Comprensión De Las Especificaciones De Los Filtros Cerámicos RF y IF

Los filtros cerámicos se utilizan en muchas aplicaciones de radiofrecuencia, desde las radios domésticas hasta las aplicaciones de radio comerciales / profesionales y también en una variedad de otros diseños electrónicos. Se utilizan ampliamente como una frecuencia intermedia, o filtro IF.

Los filtros cerámicos tienen una variedad de especificaciones diferentes que se utilizan para definir el rendimiento de manera que se pueda seleccionar el componente electrónico correcto para cualquier diseño de RF en particular.

Como en el caso de cualquier componente electrónico, la comprensión de las especificaciones de los filtros cerámicos permite tomar las decisiones correctas para que se pueda alcanzar el nivel de rendimiento global para el diseño de RF.

Hay una buena selección de filtros pasabanda cerámicos de diversos fabricantes. Sin embargo, normalmente se obtienen a través de un distribuidor de componentes electrónicos.

Comprensión de las especificaciones de los filtros cerámicos RF y IF

Especificaciones clave de los filtros cerámicos

Muchas de las especificaciones del filtro cerámico se relacionan con la respuesta general del filtro RF y cómo funciona dentro de un diseño de circuito electrónico.

Considerando cómo opera el filtro cerámico de FI en términos de su rendimiento de RF, la aceptación de señales deseadas en la banda y el rechazo de las de fuera de banda es obviamente clave para su funcionamiento, y la razón por la que se incorporará dentro del diseño de RF.

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Sin embargo, los parámetros básicos del filtro de RF no son las únicas especificaciones importantes a considerar. También es necesario incluir otras especificaciones en cualquier decisión sobre el uso de un filtro cerámico determinado en un diseño de RF concreto.

Especificaciones clave de los filtros cerámicos
Respuesta de un típico filtro cerámico de FI que muestra los principales parámetros de especificación

Muchas de las especificaciones pueden definirse a partir del diagrama de respuesta de un filtro de RF, aunque las cifras definidas suelen darse en cualquier hoja de datos. El diagrama explica algunos de los parámetros más importantes del filtro de RF.

  • Frecuencia central: La frecuencia central, a menudo denominada f0 y la especificación se mide en Hz (típicamente kHz o MHz). Es el centro de la banda de paso del filtro.

No siempre es fácil medir la frecuencia central porque hay ondulación dentro de la banda de paso del filtro y, por lo tanto, en algunas aplicaciones, puede utilizarse la frecuencia en la que se produce la mínima pérdida.

  • Ancho de banda de la banda de paso: La especificación de la banda de paso de los filtros cerámicos de RF se toma como la banda sobre la que se acepta la señal. A menudo se toma como el punto en el que el nivel de la señal cae en 3dB en algunas especificaciones o en 6 dB en otras – sea consciente de las diferencias que puede haber entre la forma en que los diferentes fabricantes especifican el ancho de banda. Una vez más, el ancho de banda se medirá en Hz (normalmente kHz en vista del ancho de la banda de paso de la mayoría de los filtros cerámicos.
  • Pérdida de inserción: Esta especificación para un filtro cerámico es bastante importante ya que afectará a los niveles de ganancia elegidos dentro del diseño de RF del circuito.

Todos los filtros de RF tendrán algún grado de pérdida. Se mide en dB y es la diferencia entre los niveles de entrada y salida en el punto de pérdida mínima en la curva de respuesta del filtro.

  • Rizado en la banda: Esta especificación para los filtros cerámicos es importante en algunas aplicaciones. Como la respuesta del filtro de RF variará a lo largo de la banda de paso, teniendo picos y valles en la respuesta, la especificación de la ondulación detalla el nivel de la respuesta máxima de pico y la mínima en un valle, y de nuevo se expresa en dB.
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Filtros de banda pasante de cerámica con plomo que muestran los tres pines de conexión – entrada, salida, común
  • Anchura de banda de atenuación: Esta especificación detalla la diferencia entre las dos frecuencias en las que la atenuación alcanza un nivel especificado cuando se compara con el nivel mínimo de atenuación.

Por ejemplo, se puede especificar que un filtro de RF tiene un ancho de banda de 150kHz -20dB. Esto significa que los dos puntos donde la atenuación alcanza un nivel de 20dB comparado con el nivel mínimo en la banda es de 150kHz.

  • Especificación de selectividad: La especificación de selectividad es una medida de la atenuación alcanzada a un determinado desplazamiento de la frecuencia central. El desplazamiento utilizado dependerá de la frecuencia del filtro de FI y también del fabricante y de cómo quiera definirlo. Vale la pena comprobar los parámetros exactos de la especificación antes de comparar directamente las cifras de dos filtros cerámicos de FI diferentes.
  • Respuestas falsas: Todos los filtros de RF tenderán a tener alguna forma de respuesta espuria. En lo que respecta a los filtros cerámicos, estas respuestas a menudo surgen como resultado de otro modo en el que el elemento cerámico puede vibrar. Es esencial saber dónde se encuentran estas respuestas espurias y cuán grandes son para asegurar que no sean un problema para el diseño electrónico del elemento en cuestión. Si una respuesta espuria es un problema, entonces el diseño de RF puede necesitar incorporar un filtro adicional, posiblemente un filtro LC para asegurar que la respuesta espuria se reduzca a un nivel aceptable.
  • Impedancia de entrada y salida: Como con cualquier diseño de RF, es importante asegurar que el filtro vea la impedancia correcta en su entrada y salida.

Las razones normales para la coincidencia en los diseños de RF es asegurar la transferencia de potencia óptima, y aunque esto es importante para los filtros cerámicos, es más importante en términos de los otros parámetros de especificación. Si no se ve la impedancia correcta, el rendimiento del filtro de RF puede verse perjudicado, y a veces incluso es posible que los niveles de los modos de vibración espuria sean más pronunciados si se opera con una impedancia de la fuente o de la carga que se aleje del valor requerido.

  • Factor de forma: La especificación del factor de forma de un filtro se utiliza a veces para dar una indicación de su rendimiento. El factor de forma es la relación entre el ancho de banda de atenuación y el ancho de banda de paso. Al definir la especificación del factor de forma para cualquier filtro también es necesario citar las cifras del ancho de banda de paso y del ancho de banda de parada o de atenuación, ya que estas cifras pueden variar de un fabricante a otro, o cuando se trata de diferentes tipos de filtro. Cuanto más pronunciada sea la pendiente entre la banda de rechazo y la de paso, más se aproxima al valor en que se convierte el factor de forma.

Una especificación típica puede ser que un filtro cerámico tenga un factor de forma de 2:1 para niveles de atenuación de 3 / 20dB. Esto define el factor de forma para un ancho de banda de paso tomado como el punto de -3dB y el ancho de banda de parada donde la atenuación alcanza los -20dB. Los filtros de cristal de cuarzo del Soem pueden usar cifras de -6dB y -60dB para sus cifras de atenuación de banda de paso y banda de parada.

  • Característica de tiempo de retardo de grupo: Para muchas aplicaciones de bajo costo, el retardo de grupo no es un problema, pero para las aplicaciones donde la fase y la frecuencia se utilizan para la transmisión de información, el GDT es importante.

La distorsión por retardo de grupo se produce cuando el desplazamiento de fase de una señal que pasa a través de un filtro cerámico, o para el caso de cualquier red, no es constante cualquiera que sea la frecuencia presente.

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Característica de tiempo de retardo de grupo con respuesta de amplitud

Cuando el retardo de grupo varía con la frecuencia, entonces se produce la distorsión, y es importante para una variedad de transmisiones, incluida la modulación de frecuencia y, por supuesto, las diversas formas de modulación de amplitud de fase y cuadratura.

Para obtener el mejor rendimiento, el retardo de grupo debe ser plano con respecto a la frecuencia, pero en realidad esto no es posible y se debe tratar de obtener las cifras óptimas.

  • Tipos de paquetes: Los paquetes tradicionales para los filtros cerámicos de RF son un paquete cerámico con tres cables para el montaje en un agujero pasante en una placa de circuito impreso. En vista del uso de dispositivos de montaje en superficie, los filtros cerámicos están disponibles en una variedad de formatos SMD.
  • Fuente de suministro: Cuando se construye un filtro pasabanda cerámico en cualquier diseño, y especialmente cuando se pueden necesitar grandes volúmenes, se debe tener cuidado para asegurar que el suministro sea fiable. Típicamente en estos días, los fabricantes de componentes electrónicos venden su producto a través de distribuidores de componentes electrónicos. Sólo tratan directamente con los mayores fabricantes de equipos

Al seleccionar una pieza adecuada, debe evaluarse en función de la fiabilidad del suministro durante la vida de fabricación del producto, y también de la disponibilidad de cantidades menores durante la vida de mantenimiento del producto. Normalmente, el distribuidor de componentes electrónicos podrá asesorar al respecto.

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La selección de un buen socio en cuanto al distribuidor de componentes electrónicos con el que trabajar es esencial para mantener el suministro de los componentes electrónicos, incluidos los filtros pasabanda cerámicos para cuando se necesiten.

Especificaciones típicas de los filtros cerámicos de FI

Para dar una idea de cuáles pueden ser los parámetros de especificación típicos de un filtro cerámico de RF, se han resumido aquí algunos ejemplos. Estos ejemplos muestran las cifras típicas que pueden alcanzarse con estos filtros de RF.

Se dan cifras para un filtro de RF de 455kHz del tipo que podría utilizarse para la recepción de radio AM en banda de onda media, y otro para un filtro de RF de 10,7MHz del tipo que podría utilizarse para la recepción de radio FM en VHF. 455kHz y 10,7MHz son dos frecuencias intermedias muy populares que se utilizan para muchas radios de difusión, para las que se fabrican muchos filtros cerámicos.

ESPECIFICACIÓN PARA LA TÍPICA CERÁMICA DE 455KHZ SI EL FILTRO
PARÁMETRO DETALLES
Frecuencia central 455kHz ±1.5kHz
-6dB de ancho de banda 10kHz
-40dB de ancho de banda 20kHz
En la onda de la banda 2.0dB
Pérdida de inserción (máx.) 2.0dB
Atenuación de la banda de parada (min) a ±100kHz 27dB
Impedancia de la fuente y de la carga 1500Ω
Aplicaciones típicas previstas La sección AM de las radios de difusión AM/FM

Especificaciones típicas de los filtros cerámicos de FI

SPECIFICATION FOR TYPICAL 10.7MHZ CERAMIC IF FILTER
PARAMETER detalles
Centre frequency 10.7MHz
-3dB largura de banda 250kHz ±40kHz
-20dB largura de banda máxima 670kHz
Pérdida de inserción (máx.) 12.0dB
Espurio 9 – 12 MHz (min) -25dB
Impedancia de la fuente y de la carga 330Ω
Aplicaciones típicas previstas Receptores estéreo de alto grado, sistemas de transmisión digital, etc.

Estas son sólo las especificaciones básicas, la hoja de datos del fabricante dará los detalles y especificaciones de rendimiento completas.

Definir el rendimiento de un filtro cerámico es clave para comprender el rendimiento que ofrece y las especificaciones permiten elegir el filtro de RF correcto para el diseño de RF en cuestión. Al igual que muchos otros componentes electrónicos, los resonadores cerámicos y los filtros pasabanda se obtienen a través de un distribuidor de componentes electrónicos, ya que los fabricantes de la fuente tienden a no tratar con organizaciones de diseño y fabricación de equipos.

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