石英晶體所制作的頻率元件除了傳統的石英晶振外,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,具有穩定,抗干擾性能良好的特點,廣泛應用于各種電子產品中.以石英晶體諧振器作為主要元件而構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于石英晶體濾波器的一些相關資料
通帶,阻帶和帶寬
通帶是濾波器用于傳遞信號的頻率范圍.它表示為衰減小于指定值的頻率范圍,通常指定為3dB.
阻帶是一個頻率帶,其中濾波器的相對衰減等于或大于指定值.它表示為衰減超過某個指定最小值的頻率范圍,例如60dB.
對于帶通濾波器或帶阻濾波器,具有指定衰減的較低點和較高點之間的寬度(頻率差),例如3dB帶寬或80dB帶寬.對于低通濾波器,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的波狀變化.例如,理想的Chebychev和橢圓函數濾波器具有等紋波特性,這意味著通帶中幅度響應的峰值和谷值的差異是相等的.另一方面,Butterworth,Gaussian和Bessel函數沒有波紋.紋波通常以dB為單位測量.
通帶紋波定義為通帶內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.它是確定滿足規范所需的極數和復雜度的關鍵參數.
3.插入損失
濾波器的頻率響應始終被認為是相對于在特定參考處發生的衰減.該參考的實際衰減通常稱為插入損耗.它在通帶內的最小衰減點處被參考.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載阻抗之前傳遞到負載阻抗的功率的對數比.換句話說,當在源和負載之間插入濾波器時,傳遞到負載的功率減小.插入損耗由下式給出:
ILdB=10log(PL1/PL2)
其中PL1是通過濾波器旁路輸出到負載的功率,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)
這允許直接根據輸出電壓測量插入損耗.
4.插入損耗線性
濾波器的插入損耗可能隨驅動電平而變化.在高功率水平下,石英晶振變得非線性,導致濾波器損耗增加,并且這種現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,在低驅動水平下,諧振器處理對于保持恒定的插入損耗變得至關重通過采用適當的設計,嚴格的處理和嚴格的控制,生產的濾波器的插入損耗變化不超過±0.005dB,驅動電平變化為40dB.
5.虛假回應
無論是LC調諧電路,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,通常恰好發生在所需的共振以上,以及近諧波泛音響應.因此,幾乎所有石英晶體濾波器的幅度和相位特性都會表現出不希望的響應.這些偏差通常(但并非總是)窄帶寬.通常它們出現在濾波器阻帶中,并且表現為衰減減小的窄的不需要的區域.雜散響應通常出現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生寄生響應,從而導致不希望的紋波.
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,并且在基本諧振的近似奇數倍數處具有諧波(諧波)響應.可以提前計算泛音的位置和主要的非諧音.如果需要,可以通過額外的LC濾波來抑制泛音響應,如果有足夠的封裝尺寸,可以在濾波器封裝內容納.LC濾波通常不能抑制近旁的非諧波響應.這里,通過諧振器設計,諧振器處理和濾波器電路設計的組合來實現寄生響應的抑制.
隨著石英晶體諧振器電極面積的增加,將激發更多不需要的非諧響應(假設工作頻率恒定),并且運動電感將減小.為了減少插入損耗和/或保持窄帶設計,可能需要在更寬的帶寬下增加電極尺寸.因此,可以預期更寬帶寬的濾波器具有更多和更強的寄生響應.然而,通過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計,從而針對給定的帶寬要求將改善寄生響應.
6.群延遲失真
群延遲,也稱為包絡延遲,是窄帶信號從輸入傳遞到設備輸出所需的時間.群延遲失真是指定通帶區域內或兩個特定頻率下的最大和最小群延遲之間的差異.對于大多數帶通濾波器,延遲響應將具有接近每個通帶邊緣的峰值,其中濾波器衰減開始快速增加.濾波器延遲和衰減特性是相互依賴的.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的濾波器或具有近端阻帶極點的濾波器(例如橢圓函數濾波器)相關聯.另一方面,MCF具有非常小的群延遲失真,通常小于10s.
7.互調(IM)
當濾波器以非線性方式起作用導致入射信號混合時,發生互調.這種混頻產生的新頻率稱為互調產物,它們通常是三階產物,這意味著入射信號電平增加1dB會使IM增加3dB.IM可分為以下兩種類型：
當濾波器阻帶中的兩個入射信號(通常為-20到-30dBm)在濾波器通帶中產生IM乘積時,發生帶外互調.當信號同時存在于第一和第二相鄰信道中時,這種現象在接收機應用中最為普遍.低信號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的表面缺陷決定,并且不受分析預測的影響.
當濾波器通帶內的兩個緊密間隔的信號產生也在濾波器通帶內的IM產物時,發生帶內相互調制.它在信號電平很高(通常為-10dBm和+10dBm)的發射應用中最為普遍.這種高信號水平的IM性能是諧振器制造工藝和壓電石英晶振的非線性彈性特性的函數.后者在更高的信號水平上占主導地位,并且可以進行分析.
8.相移和最小相位傳遞函數
信號通過濾波器時相位的變化.信號的時間延遲被稱為相位滯后,并且在正常網絡中,相位滯后隨頻率增加,產生正包絡延遲.
絕大多數晶體濾波器是最小相移濾波器.在數學上,這意味著衰減特性與濾波器的相位特性之間存在函數關系.據說這種雙端口網絡的傳遞函數具有最小相移特性,這意味著它從零到無限頻率的總相移對于它擁有的極數在物理上是可能的.
9.終止阻抗
這是在濾波器的輸入和負載側看到的所需阻抗,以保持良好的特性響應.終端阻抗通常被指定為具有并聯電容的串聯電阻,該并聯電容還應包括電路板的雜散電容.
10.動力處理
功率處理通常指定為最大輸入功率.在設計中,它與決定帶內互調性能的因素密切相關.考慮到帶寬,插入損耗和雜散響應要求,可以估算濾波器的功率處理能力.
11.振動引起的邊帶
當濾波器受到機械振動時,振動引起的邊帶可能出現在晶體濾波器輸出信號上.振動會在晶體諧振器上產生加速力,導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.對于正弦振動,諧振頻率以振動頻率調制,峰值偏差由石英晶體振蕩器的加速度靈敏度和振動幅度決定.在頻譜分析儀上觀察,濾波器輸出將具有通過振動頻率偏離載波的邊帶.對于大多數濾波器,振動引起的邊帶非常小并且無關緊要.但是,窄帶頻譜清除濾波器可能需要特別注意.通過最小化諧振器加速度靈敏度和通過控制濾波器結構內的機械諧振來最小化振動引起的邊帶.
12.穩定時間和上升時間
穩定時間是輸入信號在經過階躍響應,脈沖,脈沖或斜坡后,在指定的過沖百分比內穩定所需的時間.
上升時間通常定義為過濾器輸出在初始上升時從其穩態值的10％移動到90％所需的時間.盡管可以從濾波器手冊中容易地計算或確定上升時間的精確值,但是以下關于帶寬的上升時間的經驗法則提供了有用的估計.
Tr=0.35/fc
其中Tr是以秒為單位的上升時間,fc是以赫茲為單位的3dB截止頻率.
