ในฐานะซัพพลายเออร์ตัวกรอง LC ฉันได้เห็นบทบาทที่สำคัญโดยตรงว่าตัวกรองเหล่านี้เล่นในระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ การสูญเสียการแทรกเป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพที่สำคัญสำหรับตัวกรอง LC และการลดลงอย่างมีนัยสำคัญสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและการทำงานของระบบอย่างมีนัยสำคัญ ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีลดการสูญเสียการแทรกของตัวกรอง LC
ทำความเข้าใจการสูญเสียการแทรกในตัวกรอง LC
ก่อนที่จะดำน้ำในกลยุทธ์เพื่อลดการสูญเสียการแทรกมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าการสูญเสียการแทรกคืออะไร การสูญเสียการแทรกถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ส่งไปยังโหลดโดยไม่ต้องใช้ตัวกรองที่จะส่งไปยังโหลดเดียวกันกับตัวกรองที่แทรกระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลด โดยทั่วไปจะแสดงในเดซิเบล (db)
ในตัวกรอง LC การสูญเสียการแทรกเกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยหลายประการรวมถึงการสูญเสียความต้านทานในตัวเหนี่ยวนำและองค์ประกอบตัวเก็บประจุผลกระทบของกาฝากและความต้านทานต่อความต้านทานระหว่างตัวกรองและแหล่งที่มาหรือโหลด การสูญเสียการแทรกสูงสามารถนำไปสู่ความแรงของสัญญาณที่ลดลงการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของระบบที่เสื่อมโทรม
การเลือกส่วนประกอบที่มีคุณภาพสูง
หนึ่งในวิธีพื้นฐานที่สุดในการลดการสูญเสียการแทรกคือการเลือกส่วนประกอบตัวเหนี่ยวนำที่มีคุณภาพสูงและตัวเก็บประจุ
ตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำในตัวกรอง LC สามารถแนะนำการสูญเสียความต้านทานอย่างมีนัยสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สูง เมื่อเลือกตัวเหนี่ยวนำให้มองหาความต้านทาน DC ต่ำ (DCR) DCR ที่ต่ำกว่าหมายถึงพลังงานที่น้อยลงจะกระจายไปตามความร้อนในตัวเหนี่ยวนำทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกต่ำลง นอกจากนี้วัสดุหลักของตัวเหนี่ยวนำมีบทบาทสำคัญ ตัวอย่างเช่นแกนเฟอร์ไรต์สามารถให้การสูญเสียต่ำที่ความถี่สูงทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันตัวกรอง LC ความถี่สูงจำนวนมาก
ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือความถี่เรโซแนนท์ตัวเอง (SRF) ของตัวเหนี่ยวนำ SRF เป็นความถี่ที่ปฏิกิริยาอุปนัยของตัวเหนี่ยวนำเท่ากับปฏิกิริยาแบบ capacitive การใช้งานตัวเหนี่ยวนำใกล้หรือสูงกว่า SRF สามารถนำไปสู่การสูญเสียการแทรกที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของตัวกรองที่เสื่อมโทรม ดังนั้นเลือกตัวเหนี่ยวนำที่มี SRF อยู่เหนือช่วงความถี่ในการทำงานของตัวกรอง
ตัวเก็บประจุ
คล้ายกับตัวเหนี่ยวนำตัวเก็บประจุก็มีส่วนช่วยในการสูญเสียการแทรก เลือกตัวเก็บประจุที่มีความต้านทานซีรีย์ที่เทียบเท่ากันต่ำ (ESR) ตัวเก็บประจุ ESR ต่ำจะกระจายพลังงานน้อยลงเมื่อความร้อนลดการสูญเสียการแทรกโดยรวมของตัวกรอง วัสดุอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุก็เป็นข้อพิจารณาที่สำคัญเช่นกัน ตัวอย่างเช่นตัวเก็บประจุเซรามิกที่มีอิเล็กทริกคุณภาพสูงสามารถให้การสูญเสียต่ำในช่วงความถี่ที่กว้าง
ยิ่งไปกว่านั้นให้ความสนใจกับการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวเก็บประจุ การใช้ตัวเก็บประจุที่มีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าจริงมากสามารถเพิ่มต้นทุนและอาจไม่จำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่เสถียรช่วยให้มั่นใจได้ว่าค่าความจุยังคงค่อนข้างคงที่ในช่วงอุณหภูมิการทำงานซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาประสิทธิภาพของตัวกรองที่สอดคล้องกัน
การเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีตัวกรอง
ทอพอโลยีของตัวกรอง LC อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการสูญเสียการแทรก ทอพอโลยีตัวกรองที่แตกต่างกันเช่นต่ำ - ผ่าน, สูง - ผ่าน, วงดนตรี - ผ่านและตัวกรองปฏิเสธวง - มีลักษณะที่แตกต่างกันในแง่ของการสูญเสียการแทรก
ต่ำ - ผ่านฟิลเตอร์
ตัวกรองต่ำ - ผ่านได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณความถี่ต่ำและลดทอนสัญญาณความถี่สูง สำหรับตัวกรอง LC ต่ำ - ผ่านทอพอโลยีบันไดที่ออกแบบมาอย่างดีมักจะให้การสูญเสียการแทรกที่ต่ำกว่าใน passband เมื่อเทียบกับทอพอโลยีอื่น ๆ ในทอพอโลยีบันไดตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจะถูกจัดเรียงในชุด - คู่ขนานซึ่งสามารถช่วยให้ตรงกับความต้านทานของแหล่งที่มาและโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นลดการสะท้อนและการสูญเสียการแทรก
สูง - ผ่านฟิลเตอร์
ในทางกลับกันตัวกรองสูง - ส่งสัญญาณความถี่สูงและปิดกั้นสัญญาณความถี่ต่ำ AT - Network หรือ PI - Topology เครือข่ายสามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อลดการสูญเสียการแทรกใน passband ทอพอโลยีเหล่านี้สามารถปรับเพื่อให้การจับคู่ความต้านทานที่ดีขึ้นระหว่างแหล่งที่มาตัวกรองและโหลดลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากความต้านทานต่อความต้านทาน
Band - Pass and Band - ปฏิเสธตัวกรอง
วงดนตรี - ตัวกรองผ่านอนุญาตให้ช่วงความถี่เฉพาะผ่านในขณะที่แถบ - ปฏิเสธตัวกรองบล็อกช่วงความถี่เฉพาะ สำหรับตัวกรองประเภทนี้ทางเลือกของโทโพโลยีขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชัน ตัวอย่างเช่นตัวกรองส่วนหลายส่วน - ผ่านสามารถออกแบบมาเพื่อให้ passband แบนที่มีการสูญเสียการแทรกต่ำ โดยการเลือกค่าของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุอย่างระมัดระวังในแต่ละส่วนตัวกรองสามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้การตอบสนองความถี่ที่ต้องการด้วยการสูญเสียการแทรกน้อยที่สุด
ลดผลกระทบของกาฝาก
ผลกระทบของกาฝากในตัวกรอง LC อาจทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกเพิ่มเติม ความจุของกาฝากและการเหนี่ยวนำอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากรูปแบบทางกายภาพของส่วนประกอบและร่องรอยการเชื่อมต่อระหว่างกันบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
ความจุกาฝาก
ความจุของกาฝากสามารถแบ่งสัญญาณและทำให้มันข้ามเส้นทางตัวกรองที่ต้องการทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกเพิ่มขึ้น เพื่อลดความจุของกาฝากให้รักษาขนาดทางกายภาพของส่วนประกอบให้เล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ นอกจากนี้ใช้เทคนิคการจัดวาง PCB ที่เหมาะสมเช่นการแยกส่วนประกอบและร่องรอยเพื่อลดการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างพวกเขา ตัวอย่างเช่นการวางระนาบกราวด์ระหว่างเลเยอร์ที่แตกต่างกันของ PCB สามารถช่วยลดความจุของกาฝากระหว่างร่องรอย
การเหนี่ยวนำของกาฝาก
การเหนี่ยวนำของกาฝากในร่องรอยการเชื่อมต่อระหว่างกันสามารถนำไปสู่การสูญเสียการแทรกโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สูง เพื่อลดการเหนี่ยวนำของกาฝากให้ใช้ร่องรอยกว้างที่มีความต้านทานต่ำ ลดความยาวของร่องรอยให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นอกจากนี้ใช้ VIAs อย่างระมัดระวังเนื่องจาก VIAS สามารถแนะนำการเหนี่ยวนำเพิ่มเติม หากจำเป็นต้องใช้ vias หลายตัวให้ใช้แบบขนานเพื่อลดการเหนี่ยวนำโดยรวม
บรรลุการจับคู่ความต้านทาน
การจับคู่ความต้านทานระหว่างแหล่งที่มาตัวกรองและโหลดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการลดการสูญเสียการแทรก เมื่อความต้านทานของตัวกรองไม่ถูกจับคู่กับแหล่งที่มาและโหลดอย่างถูกต้องส่วนหนึ่งของสัญญาณจะสะท้อนกลับมาส่งผลให้สูญเสียการแทรกเพิ่มขึ้น
การพิจารณาที่มาและความต้านทานการโหลด
ก่อนที่จะออกแบบตัวกรอง LC สิ่งสำคัญคือต้องรู้ถึงความต้านทานของแหล่งที่มาและโหลด ในหลายกรณีแหล่งที่มาและความต้านทานโหลดได้รับมาตรฐานเช่น 50 โอห์มในแอปพลิเคชัน RF ออกแบบตัวกรองเพื่อให้มีความต้านทานอินพุตและเอาต์พุตที่ตรงกับแหล่งที่มาและความต้านทานการโหลด สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการปรับค่าของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุในตัวกรอง
เครือข่ายการจับคู่
ในบางกรณีอาจจำเป็นต้องมีเครือข่ายการจับคู่เพิ่มเติมเพื่อให้บรรลุการจับคู่ความต้านทานที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่นเครือข่าย L - แบบง่าย ๆ หรือเครือข่ายที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถเพิ่มได้ที่อินพุตหรือเอาต์พุตของตัวกรองเพื่อแปลงความต้านทานและลดการสะท้อนกลับ เครือข่ายการจับคู่เหล่านี้สามารถออกแบบโดยใช้เทคนิคการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่จัดตั้งขึ้นอย่างดีเช่นวิธีแผนภูมิ Smith
บทสรุป
การลดการสูญเสียการแทรกของตัวกรอง LC เป็นความท้าทายหลายอย่างที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับการเลือกองค์ประกอบ, โทโพโลยีตัวกรอง, เอฟเฟกต์กาฝากและการจับคู่ความต้านทาน ในฐานะซัพพลายเออร์ตัวกรอง LC เรามุ่งมั่นที่จะให้ตัวกรองคุณภาพสูงที่มีการสูญเสียการแทรกต่ำเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้าของเรา
หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับตัวกรอง LC ที่มีประสิทธิภาพสูงตัวกรองอีเอ็มไอ-ตัวกรองแบบพาสซีฟ, หรือตัวกรอง EMCเรายินดีที่จะหารือเกี่ยวกับความต้องการของคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถทำงานร่วมกับคุณเพื่อออกแบบและผลิตตัวกรองที่ให้การสูญเสียการแทรกต่ำสุดที่เป็นไปได้และประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ ติดต่อเราวันนี้เพื่อเริ่มกระบวนการจัดซื้อจัดจ้างและการเจรจาต่อรอง
การอ้างอิง
- Matthaei, GL, Young, L. , & Jones, EMT (1964) ตัวกรองไมโครเวฟ, อิมพีแดนซ์ - เครือข่ายการจับคู่และโครงสร้างการมีเพศสัมพันธ์ McGraw - Hill
- Gonzalez, G. (1997) แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟ: การวิเคราะห์และการออกแบบ Prentice Hall
- OTT, HW (2009) วิศวกรรมความเข้ากันได้ของแม่เหล็กไฟฟ้า Wiley - Interscience