 מעלות צלזיוס ל- +100 °C) במסלול.פילטרים חייבים לשמור על ביצועים למרות תנודות טמפרטורה ענקיות.רכיבים ממונעים בחלל כוללים FLT:0ceramic capacitors with C0G dielectricigFiigtureFLT1 ו-FLT:2air-core או quartz-Ralators 3 עבור טמפרטורות מינימליות (ממות) אך לא משמשות לתדירות קריטית (אך).

אסטרטגיות לטמפרטורות - Drift

בחירה עם טמפרטורה נמוכה Coefficients

השיטה הישירה ביותר היא לבחור רכיבים עם התקני טמפרטורה הנמוכים ביותר האפשריים. עבור קיבולים, להשתמש ב- FLT:0 (Class 1 NP0 / C0GFLT:1 קרמיקה עבור ערכים עד -100 nF. עבור ערכים גדולים יותר, פוליפרופילן סרט (בדרך כלל 100 עד -200 ppm / C) או סרט פוליסטרון (שלילי), אך הם בעלי יציבות גבוהה מאוד;

התאמת טמפרטורה Coefficients (Self-Compensation)

אם המסנן אינו יכול להימנע ממרכיבים מסוימים, ייתכן שניתן יהיה למנוע את ה-FLT:0 (הספקים) ואת ה-Fcacitors עם TCCsibFLT:1 כך שהמוצר LxC נשאר קבוע.לדוגמה, קיבול עם TCC חיובי של +100 / C יחד עם אינטגרטור שלילי של -100m / C / C מצריך לעתים קרובות שינוי מכני.

ניהול וסביבות שליטה

קירור פיזי או חימום יכול לשמור את המסנן בטמפרטורה קבועה.לדוגמה, oscillators גבישי מבוקר (OCXOs) irFLT:1 להשתמש תנור ותרמוסט כדי לשמור על קריסטל ליד טמפרטורה אופטימלית.העיקרון ניתן ליישם מסננים קריטיים - עיצוב קפדני עם כיור חום, תרמיים באמצעות או פעיל עבור אלמנטים קירור גבוה.

פיצוי פעיל באמצעות תיקון שלילי או תיקון דיגיטלי

במסננים פעילים, חיישן טמפרטורה אנלוגי (שניסטטור, דיקול סיליקון) יכול להאכיל מתח בקרה המתאים את דיודה varactor (capacitor מתמשך) כדי לתקן את המסנן. לחלופין, (FLT:0digital PoweriometersFLT:1 או מחלף מערך capacitor יכול להיות מותאם על ידי מיקרו-בקר כי קורא טמפרטורה משותפת הוא קופסת רדיו.

עיצוב סובלנות: Overdesign ו Tuning Elements

אם לא ניתן למנוע סחף, לתכנן את המסנן עם פס רחב יותר מאשר נדרש, כך שהתדירות המרכזית יכולה לנסחף ללא איבוד האות.הקרבה הזו בסלקטיביות מקובלת בכמה יישומים.טכניקה אחרת היא FLT:0 שימוש בקטינים או טמבלי טונה או טנקטל ב-Trinble InduceursFLT:1 שניתן להתאים באופן ידני או באופן אוטומטי לאחר ההרכבה.

שימוש בפילטרים Active topologies with low Sרגישות

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התפקיד של סימבול ובדיקה

לפני ביצוע חומרה, סימולציה של FLT:0 סימולציה עם מודלים של מרכיבים תלויים טמפרטורה 1 הוא חיוני. סימולטורים מודרניים יכולים להפעיל מונטה קרלו ניתוחים על פני טמפרטורה כדי לחזות תשואה.עם זאת, מודלים עבור מרכיבים אמיתיים (במיוחד fer inductors ו Class 2 capacitors) הם לעתים קרובות פשוט. מעצבים צריך לקבל נתונים TCC בפועל מיצרנים או לאפיין חלקים בחדר תרמי.

בדיקת מסנן פיזי לאורך כל טווח הטמפרטורה באמצעות ההרחבה:0thermal Cell ו-Virter Network Analysisr (VNA)FLT:1 חושפת את הסחף האמיתי, שינויים אובדן החדירה, וריאציות רוחב פס.ליצור, מסננים דגימה מכל אצווה ומדידת בטמפרטורות קיצוניות מבטיחות עמידה בבקשות קריטיות, כל מסנן עשוי להיות נבדק באופן פרטני ופורזזזז.

טכניקות מתקדמות

ריצוף Dielectric Resonators

עבור להקה מיקרוגל לעבור מסננים (למשל, בתחנות בסיס 5G), מחזרים דיאלקטריים (DRs) עשויים מחומרים כמו בריום אבץ טסטלט (BZT) או קרמיקה דו חמצני משתנה יכול להיות משככי טמפרטורה של תדירות resonant ( ⁇ FLT:0fphFLT:1) ליד אפס pm / ° C חומרים אלה הם נוסחה בזהירות כדי לבטל את ההתרחבות המוספרית מאוד.

SAW ו BAW filter

(ב) גל אקוסטי (SAW) וגל אקוסטי (BAW) מסננים בשימוש נרחב בסמארטפונים בגודלם הקטן ובסלקטיביות גבוהה שלהם, התנהגות הטמפרטורה שלהם נקבעת על ידי תת-קרקעי (למשל, ליתיום טנט או סיליקון סיליקון) ו-LitoFLT2Fal Repua יש טמפרטורה יעילה של CM2C) ל-p2C2FRE (pi) ל-p2FRECp) ל-pifpip) ל-p2FLT2FREC2C) ו-p2FLT2FLT2FREC)

מסננים מבוססי MEMS

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) capacitors ומתגים מאפשרים כוונון אלקטרוני של הלהקה לעבור מסננים. על ידי שילוב חיישן טמפרטורה לולאה משוב, את ה- MEMS capacitance ניתן להתאים לביטול סחף.המכשירים האלה עדיין נישות בשל חששות כוח ואמינות, אבל הם מציעים פיצוי דינמי ללא כפירה ידנית.

הנחיות עיצוב מעשי

  • (ב) ,0) החל מדגימה טמפרטורה ברורה.
  • (FLT:0) לנסח את התדירות המותרת.FreaLT:1 לדוגמה, אם המערכת יכולה לסבול ±2% שינוי תדרי מרכז, אתה יכול להשתמש במרכיבים פחות יקרים עם TCC גבוה יותר.
  • (ב) ⁇ 0 (Use סימטרית הפריסה) 1:1 כדי למזער ⁇ תרמיים על פני המסנן. Place חום-יצירת רכיבים הרחק מן המסנן או להשתמש בבידוד תרמי.
  • (FLT:0) מסננים פסיביים עם קו אוויר או אבקה ברזל מחנך 1LT עבור תדרים בינוניים (HF עד UHF) כאשר יציבות היא קריטית.
  • (FLT:0) עבור מסננים פעילים, להשתמש בהתנגדות לסרט מתכת (1% או 0.1% סובלנות) עם TCCIRSIRFLT:1 ו- נמוך-drift (למשל, אפס אוטומטי או חיתוך התייצב).
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) להעריך ו- IterateFLT:1 עם ניתוח טמפרטורה הגרוע ביותר.אם התשואה מונטה קרלו היא מתחת ל-90%, לשקול הפחתת בחירת הרכיב או הוספת פיצוי.

מסקנה

וריאציות טמפרטורה משפיעות ביסודו על ביצועי מסנן באמצעות שינויים בערכי הרכיב, ההתנגדות, והנכסים החומריים.התדירות המרכזית הנחוצה, רוחב פס הרחבה, אובדן שילוב, ועיוות קבוצתי יכול לזלזל ביצועי המערכת באינספור יישומים - החל מתקשורת סלולרית ועד ציוד אודיו וכלים מדעיים.על ידי הבנת המנגנונים הפיזיים שמאחורי השפעות אלה, מהנדסים יכולים לבחור רכיבים מתאימים, להשתמש בעיצובים עצמיים, ליישם ניהול תרמי או להשתמש בשיטות תיקון פעילותיות, באמצעות תכנון יעילות, כדי לשמור על פני פילטרים, באמצעות בדיקות סטנדרטיות, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המשתנים, כלומר, כלומר, תכנון רחבות, באמצעות בדיקות סטנדרטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי לשנות את המנגנונים קריטיים, כדי להבטיח את המנגנונים קריטיים, כדי לשנות את המנגנונים קריטיים, באמצעות בדיקות מעבדה יעילה, כדי להבטיח את המנגנונים מאחורי ההשפעות של שיטות תכנון, כדי להבטיח את המנגנונים מאחורי ההשפעות של שיטות הפעלה.

(ב) לקריאה נוספת על רכיבי טמפרטורה רכיב, מתייחס למדריך העיצוב של עיצוב אלקטרוני לדג'קטור תכונות טמפרטורה Capacitor 1.FLT:2Analog מכשירים מאמר טכני על יציבות פילטר פעיל 3FLT מציע דוגמאות נוספות של מחזור תשלום עבור SAWLT פיצוי, ראה FLT:4Mura-compensated טמפרטורה SAWirdrated Software: FLT5 פילטרים של מערכת ניהול פילטרים (ה-F)