فیلترهای کریستالی یکپارچه (MCF) - بسته‌بندی، فرکانس‌ها و کاربردها

مقدمه‌ای بر فیلترهای کریستالی یکپارچه (MCF)

فیلترهای کریستالی یکپارچه (MCF) فیلترهای میان‌گذر غیرفعالی هستند که بر روی یک بستر کریستالی پیزوالکتریک واحد (به عنوان مثال، کوارتز، نیوبات لیتیوم یا سیلیکات گالیم لانتان) ساخته می‌شوند. آنها از خواص رزونانس مکانیکی کریستال برای دستیابی به انتخاب‌گری عالی, افت درج کم, و پایداری دمایی بالا استفاده می‌کنند. MCFها به طور گسترده در سیستم‌های ارتباطی، ناوبری، پخش و ابزار دقیق که در آن کنترل دقیق فرکانس حیاتی است، استفاده می‌شوند.43.

مشخصات فنی کلیدی

1. بسته‌بندی و ابعاد

MCFها در بسته‌بندی‌های سوراخ‌دار و نصب سطحی (SMD) موجود هستند. انواع رایج عبارتند از:

• 49T (سوراخ‌دار، DIP):

  • ابعاد: ~11.0 × 4.5 میلی‌متر (استاندارد صنعت).

  • کاربردها: سیستم‌های قدیمی، تجهیزات صنعتی.

• UM-1/UM-5 (سوراخ‌دار، DIP):

  • ابعاد: UM-1 (12.5 × 5.0 میلی‌متر)، UM-5 (11.0 × 4.0 میلی‌متر).

  • کاربردها: ماژول‌های RF، ابزارهای تست.

• SMD 7050 (نصب سطحی SMD):

  • ابعاد: 7.0 × 5.0 × 1.4 میلی‌متر (فشرده‌ترین) 6.

  • کاربردها: طرح‌های محدود به فضا (به عنوان مثال، دستگاه‌های IoT، پوشیدنی‌ها).

• UM-1MJ/UM-5MJ (نصب سطحی SMD):

• ابعاد: UM-1 (11.8*7.8*3.5 میلی‌متر)، UM-5 (9.8*7.8*3.5 میلی‌متر).
• کاربردها: ماژول‌های RF، ابزارهای تست.

2. محدوده‌های فرکانسی و پیکربندی قطب

MCFها فرکانس‌هایی از 10 مگاهرتز تا 250 مگاهرتز را پوشش می‌دهند و تعداد قطب‌ها (2 تا 8 قطب) انتخاب‌گری را تعیین می‌کند:

• MCFهای کم فرکانس (10 تا 50 مگاهرتز):

  • نمونه‌ها: 10.7 مگاهرتز (49T)، 21.4 مگاهرتز (UM-1)، 45.0 مگاهرتز (SMD 7050) 46.

  • پهنای باند: ±1 کیلوهرتز تا ±20 کیلوهرتز (باند باریک).

• MCFهای پر فرکانس (50 تا 250 مگاهرتز):

  • نمونه‌ها: 58.05 مگاهرتز، 73.35 مگاهرتز (SMD 7050).

  • پهنای باند: ±20 کیلوهرتز تا ±100 کیلوهرتز (باند پهن) 8.

• عملکرد وابسته به قطب:

  • 2 تا 4 قطب: ضریب شکل 5:1 (پهنای باند 20 دسی‌بل تا 3 دسی‌بل)، افت درج 3 تا 4 دسی‌بل.

  • 6 تا 8 قطب: ضریب شکل 2.5:1 تا 2.0:1، افت درج 4.5 تا 5 دسی‌بل، رد خارج از باند برتر (>65 دسی‌بل) 8.

3. ویژگی‌های الکتریکی

• افت درج: 3 تا 5 دسی‌بل (معمولی).

• امپدانس: 800 Ω (استاندارد)، قابل تنظیم (50 Ω تا 1 کیلوΩ).

• ریپل باند عبور: ≤1 دسی‌بل.

• پایداری دما: ±10 ppm در -40 درجه سانتی‌گراد تا +85 درجه سانتی‌گراد 68.

4. کاربردها

MCFها امکان تفکیک فرکانس را در موارد زیر فراهم می‌کنند:

• ارتباطات بی‌سیم: انتخاب کانال در رادیوها (به عنوان مثال، 10.7 مگاهرتز برای گیرنده‌های FM) 4.

• سیستم‌های ماهواره‌ای و ناوبری: فیلتر کردن با نویز فاز کم برای GPS/GLONASS.

• تجهیزات پخش: فرستنده‌های تلویزیونی (45 مگاهرتز، 70 مگاهرتز).

• کنترل‌کننده‌های صنعتی: CAN bus، رابط‌های اترنت 9.

جدول انتخاب MCF بر اساس بسته‌بندی و فرکانس

جدول زیر MCFهای استاندارد صنعت را خلاصه می‌کند:

<

تصاویر	نوع بسته‌بندی	ابعاد (میلی‌متر)	فرکانس (مگاهرتز)	قطب‌ها	پهنای باند	افت درج	کاربردها
	49T	11.5*4.5*11.2mm	10.7MHz	2 قطب 4 قطب 6 قطب 8 قطب	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	رادیوهای FM، ارتباطات صنعتی، مخابرات
	49TMJ	14.7*11.5*5.2mm	10.7MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	رادیوهای FM، ارتباطات صنعتی، مخابرات
	UM-1	7.8*3.1*8.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.5 dB	فرستنده‌های گیرنده RF، مخابرات
	UM-1MJ	11.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	مخابرات
	UM-5	7.8*3.1*6.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	مخابرات
	UM-5MJ	9.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	مخابرات
	SMD 7050	7.0*5.0*1.4mm	21.4MHz, 21.7MHz, 45.000MHz 109.65MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz ±7.5KHz~±15KHz	3.0 dB	5G IoT، پوشیدنی‌ها، هوافضا 46، مخابرات

ملاحظات طراحی

• ضریب شکل: برای رد کانال مجاور حیاتی است. نسبت‌های کمتر (به عنوان مثال، 2.0:1 برای 8 قطب) انتخاب‌گری را افزایش می‌دهند 8.

• کاهش EMI: از محافظ زمین برای MCFهای SMD در محیط‌های با نویز بالا استفاده کنید.

• تطبیق امپدانس: اطمینان حاصل کنید که امپدانس سیستم (به عنوان مثال، 50 Ω) با مشخصات MCF همخوانی دارد تا بازتاب‌ها به حداقل برسد.

روندهای آینده

• کوچک‌سازی: بسته‌های زیر 5.0 × 3.2 میلی‌متر برای دستگاه‌های 6G.

• فیلترهای هیبریدی: ترکیب MCF با SAW/BAW برای پهنای باند فوق‌العاده وسیع (0.5 تا 5٪ پهنای باند نسبی) 3.

• مطابقت با AEC-Q200: MCFهای درجه خودرو برای سیستم‌های خودرو به همه چیز (V2X) 9.

نتیجه‌گیری

MCFها پایداری فرکانس و ضریب Q بی‌نظیری را در بسته‌های فشرده ارائه می‌دهند. طراحان باید تعداد قطب را برای انتخاب‌گری، اندازه بسته را برای ادغام و تلرانس فرکانس را برای مقاومت محیطی در اولویت قرار دهند. برای نیازهای پیشرفته (به عنوان مثال، >100 مگاهرتز، 8 قطب).