LC 滤波器设计请教

sword · 发表于 2006-9-4 15:32:00

最近小弟对LC 滤波器想做些研究,有些问题想请教下GGJJ,希望能指点几下!(PS:主要研究LC带通的)
总结了下,问题有以下几点:
  1.LC滤波器的拓扑结构都有那几种,各有什么优缺点吗?
  2.元件的理论设计值和实际市场上能购买的值如果有差距的话,比如我要4PF的电容,没有的话可以用2个并联得到的话,对性能有什么影响吗?
  3.假如要测试的,测试工装大概是什么呢?
  4.元件精度问题,精度大概是多少就能让设计下来的结果和实际结果相差不远?
  5.元件Q值问题,这个对性能的影响又是什么呢?
  以上为我现在急切想知道的问题,有那位有什么资料或者有实际经验的,希望能多多给小弟指点,我也愿意适当的给予回报!至于回报,我有的就是小弟在论坛收集的很多经典的滤波器设计资料和那么点RD,如果有需要,我也愿意全部奉送!谢谢各位!

lui1978 · 发表于 2006-9-20 09:47:00

昨天给的拓扑应该可以简化的，继续变换应该减少电容的个数，不过这个工作还是要你自己来完成了。

我的步骤是：先用ADS，用带通滤波器元件，输入指标，打开design guide运行，就能得到原始结构的滤波器数据，但LC数值比例很悬殊、不能直接用，只能自己做网络变换得到实际的拓扑。

所以，如果我昨天给的拓扑实验不行的话，你不妨按这个步骤重新试试看。[br]+1 RD币

lui1978 · 发表于 2006-9-5 11:20:00

参考书：不用多说，成电的《LC滤波器与螺旋滤波器》最合适。最要紧的是看norton变换和柯林变换，都是很有用的实际技术。

拆开过别人做的LC滤器，L波段用的，电感还是用空心线圈做的（机器绕制，内径很小，匝数不多，但强度很好，材料估计用的是高纯度的无氧铜线而不是一般的漆包线，否则Q值和抗震性能都不能过关），接地方式是直接焊在底板甚至外壳上，电容看不出什么名堂，都是贴片的。整个滤波器密封在2/3小指长的小屏蔽盒里面，输出是两根探针，直接插到电路板上的阴SMA同轴插座上。当然，别人也不会把窍门告诉你的。

元件Q值影响很大（特别是电感），主要影响边带抑制和插损，因此很难做好。频率低（几十兆）的情况下，电感最好用磁屏蔽的，这样Q值高一些。
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leo_YOU · 发表于 2006-9-7 22:40:00

lc滤波器也就是传统的分离器件搭键的滤波器，常用的一般有切比雪甫，巴特沃斯，椭圆滤波器，每一种形式的滤波器根据两端的阻抗大小的不同，又分为不同的形式，三种滤波器的优劣一般的电路教材上都可以查到，这里就不罗索了，如果你需要详细了解也可以联系我
另外对于理想器件和实际器件的差别，我不知道你现在是使用怎样的工具来设计滤波器，我的做法一般是先使用一些小工具把滤波器的结构定下来，并大致的得到一个参数组，然后在ads中仿真优化，优化中带入实际的器件模型逐步仿真，最后定下没一个器件的封装和值，这个过程要充分考虑你手上有的资源，不要作出太多没有的器件，虽然在频率低的时候有时候一些器件的封装和值的误差影响不会太大，但是如果你缺的真好是结构中敏感的那一个，可能就会出现较大偏差
实在没有的情况下，可以使用并联电容等方式实现，但是需要仿真确认。
问题回答了，还有什么需要欢迎交流[br]+3 RD币

sword · 发表于 2006-9-8 17:57:00

请教楼上的两位，如果计算出来的耦合电容值比较小，但是我确实能找到那么小的电容，这样直接焊上去的电路会不会出现什么问题？希望楼上的2位就此做些说明。

areng · 发表于 2006-9-8 18:06:00

频率不高时直接焊上去影响不大,频率高时会有影响,普通的电容在频率较高时先产生一次谐振,然后就变成电感了,还有你焊小电容时的焊盘(焊点)大小也影响.我没用过片状电容,我只做过一次低通的LC滤波器,电感是自己绕的,Q值不高,要不停的调试才行(就是把线圈的间距拉大或缩小),电容是用微带线形成的,因为这个电路不强调体积,如果一定要选用集总电容,建议选用容差小的微波专用电容.[br]+3 RD币

lui1978 · 发表于 2006-9-8 18:36:00

随便说说，抛砖引玉。

请问楼主，不知道我做滤波器的大致步骤对不对——
先根据指标，选定合适的种类，要是相位响应有要求、比如要求线性度好些（注：不是设计线性相位滤波器，那种东西另当别论），最好选边带没有那么陡峭的butterworth类型，甚至bessel；没有相位线性要求的话，选chebyshev较多（我看见的也是这种的产品较多）；当然选椭圆函数的也可以、只是手续复杂一些；
然后确定原型的元件数值，变换到真实拓扑，并反归一化成真实元件数值；
做norton变换，降低元件数值比，以便实现，这一步很重要；
collin变换，减少电感个数（如果必要的话）；
放到软件里面仿真优化，然后根据结果加工调试。

做多调谐回路的情况，如果耦合电容数值太小，就在微带上刻出一道小口子来实现（化学腐蚀出来，不是用手刻因为口子太细，有现成计算公式），或者用交指线结构的电容，会不会更方便些？

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sword · 发表于 2006-9-8 20:18:00

其实我还是建议如果频率不是太该，大概在800M以下的，选LC最合适了，毕竟实现起来方便，也方便调试。至于你说的步骤，大致是相同的，其实有些时候你可以试着先做一个谐振回路，再慢慢相外面拓展。这个就看习惯了。我也是刚接触，现在也在正在研究中。好多地方也是在请教高手。不过一起探讨，共同学习，这个进步挺快的。LC的不是很难，要做好也不容易。现在我也没做出过成熟的产品，也么什么发言权，以上说的也是和别人讨论过积攒下来的一些东西而已。等到我全部完成后，写篇文章，和大家再探讨下。[br]+1 RD币

leo_YOU · 发表于 2006-9-8 20:27:00

对，在1g一下的频率，选用lc比较适用，频率低了以后使用微带实现的话，会需要很大的面积，在8，9百兆的地方使用lc的时候一般仿出来的电感值不是很规则，有些比较小不好找，可以考虑用线圈实现，就是调试的时候比较麻烦一点[br]+1 RD币

leo_YOU · 发表于 2006-9-8 20:31:00

如果你在仿真的过程中就已经带入了实际电容的模型是没有问题的，我前一段时间仿的一个低通也是出现了几个pf的小电容，实际测的结果还可以。但是我建议还是尽量避免这种情况出现，你完全可以通过目标参数的设定来缩小器件的取值范围，至于怎么确定，需要在实际的调测和设计中积累，因为小电容一般比较敏感，容易受到温度以及加工的因素影响值发生变化，这样你的滤波器很容易偏移[br]+1 RD币

lui1978 · 发表于 2006-9-9 18:49:00

见过人家的LC滤波器产品，可以做到C波段一致性、稳定性仍很好，真的搞不清楚他们的窍门是什么。所以感觉LC滤波器的电感线圈选材、定值和估算倒不一定是难点，难的是如何能提高稳定性和一致性，提高工艺水平和调试的效率。

sword · 发表于 2006-9-14 19:59:00

请问LUI1978，最近这几天我经过实际的焊接电路和调试，总发现一个奇怪的问题，就是按照ANSOFT DESIGNER的向导计算出来的参数，再在微波办公室里面仿真调试，最后自己将元件值的范围缩小到手头现有的元件值，电感一般都是自己手绕，可是出现的问题总是带宽比较宽，然后就是回损下不来，插损上不去，做了个4 阶的电路，图如下面：[upload=jpg]UploadFile/2006-9/06914@52RD_LC.jpg[/upload]
这个电路经过自己的调整元件值，最后焊接下来后发现回损只有-12DB，而电感如果选用表帖的，插损一般都在-40DB左右，后来改成线圈绕的，但是结果还不是很好，能讲下这个是什么原因吗？我自己也摸索了下，发现这里面的耦合电容的值很重要，选取的不太合适，对滤波器的性能影响非常大。但是具体的影响又不是很清楚，能提示下我的电路的问题吗？还有就是你见过别的产品的实际电路，能介绍下别的电路一般选取什么拓扑结构吗？能否给我发封邮件吗？我的是delyvox@163.com,能不能给我些一般常用的拓扑结构呢？很感谢你能帮助我，希望能和你一起学习，一起进步。[br]+3 RD币

lui1978 · 发表于 2006-9-14 21:19:00

回复sword：唉，对于LC滤波器，我自己也只是那种属于“ 见过猪跑、没吃过猪肉”的菜鸟，同样希望有热心人解答我的问题呢。
我印象中：人家的产品都是容/感交替出现的，没有规律，似乎也是用网络变换搞过的，一个产品里面有十多个电容电感。具体拓扑，别人没有告诉我，我自己的练习中，则完全是根据norton变换的手续，从原形一步一步推出来的，变换后的元件的排列规律不太明显。由于在学校里面没有条件保证工艺，根本没有办法作试验；想去企业做，人家又怕我偷师、砸了他们的饭碗，所以一直没有办法很好的实践，只能在十几到几十兆的频段玩玩，呵呵。
你贴出来的滤波器，其中的电感是否太小了？这样的电感Q值似乎很难做高，我只做过低频的LC滤波器，感觉大一点的电感似乎更好（当然太大也不行，自谐振频率会降低，特别是频率太高的情况）。[br]+3 RD币

sword · 发表于 2006-9-15 12:54:00

LUI1978,你好,对于电感这快,我没有用NORTON变换,我自己的做法是使电感增大,缩小电容,使2着的乘机保持和远电路相同,因而使的谐振不变,但是在上面的电路里面,我的带宽很宽,带外抑制不好,尤其是高端,这个就不知道该怎么解决,减小耦合电容的值,可以让带宽变小,但是回损和插损就变的都差了,软件仿真的时候经过小软件的计算,尽量的将实际的因素考虑进去了,可结果总不是很好,不知道你能不能讲点解决办法或者思路呢?还有就是现在你是研究生吗?你主要也是搞滤波器吗?

VVX · 发表于 2006-9-15 13:12:00

能给出大致的指标吗?如频率范围,带外抑制,我做过一些1G以下的LC滤波器产品.

lui1978 · 发表于 2006-9-15 14:52:00

回复sword：本人是一实验员，主要做天馈，滤波器也看过一些，动手做得不多，只做过几种分布参数的，性能都是一塌糊涂。
如果是低频，那么很好办：选用损耗小的塑料骨架，多股线并绕，然后把电感线圈封在磁杯里面，Q值还是很高的。
一百几十兆的时候，我一般用镀银的线来做，没有的话，把漆包线刮干净，弄点硝酸银处理一下再焊接（匝间不能短路）。
软件我觉得不准确，因为实际工艺里面的事情太复杂，没法计算的。哪怕用ADS这样的牛工具，结果也只能参考。
所以我很想知道一些实际工艺的做法，否则也觉得很为难。[br]+1 RD币

sword · 发表于 2006-9-16 14:43:00

VVX,你好，我的频率在474M，带宽10M，带外要求是中心频率36M处插损到-20DB，这个大概怎么实现呢？谢谢了，我刚进公司，今年也刚毕业，让我做这个，现在弄的是焦头烂额了。弄出来了个，带宽40M，IL在2.9DB，差的太远了

VVX · 发表于 2006-9-18 14:32:00

回复sword：我对你的指标描述还是不大清楚,是不是中心频率474M,带宽10M,(带外要求是中心频率36M处插损到-20DB)是否这样理解:474M-36M=438M以下抑制 20DB;474M+36M=510M以上也抑制 20DB.

lui1978 · 发表于 2006-9-19 11:59:00

回复sword：不知道有否理解错你的指标，看看这个方案是否合适,里面的元件都是经过网络变换得到的,都能实现.

电容采用村田的贴片,电感要自己做,贴片的Q值不够.介质板尽可能用损耗小的，不要用环氧板。
【文件名】:06919@52RD_filter.rar
【格　式】:rar
【大　小】:17K
【简　介】:LC滤波器的设计方案（原理图和性能）
【目　录】:
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lui1978 · 发表于 2006-9-19 12:05:00

图片传不上来，只能存成rar上传。里面的两个串联0.7pF可以用一个0.33p来代替，一般电容不能小于0.2pF，否则无法实现，电感最好不要小于1nH，也是同样的道理。

lui1978 · 发表于 2006-9-19 12:12:00

对电感的制作，建议（我做过的）：选取粗一些的线，如0.8mm的，在较细的麻花钻头上绕制（如2mm的），脱胎取下，镀银（硝酸银+硫代硫酸钠+亚硫酸钠，注意清洗干净），然后用矢量网络分析仪加上夹具，作开短路单端校正，仔细焊接后测量其数值。匝数和电感量是非线性变化的，但仅仅是近似接近平方关系，也就是说，估算的式子算不准的。但是这仅仅是在较低的频段（100M）上用过，不知道是否适合400M。[br]+3 RD币

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