石英晶体所制作的频率元件除了传统的石英晶振外,还有石英晶体振荡器,石英晶体滤波器就是指用石英材料做成的石英晶体滤波器,起滤波的作用,具有稳定,抗干扰性能良好的特点,广泛应用于各种电子产品中.以石英晶体谐振器作为主要元件而构成的滤波器就叫做晶体滤波器.下面龙湖电子给科普一下关于石英晶体滤波器的一些相关资料
通带,阻带和带宽
通带是滤波器用于传递信号的频率范围.它表示为衰减小于指定值的频率范围,通常指定为3dB.
阻带是一个频率带,其中滤波器的相对衰减等于或大于指定值.它表示为衰减超过某个指定最小值的频率范围,例如60dB.
对于带通滤波器或带阻滤波器,具有指定衰减的较低点和较高点之间的宽度(频率差),例如3dB带宽或80dB带宽.对于低通滤波器,带宽只是衰减具有指定值的频率.
1.纹波和通带纹波
通常指的是具有频率的滤波器的幅度响应的波状变化.例如,理想的Chebychev和椭圆函数滤波器具有等纹波特性,这意味着通带中幅度响应的峰值和谷值的差异是相等的.另一方面,Butterworth,Gaussian和Bessel函数没有波纹.纹波通常以dB为单位测量.
通带纹波定义为通带内最大和最小衰减之间的差异.
2.形状因子
形状因子是阻带带宽与通带带宽的比率,通常是60dB带宽与3dB带宽的比率.它是确定满足规范所需的极数和复杂度的关键参数.
3.插入损失
滤波器的频率响应始终被认为是相对于在特定参考处发生的衰减.该参考的实际衰减通常称为插入损耗.它在通带内的最小衰减点处被参考.插入损耗可以定义为在插入滤波器之前将滤波器插入到负载阻抗之前传递到负载阻抗的功率的对数比.换句话说,当在源和负载之间插入滤波器时,传递到负载的功率减小.插入损耗由下式给出:
ILdB=10log(PL1/PL2)
其中PL1是通过滤波器旁路输出到负载的功率,PL2是输入功率,滤波器插入电路.上面的等式也可以用电压比表示为：
ILdB=20log(VL1/VL2)
这允许直接根据输出电压测量插入损耗.
4.插入损耗线性
滤波器的插入损耗可能随驱动电平而变化.在高功率水平下,石英晶振变得非线性,导致滤波器损耗增加,并且这种现象主要由石英的特性决定,而不是由滤波器的处理决定.然而,在低驱动水平下,谐振器处理对于保持恒定的插入损耗变得至关重通过采用适当的设计,严格的处理和严格的控制,生产的滤波器的插入损耗变化不超过±0.005dB,驱动电平变化为40dB.
5.虚假回应
无论是LC调谐电路,腔谐振器还是晶体谐振器,所有谐振器都具有不需要的谐振模式.石英晶体具有非谐振共振,通常恰好发生在所需的共振以上,以及近谐波泛音响应.因此,几乎所有石英晶体滤波器的幅度和相位特性都会表现出不希望的响应.这些偏差通常(但并非总是)窄带宽.通常它们出现在滤波器阻带中,并且表现为衰减减小的窄的不需要的区域.杂散响应通常出现在比中心频率更高的频率上.偶尔在更宽的带宽滤波器中,滤波器通带中可能发生寄生响应,从而导致不希望的纹波.
最常用于滤波器的AT切割晶体谐振器在略高于所需谐振的频率处具有一系列不需要的非谐波响应,并且在基本谐振的近似奇数倍数处具有谐波(谐波)响应.可以提前计算泛音的位置和主要的非谐音.如果需要,可以通过额外的LC滤波来抑制泛音响应,如果有足够的封装尺寸,可以在滤波器封装内容纳.LC滤波通常不能抑制近旁的非谐波响应.这里,通过谐振器设计,谐振器处理和滤波器电路设计的组合来实现寄生响应的抑制.
随着石英晶体谐振器电极面积的增加,将激发更多不需要的非谐响应(假设工作频率恒定),并且运动电感将减小.为了减少插入损耗和/或保持窄带设计,可能需要在更宽的带宽下增加电极尺寸.因此,可以预期更宽带宽的滤波器具有更多和更强的寄生响应.然而,通过以较高的频率操作晶体滤波器并降低百分比带宽,可以始终利用窄带设计,从而针对给定的带宽要求将改善寄生响应.
6.群延迟失真
群延迟,也称为包络延迟,是窄带信号从输入传递到设备输出所需的时间.群延迟失真是指定通带区域内或两个特定频率下的最大和最小群延迟之间的差异.对于大多数带通滤波器,延迟响应将具有接近每个通带边缘的峰值,其中滤波器衰减开始快速增加.滤波器延迟和衰减特性是相互依赖的.滤波器衰减得越快,延迟峰值就越大.通常,大延迟峰值与具有许多极点的滤波器或具有近端阻带极点的滤波器(例如椭圆函数滤波器)相关联.另一方面,MCF具有非常小的群延迟失真,通常小于10s.
7.互调(IM)
当滤波器以非线性方式起作用导致入射信号混合时,发生互调.这种混频产生的新频率称为互调产物,它们通常是三阶产物,这意味着入射信号电平增加1dB会使IM增加3dB.IM可分为以下两种类型：
当滤波器阻带中的两个入射信号(通常为-20到-30dBm)在滤波器通带中产生IM乘积时,发生带外互调.当信号同时存在于第一和第二相邻信道中时,这种现象在接收机应用中最为普遍.低信号电平的晶体滤波器的IM性能主要由与谐振器制造工艺相关的表面缺陷决定,并且不受分析预测的影响.
当滤波器通带内的两个紧密间隔的信号产生也在滤波器通带内的IM产物时,发生带内相互调制.它在信号电平很高(通常为-10dBm和+10dBm)的发射应用中最为普遍.这种高信号水平的IM性能是谐振器制造工艺和压电石英晶振的非线性弹性特性的函数.后者在更高的信号水平上占主导地位,并且可以进行分析.
8.相移和最小相位传递函数
信号通过滤波器时相位的变化.信号的时间延迟被称为相位滞后,并且在正常网络中,相位滞后随频率增加,产生正包络延迟.
绝大多数晶体滤波器是最小相移滤波器.在数学上,这意味着衰减特性与滤波器的相位特性之间存在函数关系.据说这种双端口网络的传递函数具有最小相移特性,这意味着它从零到无限频率的总相移对于它拥有的极数在物理上是可能的.
9.终止阻抗
这是在滤波器的输入和负载侧看到的所需阻抗,以保持良好的特性响应.终端阻抗通常被指定为具有并联电容的串联电阻,该并联电容还应包括电路板的杂散电容.
10.动力处理
功率处理通常指定为最大输入功率.在设计中,它与决定带内互调性能的因素密切相关.考虑到带宽,插入损耗和杂散响应要求,可以估算滤波器的功率处理能力.
11.振动引起的边带
当滤波器受到机械振动时,振动引起的边带可能出现在晶体滤波器输出信号上.振动会在晶体谐振器上产生加速力,导致它们的共振频率略有变化-一般G加速度通常为十亿分之几.对于正弦振动,谐振频率以振动频率调制,峰值偏差由石英晶体振荡器的加速度灵敏度和振动幅度决定.在频谱分析仪上观察,滤波器输出将具有通过振动频率偏离载波的边带.对于大多数滤波器,振动引起的边带非常小并且无关紧要.但是,窄带频谱清除滤波器可能需要特别注意.通过最小化谐振器加速度灵敏度和通过控制滤波器结构内的机械谐振来最小化振动引起的边带.
12.稳定时间和上升时间
稳定时间是输入信号在经过阶跃响应,脉冲,脉冲或斜坡后,在指定的过冲百分比内稳定所需的时间.
上升时间通常定义为过滤器输出在初始上升时从其稳态值的10％移动到90％所需的时间.尽管可以从滤波器手册中容易地计算或确定上升时间的精确值,但是以下关于带宽的上升时间的经验法则提供了有用的估计.
Tr=0.35/fc
其中Tr是以秒为单位的上升时间,fc是以赫兹为单位的3dB截止频率.
