濾波器電路用于從信號(hào)中去除不需要的或不需要的組件。當(dāng)將多個(gè)信號(hào)或頻帶耦合到天線或從天線耦合時(shí)，過濾和匹配阻抗的網(wǎng)絡(luò)（例如Pi濾波器和T濾波器）是從RF收發(fā)器到天線的最后連接中的橋。這些電路不僅通過一些頻帶而與其他頻帶區(qū)分開來，它們還匹配阻抗，并且可以允許雙工和循環(huán)電路提供全雙工雙向通信。在設(shè)計(jì)射頻部分時(shí)，很高興知道我們的武器庫中有這些部件。

本文將討論這些濾波器如何拒絕或通過符合特定標(biāo)準(zhǔn)的頻段以及允許通過相同路徑進(jìn)行多標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)念l段。

硅的限制

物理限制不允許單片硅實(shí)現(xiàn)高效的全范圍性能。濾波器，衰減器，傳輸線，隔離柵，浪涌抑制等等在硅中無法做到（至少現(xiàn)在還沒有），因?yàn)樗鼈兛梢栽谳^大規(guī)模的其他基板材料上構(gòu)建。

例如，我們可以在單芯片管芯上的敏感級(jí)之間制作片上介電絕緣體。但是，隨著電壓尖峰幅度的增加，硅絕緣體的特性不能承受更高的電壓。此外，除非我們?cè)谌齻€(gè)方面進(jìn)行隔離，否則會(huì)在某些點(diǎn)發(fā)生電弧放電。這也適用于浪涌抑制。小區(qū)域只能消耗，吸收或分流能量。

對(duì)于片上電容器，介電材料在硅方面的能力有限。無論是電荷存儲(chǔ)還是與時(shí)序相關(guān)，電容器都依賴于間距，面積和電介質(zhì)的物理特性。如果沒有高介電常數(shù)和面積，即使使用米勒效應(yīng)，正確尺寸的電容也可能無法在芯片上實(shí)現(xiàn)。

因此，現(xiàn)代RF級(jí)的許多最佳解決方案依靠外部元件將硅輸入/輸出級(jí)特性與高效天線相匹配，并為不需要的源提供EMI/RFI保護(hù)。甚至PCB跡線也起到組件（傳輸線）的作用。雖然模擬器是好的，但成功的唯一真正衡量標(biāo)準(zhǔn)是，您可以測(cè)試和表征完成的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

選擇和特征

單級(jí)濾波器可以用四種方式之一實(shí)現(xiàn)。這些包括扼流圈，R/C濾波器，L/C濾波器和Pi/T濾波器。這些可以組合成波形，區(qū)分或傳遞特定頻率。

扼流圈濾波器是表現(xiàn)出電磁阻的電感器或鐵氧體磁珠（圖1）。它們也可以是區(qū)分RF階段的有用部分。高頻信號(hào)無法通過，看起來像這些頻率的電阻。像Bourns FB20011-3B-RC這樣的部件在給定頻率下通過電阻進(jìn)行評(píng)級(jí)，在這種情況下，在100 MHz時(shí)為415歐姆。在這種情況下，當(dāng)將高功率發(fā)射器耦合到天線時(shí)，可以使用分立部件。當(dāng)用于發(fā)射級(jí)時(shí)，載流能力也是重要的評(píng)級(jí)。

因此，扼流圈和共模扼流圈主要用于電源，但也可用作高功率RF收發(fā)器中的濾波器元件。例如，雙頻帶天線可以使用接收器電路來共享，該接收器電路由扼流圈保護(hù)（部分地），該扼流圈將不允許發(fā)射頻率傳遞回敏感的接收電路。共模扼流圈還可以阻止任何高功率感應(yīng)信號(hào)回流到電路中，因?yàn)樗鼤?huì)抑制共模信號(hào)。

圖1：簡(jiǎn)單的扼流圈可以去除信號(hào)的高頻分量，并恢復(fù)調(diào)制信號(hào)的直流或信號(hào)部分。它們還可以保護(hù)接近高功率發(fā)射器的本地接收器電路。

電容濾波器在整流后阻斷AC并恢復(fù)直流電平并用于電源，但也可與電阻，扼流圈和電感器結(jié)合使用，以純粹的無源方式實(shí)現(xiàn)多極濾波器。這些R/C和L/C濾波器可以提供單極點(diǎn)濾波器特性，可以采用菊花鏈形式，以創(chuàng)建具有更陡峭的抑制曲線的無源多極版本。請(qǐng)注意，這些無源級(jí)也會(huì)衰減信號(hào)，因此需要進(jìn)行放大才能使其恢復(fù)到可用范圍。

總體而言，無源R/L/C濾波器的靈活性和性能以特殊方式與Pi和T濾波器相結(jié)合，以優(yōu)化RF設(shè)計(jì)的性能。更重要的是，它們集成在小型單封裝設(shè)備中，可輕松安裝在現(xiàn)代PCB中的緊湊空間中。

Pi過濾器和T過濾器

Pi濾波器基本上是由兩個(gè)電容器包圍的一個(gè)電感器，并且像希臘字母Pi一樣排列。選擇輸入電容以提供低電抗并排斥大部分有害頻率或阻帶。相反，T濾波器使用兩個(gè)并聯(lián)電感和一個(gè)耦合電容。這些單級(jí)濾波器可用作低通，高通，帶通和帶阻。

Pi濾波器由于電容分流而在兩端的高頻處呈現(xiàn)非常低的阻抗。由于電感耦合，T濾波器相反在高頻時(shí)具有非常高的阻抗（圖2）。

圖2：低通Pi濾波器（左）可以接入RF傳輸路徑只是較低的頻率通過。相反，高通T濾波器（右）阻擋較低頻段并允許較高頻率通過。這些部件可用于優(yōu)化每個(gè)頻段的性能并允許全雙工操作。

RF收發(fā)器可使用T濾波器阻止共享或競(jìng)爭(zhēng)頻段，同時(shí)使用Pi濾波器進(jìn)行清理和通過所需的頻率。在任何一種情況下，適當(dāng)選擇元件值都可以匹配兩側(cè)的阻抗，以最大化有源級(jí)，開關(guān)和天線之間的功率傳輸。

許多選擇

一些優(yōu)質(zhì)制造商提供精心設(shè)計(jì)的Pi和T濾波器。在嘗試找到合適的部件時(shí)，關(guān)鍵是一個(gè)很好的參數(shù)搜索引擎。有這么多變量，能夠縮小比賽場(chǎng)地是很好的。

雖然許多針對(duì)特定應(yīng)用的Pi濾波器專為音頻，數(shù)據(jù)線和功率調(diào)節(jié)而設(shè)計(jì)，但幾種通用部件以及RF目標(biāo)部件可用于無線設(shè)計(jì)。更重要的是，ESD保護(hù)的集成使這些單片濾波器可以在同一物理空間中進(jìn)行多任務(wù)處理。

例如，考慮一個(gè)中心截止頻率為100 MHz的Murata 8低通L/C Pi濾波器。單，三階極性不敏感的0805封裝濾波器包括一個(gè)135 n亨利電感器，具有44 pF電容，可以通過200 mA電流。

像Murata EMIFIL NFL21SP系列這樣的系列產(chǎn)品可以靈活選擇合適的電流額定值，電感，電容和中心頻率，使收發(fā)器與天線相匹配（表1）。

型號(hào)標(biāo)稱截止頻率電容電感額定電流額定電壓絕緣電阻（最小）耐壓工作溫度范圍NFL21SP106X1C3 10 MHz 670 pF±20％680 nH±20％100 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP206X1C7 20 MHz 240 pF±20％700 nH±20％100 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP506X1C3 50 MHz 84 pF±20％305 nH±20％150 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP706X1C3 70 MHz 86 pF±20％185 nH±20％150 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP107X1C3 100 MHz 44 pF± 20％135 nH±20％200 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP157X1C3 150 MHz 28 pF±20％128 nH±20％200 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP207X1C3 200 MHz 22 pF±20％72 nH±20％250 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP307X1C3 300 MHz 19 pF±10％45 nH±10％300 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C NFL21SP407X1C3 400 MHz 16 pF±10％34 nH±10％300 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+12 5°C NFL21SP507X1C3 500 MHz 12 pF±10％31 nH±10％300 mA 16 VDC1000MΩ50VDC -55°C至+ 125°C

表1：一些供應(yīng)商集中數(shù)據(jù)以幫助確定最佳匹配一個(gè)設(shè)計(jì)。在這里，L/C值和截止值允許設(shè)計(jì)人員選擇具有最佳匹配電路值的器件。

以類似的方式，需要單個(gè)3 rd 階設(shè)備實(shí)現(xiàn)100 mA L/C T濾波器的設(shè)計(jì)人員可以利用TDK MEM2012S25R0T001。這款3端子0805封裝低通T濾波器具有25 MHz中心/截止頻率，從70 MHz到2 GHz衰減30 dB。此外，作為該公司MEM系列3端子濾波器的成員，25至200 MHz的截止頻率允許100和250 mA功率電平，最大電壓為10 V（表2）。其他家庭成員的電流高達(dá)1 A.

截止頻率（MHz）插入損耗（dB）min。額定電壓（V）最大值最大額定電流（mA）零件號(hào)25 30 [70MHz至2GHz] 10 100 MEM2012S25R0T 35 30 [90MHz至2GHz] 10 100 MEM2012S35R0T 50 30 [200MHz至2GHz] 10 100 MEM2012S50R0T 100 30 [400MHz至2GHz] 10 250 MEM2012S101RT 250 30 [530MHz至2GHz] 10 250 MEM2012S201RT

表2：在特定系列中，頻率參數(shù)的選擇將提供具有不同L/C值的解決方案，以有希望與設(shè)計(jì)階段相匹配。單獨(dú)的表格提供了內(nèi)部使用的實(shí)際組件值。

最終，了解設(shè)計(jì)執(zhí)行情況的最佳方法是在配置中對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。您應(yīng)該研究一些很好的工具 ，無線電收發(fā)器制造商也經(jīng)常能夠指出他們?cè)趨⒖荚O(shè)計(jì)中建議的特定組件。參數(shù)搜索引擎是另一種非常有用的設(shè)備，可幫助您找到合適的過濾器。