濾波器電路用于從信號中去除不需要或不需要的分量。當(dāng)將多個信號或頻帶耦合到/來自天線時，過濾和匹配阻抗的網(wǎng)絡(luò)（例如 Pi 濾波器和 T 濾波器）是從 RF 收發(fā)器到天線的最后連接中的橋接器。這些電路不僅通過某些頻帶同時區(qū)分其他頻帶，它們還匹配阻抗并且可以允許雙工和循環(huán)電路提供全雙工雙向通信。在設(shè)計射頻部分時，很高興知道我們的武器庫中有這些部件。

　　本文將討論這些濾波器如何拒絕或通過符合特定標(biāo)準(zhǔn)的頻帶以及允許通過同一路徑進(jìn)行多標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)念l帶。

　　硅的局限性

　　物理限制不允許單片硅實現(xiàn)高效的全范圍性能。濾波器、衰減器、傳輸線、隔離屏障、浪涌抑制器等在硅中不能像在更大范圍內(nèi)由其他襯底材料構(gòu)建時那樣有效（至少目前還不能）。

　　例如，我們可以在單芯片芯片上的敏感級之間制作片上介電絕緣體。但是，隨著電壓尖峰幅度的增加，硅絕緣體的特性不能承受更高的電壓。此外，除非我們在三個維度上進(jìn)行絕緣，否則會在某個點發(fā)生電弧。這也適用于浪涌抑制。一個小區(qū)域可以消散、吸收或分流的能量只有這么多。

　　對于片上電容器，介電材料在硅方面的能力有限。無論是電荷存儲還是時序相關(guān)，電容器都依賴于間距、面積和電介質(zhì)的物理特性。如果沒有高介電常數(shù)和面積，即使存在米勒效應(yīng)，合適尺寸的電容器也可能無法在芯片上實現(xiàn)。

　　因此，現(xiàn)代射頻級的許多最佳解決方案都依賴于外部組件來匹配硅輸入/輸出級特性與高效天線，并提供 EMI/RFI 保護(hù)以防止不受歡迎的來源。甚至 PCB 走線也充當(dāng)組件（傳輸線）。雖然模擬器很好，但唯一真正衡量成功的標(biāo)準(zhǔn)是您可以測試和表征即將投入生產(chǎn)的完成設(shè)計。

　　選擇和特點

　　單級濾波器可以通過四種方式之一來實現(xiàn)。這些包括扼流圈、R/C 濾波器、L/C 濾波器和 Pi/T 濾波器。這些可以組合成波形、區(qū)分或傳遞特定頻率。

　　扼流濾波器是具有電磁磁阻的電感器或鐵氧體磁珠（圖 1）。它們也可以是鑒別射頻階段的有用部分。高頻信號無法通過，并且在這些頻率上看起來像電阻。Bourns FB20011-3B-RC等部件在給定頻率下通過電阻進(jìn)行額定，在這種情況下，100 MHz 時為 415 歐姆。在這種情況下，可以在將大功率發(fā)射器耦合到天線時使用分立部件。在傳輸階段使用時，載流能力也是一個重要的額定值。

　　因此，扼流圈和共模扼流圈主要用于電源，但也可用作大功率射頻收發(fā)器中的濾波器元件。例如，可以使用接收器電路共享雙頻天線，該接收器電路（部分）由一個扼流圈保護(hù)，該扼流圈不允許發(fā)射頻率傳回敏感的接收電路。共模扼流圈還可以阻止任何高功率感應(yīng)信號回流到電路中，因為它會抑制共模信號。

　　圖 1：簡單的扼流圈可以去除信號的高頻分量并恢復(fù)調(diào)制信號的直流或信號部分。它們還可以保護(hù)靠近大功率發(fā)射器的本地接收器電路。

　　電容濾波器阻斷交流并在整流后恢復(fù)直流電平，用于電源，但也可以與電阻器、扼流圈和電感器結(jié)合，以純無源方式實現(xiàn)多極濾波器。這些 R/C 和 L/C 濾波器可以提供單極濾波器特性，可以通過菊花鏈方式創(chuàng)建具有更陡峭抑制曲線的無源多極版本。請注意，這些無源級也會衰減信號，因此需要放大才能將其恢復(fù)到可用范圍。

　　總體而言，無源 R/L/C 濾波器的靈活性和性能以特殊方式與 Pi 和 T 濾波器相結(jié)合，以優(yōu)化射頻設(shè)計的性能。更重要的是，它們被集成到小型單封裝設(shè)備中，可以輕松安裝在現(xiàn)代 PCB 中的緊湊空間中。

　　Pi 過濾器和 T 過濾器

　　Pi 濾波器基本上是一個被兩個電容器包圍的電感器，排列方式類似于希臘字母 Pi。選擇輸入電容器以提供低電抗并排斥大部分干擾頻率或頻帶以阻止。與其相反，T 濾波器使用兩個并聯(lián)電感器和一個耦合電容器。這些單級濾波器可以用作低通、高通、帶通和帶阻。

　　由于電容分流，Pi 濾波器在兩端的高頻處呈現(xiàn)非常低的阻抗。相反，由于電感耦合，T 型濾波器在高頻下具有非常高的阻抗（圖 2）。

　　圖 2：低通 Pi 濾波器（左）可以接入射頻傳輸路徑，僅允許較低頻率通過。相反，高通 T 濾波器（右）會阻擋較低頻段并允許較高頻率通過。這些部件可用于優(yōu)化每個頻段的性能并允許全雙工操作。

　　RF 收發(fā)器可以使用 T 濾波器阻止共享或競爭頻段，同時使用 Pi 濾波器清理和傳遞所需頻率。在任何一種情況下，正確選擇元件值都可以匹配兩側(cè)的阻抗，以最大限度地提高有源級、開關(guān)和天線之間的功率傳輸。

　　很多選擇

　　幾家優(yōu)質(zhì)制造商提供精心設(shè)計的Pi和T過濾器。當(dāng)試圖找到正確的部分時，這里的關(guān)鍵是一個好的參數(shù)搜索引擎。有這么多變數(shù)，很高興能夠縮小競爭范圍。

　　雖然許多特定于應(yīng)用的 Pi 濾波器是為音頻、數(shù)據(jù)線和電源調(diào)節(jié)而設(shè)計的，但也有一些通用部件以及 RF 目標(biāo)部件可用于無線設(shè)計。更重要的是，ESD 保護(hù)的集成讓這些單片濾波器可以在同一物理空間中執(zhí)行多項任務(wù)。

　　例如，考慮中心截止頻率為 100 MHz 的Murata 8 低通 L/C Pi 濾波器。單三階極性不敏感 0805 封裝濾波器包括一個 135 nHenry 電感器和 44 pF 電容器，可以通過 200 mA 電流。

　　Murata EMIFIL NFL21SP 系列等一系列部件在選擇正確的額定電流、電感、電容和中心頻率以使您的收發(fā)器與天線匹配時提供了靈活性（表 1）。

　　表 1：一些供應(yīng)商集中數(shù)據(jù)以幫助確定設(shè)計的最佳匹配。在這里，L/C 值和截止值讓設(shè)計人員可以選擇與電路最匹配的部件。

　　以類似的方式，需要實現(xiàn) 100 mA L/CT 濾波器的單個 3 階器件的設(shè)計人員可以利用TDK MEM2012S25R0T001。這款 3 端子 0805 封裝低通 T 濾波器具有 25 MHz 中心/截止頻率，在 70 MHz 至 2 GHz 范圍內(nèi)衰減 30 dB。此外，作為該公司MEM 系列3 端子濾波器的成員，從 25 到 200 MHz 的截止頻率允許在 10 V 最大值時提供 100 和 250 mA 的功率水平（表 2）。其他系列成員的電流高達(dá) 1 A。

　　表 2：在特定系列中，頻率參數(shù)的選擇將提供具有不同 L/C 值的解決方案，以希望與設(shè)計階段相匹配。單獨的表格提供了內(nèi)部使用的實際組件值。

　　最終，確定設(shè)計性能的最佳方法是在配置中對其進(jìn)行測試。您應(yīng)該研究一些不錯的工具 ，并且無線電收發(fā)器制造商通常也能夠為您指出他們在參考設(shè)計中建議的特定組件。參數(shù)搜索引擎是幫助您找到正確過濾器的另一個寶貴設(shè)備。