Entwerfen Sie einen 1-GHz-Tiefpassfilter

Ich kann das nicht verbindlich beantworten, aber mein Bauchgefühl sagt mir, dass Ihre Spezifikation "sehr schwierig" sein wird.

Insbesondere beträgt Ihr Übergangsband von 50 MHz bei 1 GHz nur 0,02 Dekaden, sodass Sie zwischen Ihrer Durchlassbandkante und Ihrem Sperrband nach einem Abfall von 714 dB / Dekade suchen. Was so etwas wie einen 71-poligen Filter impliziert, der 71 aktive Elemente erfordert.

Als Referenz können Sie Folgendes mit einer angemessenen Anzahl von Elementen tun:

(Grafik aus TIs App Guide „ Op-Amps for Everyone “) Die Grafik ist in Bezug auf „normalisierte Frequenz“, was bedeutet, dass Sie die Filterelemente so skalieren können, dass sie einer Frequenz von „1“ auf der Grafik entsprechen jede Frequenz, die Sie wählen, zum Beispiel 1 GHz in Ihrem Fall.

Bei niedrigeren Frequenzen konstruieren wir normalerweise mehrpolige Filter, indem wir 1- und 2-polige aktive Abschnitte kaskadieren, um eine gewünschte Antwort zu erhalten.

Bei 1 GHz können Sie dies möglicherweise nur mit HF-Verstärkern tun, um zwischen den Stufen zu puffern. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass Sie auf ältere Techniken zur Konstruktion einer LC-Leiter zurückgreifen müssen, um eine Annäherung an die gewünschte Antwort zu erhalten. Das Problem bei dieser Technik besteht darin, dass sie dazu neigt, die Filterantwort empfindlicher auf kleine Schwankungen in den Komponentenwerten zu machen, die durch Herstellungsunterschiede oder Temperaturempfindlichkeiten verursacht werden.

Bei der Verwendung von Mikrostreifenelementen haben Sie möglicherweise weniger Probleme mit der L- und C-Variabilität, aber Sie werden wahrscheinlich feststellen, dass der Bereich der erforderlichen L- und C-Werte außerhalb dessen liegt, was in Mikrostreifen sinnvoll konstruiert werden kann. Darüber hinaus legt meine (sehr begrenzte) Erfahrung nahe, dass Mikrostreifenfilter wahrscheinlich nur über einen Frequenzbereich von etwa einer Oktave wirksam sind. Wenn Sie also einen 1-GHz-LPF wünschen, erhalten Sie möglicherweise ein unerwünschtes Sperrband unter 500 MHz oder ein unerwünschtes Durchlassband über 2 GHz. Auf jeden Fall möchten Sie nicht ohne Zugang zu einem vernünftigen CAD-Tool in die Entwicklung von Mikrostreifenfiltern einsteigen. Agilents ADS oder Genesys kommen mir in den Sinn. Genesys wäre besonders hilfreich für Sie, wenn Sie darauf zugreifen können, da es spezielle Tools zum Generieren von Filterdesigns mit einer Spezifikation bietet, wie Sie sie in Ihrer Frage angegeben haben.

Natürlich ist auch eine Kombination aus konzentrierten und Mikrostreifenelementen möglich.

Bearbeiten: Ein vernünftiger Designansatz wäre die Verwendung eines Tools wie Matlab oder Octave, um zu sehen, welche Art von Filter (Butterworth, Chebychev usw. und wie viele Pole) Ihren Anforderungen nahe kommen können. Wenn Sie Zugang zu einer guten Bibliothek haben, suchen Sie nach einem Buch mit einem Titel wie "Filterdesign-Handbuch". Dadurch erhalten Sie Nachschlagetabellen für die Pol- und Nullpositionen verschiedener Filtertypen unterschiedlicher Ordnung. Dies macht es "einfach", die Antwort zu berechnen, selbst wenn Sie kein hochpreisiges Tool wie Matlab mit der richtigen Toolbox haben, um die Filterparameter aus der Software zu erhalten.

Wenn Sie dann wissen, wo Sie Ihre Pole und Nullstellen haben möchten, verwenden Sie ein Tool wie ADS, Genesys oder sogar SPICE, um einen Filter mit echten L- und C-Elementen zu entwerfen, um die mathematische Antwort zu erstellen, die Sie in Matlab optimiert haben. Stellen Sie dann sicher, dass Sie eine Sensitivitätsanalyse durchführen, um sicherzustellen, dass die Reaktion unter normalen Schwankungen der Teileeigenschaften innerhalb der Spezifikation bleibt. Entscheiden Sie schließlich abhängig von den L- und C-Werten, die Sie erhalten, ob Sie einige oder alle dieser Elemente in Mikrostreifen statt mit diskreten Komponenten implementieren möchten. Wenn Sie sich für Microststrip entscheiden, verwenden Sie ein HF-Designtool wie ADS oder Genesys (das sind nur zwei Tools, die ich selbst verwendet habe, aber es gibt andere, die dies tun könnten), um das Microstrip-Layout zu simulieren und zu optimieren, um das Verhalten zu erreichen Sie wollen.

Eine weitere späte Anmerkung: Sie können in der Grafik sehen, dass bei einem Chebychev-Filter die Flanke unmittelbar nach dem Abschneiden steiler ist als die schließliche Flanke des Rocks, daher ist meine Aussage, dass ich einen 71-Pol-Filter benötige, wahrscheinlich zu stark. Aber nichtsdestotrotz ist klar, dass Sie mindestens 10 Pole benötigen, um Ihre Spezifikation zu erfüllen, und dies nur mit Passiven zu tun, ist aufgrund der Wechselwirkungen von Stufe zu Stufe und der erforderlichen engen Toleranzen bei den Komponentenwerten eine große Herausforderung.

Würde ein koaxialer Tiefpassfilter für Sie funktionieren? Vielleicht möchten Sie zum Beispiel Procom auschecken . Sehen Sie sich auch die Antworten auf die Frage 100-W-Tiefpassfilter an , um Zeichnungen und zusätzliche Informationen zu erhalten.