Yüksek frekanslı mühendislik uygulamaları sinyal bütünlüğünü korumak için kesin ve güvenilir filtreleme talep eder, gürültüyü en aza indirir ve sıkı sistem özelliklerini karşılar.En iyi aktif filtre bileşenleri seçmek sadece yüksek frekanslı aktif filtreler için bir konu değildir; aktif cihazlar arasındaki etkileşimin derin bir anlayış gerektirir, pasif elemanlar ve elektromanyetik çevre.Bu, dirençliler, kapasitörler ve operasyonel yükselteçler için sistematik bir çerçeve sağlar.

Yüksek Lisans Çalışmaları için Aktif Filtre Topolojileri

Programlamaya dalmadan önce, filtre topolojiyi uygulama için eşleştirmek önemlidir. Yüksek frekanslarda (tipik olarak birkaç megahertz üzerinde), ortak aktif filtre topolojileri Sallen-Key, çoklu geri bildirim (MFB), ve eyalet değişkenleri (biquad) konfigürasyonları içerir.

Sallen-Key (Voltage-Controlled Gerilim Kaynağı)

Sallen-Key topoloji düşük frekanslı ve yüksek frekanslı filtreler için popülerdir, çünkü daha az bileşen kullanır ve düşük çıktı dürtüleri veya faz geçişinden kaçınmak için frekans cevabıdır.Sürekli yüksek frekanslı çalışma için yüksek frekanslı tolerans ve düşük sıcaklık katlama için seçilir.

Birden fazla geri bildirim (MFB) Topoloji

MFB (veya sonsuz kazanç) filtreler, keskin bir kesme ve daha iyi dış bant sinyalleri reddetmektedir, ancak yüksek frekanslarda, af-amp, geçiş bandında çok yüksek bir açık kazanç elde etmelidir, GBWP ve daha fazla oran kritik hale getirir.

Devlet-Variable (Biquad) Filtreler

Devlet değişken filtreler Q'nin bağımsız kontrolünü sunar, kazanır ve frekans, onları tunable veya uyarlanabilir yüksek frekanslı filtreler için ideal hale getirirler. İki veya üç af-amp ve birçok pasif bileşen gerektirir, tüm elementlerin dikkatli seçimine ihtiyaç duyar.Bu topolojideki toplam yükselticiler stabiliteyi korumak için uygun bant genişliği ve faz yanıtları gerekir.

Aktif Filtrelerdeki Anahtar Bileşenleri: Genişlemeli Gereksinimler

Herhangi bir aktif filtrenin temel bileşenleri operasyonel yükselteç, direnççiler ve kapasitörlerdir. Yüksek frekanslarda her bileşeninin parasitik özellikleri hakimdir ve belirtilmelidir.

Operasyonel Ampirikler

Af-amp aktif filtrenin kalbidir. Yüksek frekanslı uygulamalar için aşağıdaki parametreler tartışılmaz:

  • [FONT=0)Gain-Band genişlik Ürün (GBWP): [CFOT:1] Tipik bir aktif filtre için, filtrenin kesildiği en az 10 kez filtreyi seçin. Örneğin, 10 MHz düşük frekanslı filtre bir GBWP > ile bir af-amp gerektirir; 100 MHz. Örnekler AD8055 (300 MHz GBWP) veya OPA855 (8 GHz GBWP) veya çok yüksek frekanslar için.
  • [FONT:0)Phase Margin:[Dönetici:[Dönetici: 45°) En az 45°'ün bir faz marjı istikrar için gereklidir.Birçok yüksek hızlı akorlar 60° veya daha fazlasını sunar, ancak kapasitif yükler (örneğin filtre kapasitörler gibi) marjı azaltabilir.
  • [FONT=0]Slew Rate:[Dönder:[Dönder) [Dönderlik oranı, en yüksek sinyal frekansı ve amplifikasyon olmadan yüksek olmalıdır.Bir dizi (V/μs) vegt; 2 }} × f).
  • [FONT:0) Hayır: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: 0:0) Düşük giriş gerilim gürültü (örneğin, ADA4898 veya LMH6624 gibi düşük frekanslarda 10 nV / √Hz.
  • [FONT:0) Total Harmonic Distortion (THD): [D:D: [D:D: 1) Yüksek lineerlik için (örneğin, iletişim alıcılarında), aşağıdaki THD ile af-amps af-amps seçin - faiz frekanslarında 80 dBc.
  • [FONT:0)Input Capacitance:[DÜDÜDÜDÜ:0)[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.

Yüksek frekanslı aktif filtreler için popüler aileler Texas Instruments OPAx8xx serisi, Analog cihazlar ADA48xx serisi ve Maxim MAX4xxx serisini her zaman üreticinin uygulama notlarına filtre özel öneriler için danışır.

Direnciler

Yüksek frekanslı aktif filtrelerde, direnççiler ideal değildir. Parasitic serisi indükt (ESL) ve paralel kapasitance bu yönergeleri kullanabilir:

  • [FONT:0)Type:[Dönetici: [Dönetici:0)|tr|tr|prodüktif veya kalın film yüzeyi-köstericileri (örneğin, 0402 veya 0603 paket) tercih ettikleri için, ESL'i lider bileşenlerden daha düşük noktalarına sahip olmaları gerekir.
  • [FONT:0]Temperature Co effective:) Düşük TC (< 100 ppm/°C) filtre özelliklerini sıcaklık üzerinde korumak için.
  • [FONT:0)Size: [Döneticiler: [Dönderler: 0201, 0402) Parasitik indüklemeyi azaltır, ancak aynı zamanda yüzlerce megahertz filtre için, 0402 iyi bir uzlaşmadır.
  • [FONT=0)Tolerance:[[Dönetici: 0,0)[[Dönetici: % 1 veya bant genişliği ile sınırlı,% 0.1 dirençliler gerekli olabilir. Her zaman simülasyon ile doğrulanabilir.
  • [FONT:0] Parasitic Capacitance: Bir direnç veya zemine karşı vücut kapasitesi filtreyi değiştirebilir veya parasitik elementleri içeren simülasyon modelleri kullanın veya RF uygulamaları için puanlanan dirençleri seçin.

Capacitors

Capacitor seçimi genellikle yüksek frekanslı filtre tasarımının en zorlu yönüdür. eşdeğer seri direniş (ESR) ve eşdeğer seri indüktif (ESL) önemli ölçüde filtre performansını da bozabilir.

  • [FONT:0)Dielektrik: [DDDDDDDDDG seramik kapasitörler için yüksek frekanslı filtreler için, filtreyi kesebilir ve kaybı artırabilirler.
  • [FONT=0) Self-Resonant Frekans (SRF): ), ziseratörün geçiş bandının üzerinde iyi bir SRF olması gerekir. Örneğin, 0402 paketinde 100 pF NP0 kapasitör genellikle en küçük paketi 500 MHz üzerinde bir SRF alır.
  • [FONTR ve Q: [DÜDÜDÜDÜSTR:0]ESR ve Q:[DÜDÜDÜDÜSTRİYE:0)[Ücretsizlik için filtre seçme oranına ihtiyaç vardır. Yüksek bant geçiş filtreleri için, kapasitör Q vs. frekans eğrilerine göre 1000'in üzerindeki veri tablosuna göz atın.
  • [FONT=0)Tolerance:[[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0)))))) makülalar için% 1 veya% 2 tolerans kullanın. daha büyük değerli kapasitörler için (örneğin, 0.1 μF atlar)
  • [FONT:0]Parasitic Inductance:[Dönetici:[Döneticilerden gelen ESL istenmeyen kutuplar ekleyebilir. Farklı değerleri daha düşük etkili ESL'e kadar farklı ölçeklere sahip birçok paralel kapasitörler kullanın ve onları mümkün olduğunca af-amp pins'a yakın yerleştirin.

Yüksek Lisans için seçim Kriterleri Aktif Bileşenler

Aşağıdaki kriterler temel parametrelerin ötesindeki bileşenler seçimine sistematik bir yaklaşım sağlar. RF ve mikrodalga tasarımında hem teoriden hem de pratik deneyimden elde edilirler.

Band genişliği ve Margin

GBWP'ye ek olarak, af-amp'in açık-loop kazanılması, filtrenin kesilmesinde yeterince yüksek olmalıdır. / OPA657 (GBWP 1.6 GHz) en yüksek geçiş bandında 40 dB'den daha fazla kazanç elde etmek, 10 MHz'de genellikle açık-loop kazanır.

Gürültü Şekil ve Signal-to-Noise Orantı

Yüksek frekanslı aktif filtreler, af-amp'tan gürültü ve direnççiler çıktı sinyaline hükmedebilir. Toplam çıktı gürültü, direnç ve af-amp gerilim gürültünün filtrenin gürültü kazancıyla güçlendirilmesidir.

[0]NF = 10 log (toplam çıkış gürültü / (yalnızca × kaynak gürültü)

).

Düşük gerilim gürültüsü yoğunlukla (örneğin, < 2 nV / UTCHz) ve düşük mevcut gürültüyü (örneğin, 2 pA / UTCHz) kullanarak düşük (tipik velt; 10 klt) düşüklüğün ısıtılması gerekir, ancak o kadar düşük değil ki 100 DF ve 10 kULLAH arasında direnmek için iyi bir kuraldır.

Linearity and Distortion

İletişim ve radar sistemleri için, Intermodulation (IMD) ve harmonik bozulma, yüksek oranda ve düşük açık-loop dismesi ile en iyi lineerlik sağlar. Ayrıca, EU Order Intercept (IP3) örneğin, ADL556565'in 200 MHz'de bir OIP3'ü en düşük sinyal seviyelerindeki bir çıkış yolu ile tercih etmesi gerekir. Ayrıca, yüksek doğrusallık filtreleri için uygun hale getirmek.

Güç tüketimi ve ısı Yönetimi

Yüksek frekanslı artırılmış sistemler genellikle yüksek GBWP ve yüksek hız elde etmek için önemli akımları (örneğin, düşük güç RF uygulamaları için tasarlanmış) kullanırlar.

Paket ve Layout

Tüm bileşenlerin fiziksel paketi yüksek frekanslı performansı etkiler. Yüzeyin en çok paketler (SOIC, MSOP, QFN) for op-amps, and small 0402 or 0201 pasifs. QFN paketleri düşük parasitik indükleme ve mükemmel termal özellikler sunar.For the op-amp, keep the feedback loop as short as possible and use a ground plane under the entire filter.]

Yüksek Lisans Active Filtreleme için tasarım ipuçları

Sadece parçalanmış bir şekilde yapılan bir dizin seçimi yetersizdir; fiziksel uygulama aynı rigor ile tedavi edilmelidir. Aşağıdaki ipuçları, bir şematik'i yüksek frekanslı bir filtreye dönüştürmek için gereklidir.

PCB Layout ve Parasitics

  • [FONT:0]Trace inductance:[Dönetici:[Dönder:)Gruplar üzerinde durgunluklar için özellikle geri bildirim yolları ve giriş pinleri için, özellikle de mikrostrip veya polis dalga kılavuzları ile birlikte, bir dizin üzerinden bir dizinleme yöntemiyle çalışır: FR4'te 1 inçlik bir izlenir: fertilitenin yaklaşık 25 nH'i istenmeyen geri yüklemeye neden olabilir.
  • [FONT:0)Via indüksiyon:[Dönetici:[Dönder: 1 ) Her bir bağlantı, özellikle zemin ve güç için birden fazla bağlantı kullanın.
  • [FONT=0)Component yerleştirme:[Dönetici:[Dönetici:0)[0]Component yerleştirme:[Döneticiler ve direnişçilere mümkün olduğunca yakın olan bir şekilde karşı direnir.
  • [FONT=0)Power tedarik dekoupling:[Dönetici:[Dönetici:0) Güç pinlerine doğrudan yerleştirilir. küçük kapasitör yüksek frekanslı geçiciler; daha büyük bir şarj depolama sağlar.
  • [FONT:0)Ground uçağı:[Dönemli bir zemin uçağı hemen üst bileşen katmanının altında bir zemin uçağın altında kullanın. Filtre alanı altında zemin uçağın kesmeyin.

Simülasyon ve Modelleme

Simülasyon, parasitik elementler (örneğin, af girişi kapasite, çıktı direnci) içeren üreticilerin SPICE modellerini kullanın.Prototyping.Use SPICE models from the production elements that include parasitic elements (e.g., op-amp input cle, print direnç, çıktı direnci). LTspice, ADS, or Cadence, yönetim dahil toplam tepkiyi simüle etmenizi sağlar:

  • [FONT=0)AC analizi:[[Dönetici: 0 3) Kontrol kazanç, bant genişliği ve dalgalanan. Vary component toleransları (Monte Carlo) verim görmek için.
  • [FONT:0)Transient analizi:[Dönetici:[Dönetici:0) Zaman ve nabız girişleri için aşırı yüklemeyi onaylayın.
  • [FONT:0) Analiz: [Dönder: toplam çıktı gürültü ve gürültü rakamını hesaplamak.
  • [FONT:0)Stability analizi:[Dönetici:[Dönetici:0)Crebilite analizi:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)Köpek-geri faz marj ölçümü bir ortabrook tekniği veya açık-loopun simülasyonu filtre yükü ile kazanmaktadır.

Simülasyon teknikleri hakkında daha fazla okuma için, [[Üyetimli Tasarım Araçları[Dönetici:0)Analog Cihazları Etkileşimli Tasarım Araçları[Dönetici: 1 veya Texas Instruments'un [[Dönetici Tasarımı Aracı)

Test ve Doğrulama

Montajdan sonra, filtrenin frekans yanıtını bir vektör ağı analiz cihazı (VNA) veya bir spektrum analiz cihazı takip jeneratörü ile analiz eder. Anahtar ölçümler:

  • S)21[Dönem: 1. frekans: yarıyı doğrulayın, yarıyın düzlüğü ve dağı reddetme.
  • S)11[Dönemli geri dönüş kaybı): İyi bir dürtü eşleştirme (tipik velt; - 10 dB) yansımaları önlemek için.
  • Grup gecikmesi: faza duyarlı uygulamalar (örneğin, iletişim bağlantıları), grup gecikme varyasyonu ölçmek.

Filtre yüklemeden iç düğümleri ölçmek için yüksek hacimli bir prob kullanın. Simülasyon ile ölçülen sonuçlarla ölçülür.Eğer diskrepanzis meydana gelir, ortak nedenler, son zeminden parasitik kapasitance içerir, tahta-board konektörleri veya özellikler dışındaki toleranslar.

Yüksek Yeterli Aktif Filtre Tasarımında Vaka Çalışmaları

Teorik seçimi anlamak önemlidir, ancak pratik örnekler kavramları güçlendirmektedir. Aşağıda iki temsilci senaryo bulunmaktadır.

Vaka 1: 50 MHz Bir IF Aşaması için Bandpass Filtre

3.0.2.0.Uygulama:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Vaka 2: ADC Anti-Aliasing için 10 MHz Low-Pass Filtresi

1. Sezon 2. Bölüm: [Düzücüler: [Döneticiler, 10 inçlik bir aradan sonra, 10 inçlik bir dizin)[0)

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Deneyimli mühendisler bile yüksek frekanslı aktif filtrelerle ilgili sorunlarla karşılaşabiliyorlar. Bu tuzakların farkındalığı, zamanımı kurtarabiliyor.

  • [FONT:0)Ayrıntılı bilgi için aşağıdaki linklerden alıntılar:[Dönetici:0))))))))))))[Döneticileri (C))))))))))))))))))))))))))))))Yüksek frekanslarda 10-20% 10-20 oranında azaltılabilir.
  • [FONT:0) Yüksek değerli dirençliler için: 10 kULL lik gürültünün üzerindeki koruyucular gürültüyü arttırır ve filtreyi 10 MHz'in üzerindeki frekanslar için, 2 kULL'nin altındaki direnç değerleri tutar.
  • [FONT:0)Yüksek frekanslarda kapasitance atmaktan vazgeçin:[Dönetici: 1 ) Tek 0.1 μF kapasitor 5-10 MHz'in üzerinde SRF'ye sahip. 100'den fazla süzücük için, yüksek frekanslarda düşük oranlarda düşük orantısız sağlamak için paralel olarak 10 pF veya 22 pF kapasiteli bir eksor ekleyin.
  • [FONT:0)Improper PCB yığın:[Döner: 1] Doğru bir zemin uçağı olmadan iki katmanlı bir yönetim kurulu kullanarak zemin izlerinin en az dört katmanlı PCB (signal/ground/signal) kullanın.
  • [FONT:0)Köpektif sürüklenme:[Döneci ve kapasitörler ısı katarakt frekansını sürüklemeye neden olabilir.Eğer işletim ortamı 50 ppm/°C altında TC'ler ile daha fazla değişirse, filtrenin kesme frekansına neden olabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek frekanslı mühendislik uygulamaları için en uygun aktif filtre bileşenleri seçmek, bu kılavuzda belirtilen kriterleri ve uygulamaları takip etmek için önemli ölçüde gerekli olan bir yaklaşım gerektirir.Reformasyonel dönüşüm, yüksek çözünürlükte belirtilen kriterleri ve uygulamaları takip etmek için, yüksek çözünürlükte belirtilenleri ve kapasitörler, düşük parasitics, pasif bileşenli karakterizasyon ve sabit ayar teknikleri için seçilir.For component seçimi, simülasyon ve test VNA ile ilgili olarak test etmek için önemli adımlardır.