石英晶體所制作的頻率元件除了傳統(tǒng)的石英晶振外,還有石英晶體振蕩器,石英晶體濾波器就是指用石英材料做成的石英晶體濾波器,起濾波的作用,具有穩(wěn)定,抗干擾性能良好的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中.以石英晶體諧振器作為主要元件而構(gòu)成的濾波器就叫做晶體濾波器.下面龍湖電子給科普一下關(guān)于石英晶體濾波器的一些相關(guān)資料

通帶,阻帶和帶寬

通帶是濾波器用于傳遞信號(hào)的頻率范圍.它表示為衰減小于指定值的頻率范圍,通常指定為3dB.

阻帶是一個(gè)頻率帶,其中濾波器的相對(duì)衰減等于或大于指定值.它表示為衰減超過(guò)某個(gè)指定最小值的頻率范圍,例如60dB.

對(duì)于帶通濾波器或帶阻濾波器,具有指定衰減的較低點(diǎn)和較高點(diǎn)之間的寬度(頻率差),例如3dB帶寬或80dB帶寬.對(duì)于低通濾波器,帶寬只是衰減具有指定值的頻率.

1.紋波和通帶紋波

通常指的是具有頻率的濾波器的幅度響應(yīng)的波狀變化.例如,理想的Chebychev和橢圓函數(shù)濾波器具有等紋波特性,這意味著通帶中幅度響應(yīng)的峰值和谷值的差異是相等的.另一方面,Butterworth,Gaussian和Bessel函數(shù)沒(méi)有波紋.紋波通常以dB為單位測(cè)量.

通帶紋波定義為通帶內(nèi)最大和最小衰減之間的差異.

2.形狀因子

形狀因子是阻帶帶寬與通帶帶寬的比率,通常是60dB帶寬與3dB帶寬的比率.它是確定滿(mǎn)足規(guī)范所需的極數(shù)和復(fù)雜度的關(guān)鍵參數(shù).

3.插入損失

濾波器的頻率響應(yīng)始終被認(rèn)為是相對(duì)于在特定參考處發(fā)生的衰減.該參考的實(shí)際衰減通常稱(chēng)為插入損耗.它在通帶內(nèi)的最小衰減點(diǎn)處被參考.插入損耗可以定義為在插入濾波器之前將濾波器插入到負(fù)載阻抗之前傳遞到負(fù)載阻抗的功率的對(duì)數(shù)比.換句話(huà)說(shuō),當(dāng)在源和負(fù)載之間插入濾波器時(shí),傳遞到負(fù)載的功率減小.插入損耗由下式給出:

ILdB=10log(PL1/PL2)

其中PL1是通過(guò)濾波器旁路輸出到負(fù)載的功率,PL2是輸入功率,濾波器插入電路.上面的等式也可以用電壓比表示為：

ILdB=20log(VL1/VL2)

這允許直接根據(jù)輸出電壓測(cè)量插入損耗.

4.插入損耗線(xiàn)性

濾波器的插入損耗可能隨驅(qū)動(dòng)電平而變化.在高功率水平下,石英晶振變得非線(xiàn)性,導(dǎo)致濾波器損耗增加,并且這種現(xiàn)象主要由石英的特性決定,而不是由濾波器的處理決定.然而,在低驅(qū)動(dòng)水平下,諧振器處理對(duì)于保持恒定的插入損耗變得至關(guān)重通過(guò)采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì),嚴(yán)格的處理和嚴(yán)格的控制,生產(chǎn)的濾波器的插入損耗變化不超過(guò)±0.005dB,驅(qū)動(dòng)電平變化為40dB.

5.虛假回應(yīng)

無(wú)論是LC調(diào)諧電路,腔諧振器還是晶體諧振器,所有諧振器都具有不需要的諧振模式.石英晶體具有非諧振共振,通常恰好發(fā)生在所需的共振以上,以及近諧波泛音響應(yīng).因此,幾乎所有石英晶體濾波器的幅度和相位特性都會(huì)表現(xiàn)出不希望的響應(yīng).這些偏差通常(但并非總是)窄帶寬.通常它們出現(xiàn)在濾波器阻帶中,并且表現(xiàn)為衰減減小的窄的不需要的區(qū)域.雜散響應(yīng)通常出現(xiàn)在比中心頻率更高的頻率上.偶爾在更寬的帶寬濾波器中,濾波器通帶中可能發(fā)生寄生響應(yīng),從而導(dǎo)致不希望的紋波.

最常用于濾波器的AT切割晶體諧振器在略高于所需諧振的頻率處具有一系列不需要的非諧波響應(yīng),并且在基本諧振的近似奇數(shù)倍數(shù)處具有諧波(諧波)響應(yīng).可以提前計(jì)算泛音的位置和主要的非諧音.如果需要,可以通過(guò)額外的LC濾波來(lái)抑制泛音響應(yīng),如果有足夠的封裝尺寸,可以在濾波器封裝內(nèi)容納.LC濾波通常不能抑制近旁的非諧波響應(yīng).這里,通過(guò)諧振器設(shè)計(jì),諧振器處理和濾波器電路設(shè)計(jì)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)寄生響應(yīng)的抑制.

隨著石英晶體諧振器電極面積的增加,將激發(fā)更多不需要的非諧響應(yīng)(假設(shè)工作頻率恒定),并且運(yùn)動(dòng)電感將減小.為了減少插入損耗和/或保持窄帶設(shè)計(jì),可能需要在更寬的帶寬下增加電極尺寸.因此,可以預(yù)期更寬帶寬的濾波器具有更多和更強(qiáng)的寄生響應(yīng).然而,通過(guò)以較高的頻率操作晶體濾波器并降低百分比帶寬,可以始終利用窄帶設(shè)計(jì),從而針對(duì)給定的帶寬要求將改善寄生響應(yīng).

6.群延遲失真

群延遲,也稱(chēng)為包絡(luò)延遲,是窄帶信號(hào)從輸入傳遞到設(shè)備輸出所需的時(shí)間.群延遲失真是指定通帶區(qū)域內(nèi)或兩個(gè)特定頻率下的最大和最小群延遲之間的差異.對(duì)于大多數(shù)帶通濾波器,延遲響應(yīng)將具有接近每個(gè)通帶邊緣的峰值,其中濾波器衰減開(kāi)始快速增加.濾波器延遲和衰減特性是相互依賴(lài)的.濾波器衰減得越快,延遲峰值就越大.通常,大延遲峰值與具有許多極點(diǎn)的濾波器或具有近端阻帶極點(diǎn)的濾波器(例如橢圓函數(shù)濾波器)相關(guān)聯(lián).另一方面,MCF具有非常小的群延遲失真,通常小于10s.

7.互調(diào)(IM)

當(dāng)濾波器以非線(xiàn)性方式起作用導(dǎo)致入射信號(hào)混合時(shí),發(fā)生互調(diào).這種混頻產(chǎn)生的新頻率稱(chēng)為互調(diào)產(chǎn)物,它們通常是三階產(chǎn)物,這意味著入射信號(hào)電平增加1dB會(huì)使IM增加3dB.IM可分為以下兩種類(lèi)型：

當(dāng)濾波器阻帶中的兩個(gè)入射信號(hào)(通常為-20到-30dBm)在濾波器通帶中產(chǎn)生IM乘積時(shí),發(fā)生帶外互調(diào).當(dāng)信號(hào)同時(shí)存在于第一和第二相鄰信道中時(shí),這種現(xiàn)象在接收機(jī)應(yīng)用中最為普遍.低信號(hào)電平的晶體濾波器的IM性能主要由與諧振器制造工藝相關(guān)的表面缺陷決定,并且不受分析預(yù)測(cè)的影響.

當(dāng)濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)緊密間隔的信號(hào)產(chǎn)生也在濾波器通帶內(nèi)的IM產(chǎn)物時(shí),發(fā)生帶內(nèi)相互調(diào)制.它在信號(hào)電平很高(通常為-10dBm和+10dBm)的發(fā)射應(yīng)用中最為普遍.這種高信號(hào)水平的IM性能是諧振器制造工藝和壓電石英晶振的非線(xiàn)性彈性特性的函數(shù).后者在更高的信號(hào)水平上占主導(dǎo)地位,并且可以進(jìn)行分析.

8.相移和最小相位傳遞函數(shù)

信號(hào)通過(guò)濾波器時(shí)相位的變化.信號(hào)的時(shí)間延遲被稱(chēng)為相位滯后,并且在正常網(wǎng)絡(luò)中,相位滯后隨頻率增加,產(chǎn)生正包絡(luò)延遲.

絕大多數(shù)晶體濾波器是最小相移濾波器.在數(shù)學(xué)上,這意味著衰減特性與濾波器的相位特性之間存在函數(shù)關(guān)系.據(jù)說(shuō)這種雙端口網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)具有最小相移特性,這意味著它從零到無(wú)限頻率的總相移對(duì)于它擁有的極數(shù)在物理上是可能的.

9.終止阻抗

這是在濾波器的輸入和負(fù)載側(cè)看到的所需阻抗,以保持良好的特性響應(yīng).終端阻抗通常被指定為具有并聯(lián)電容的串聯(lián)電阻,該并聯(lián)電容還應(yīng)包括電路板的雜散電容.

10.動(dòng)力處理

功率處理通常指定為最大輸入功率.在設(shè)計(jì)中,它與決定帶內(nèi)互調(diào)性能的因素密切相關(guān).考慮到帶寬,插入損耗和雜散響應(yīng)要求,可以估算濾波器的功率處理能力.

11.振動(dòng)引起的邊帶

當(dāng)濾波器受到機(jī)械振動(dòng)時(shí),振動(dòng)引起的邊帶可能出現(xiàn)在晶體濾波器輸出信號(hào)上.振動(dòng)會(huì)在晶體諧振器上產(chǎn)生加速力,導(dǎo)致它們的共振頻率略有變化-一般G加速度通常為十億分之幾.對(duì)于正弦振動(dòng),諧振頻率以振動(dòng)頻率調(diào)制,峰值偏差由石英晶體振蕩器的加速度靈敏度和振動(dòng)幅度決定.在頻譜分析儀上觀(guān)察,濾波器輸出將具有通過(guò)振動(dòng)頻率偏離載波的邊帶.對(duì)于大多數(shù)濾波器,振動(dòng)引起的邊帶非常小并且無(wú)關(guān)緊要.但是,窄帶頻譜清除濾波器可能需要特別注意.通過(guò)最小化諧振器加速度靈敏度和通過(guò)控制濾波器結(jié)構(gòu)內(nèi)的機(jī)械諧振來(lái)最小化振動(dòng)引起的邊帶.

12.穩(wěn)定時(shí)間和上升時(shí)間

穩(wěn)定時(shí)間是輸入信號(hào)在經(jīng)過(guò)階躍響應(yīng),脈沖,脈沖或斜坡后,在指定的過(guò)沖百分比內(nèi)穩(wěn)定所需的時(shí)間.

上升時(shí)間通常定義為過(guò)濾器輸出在初始上升時(shí)從其穩(wěn)態(tài)值的10％移動(dòng)到90％所需的時(shí)間.盡管可以從濾波器手冊(cè)中容易地計(jì)算或確定上升時(shí)間的精確值,但是以下關(guān)于帶寬的上升時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)法則提供了有用的估計(jì).

Tr=0.35/fc

其中Tr是以秒為單位的上升時(shí)間,fc是以赫茲為單位的3dB截止頻率.