2700kHz宽带石英晶体滤波器的研制

2700kHz宽带石英晶体滤波器的研制

刘建国

610404196909262036 咸阳振峰电子有限公司 陕西省咸阳市 712000

摘要：石英滤波器是以石英谐振器为基本元件，应用于通信、电子产品等方面的选频装置，在实际应用中具有频率稳定，选择性好、通带波动范围小、中心频率偏差小等特征，具有良好的应用特性。

关键词：宽带；石英晶体；滤波器；2700KHz

本设计通过多节数宽带滤波器电路及不等量参数相同节设计思路，使设计方案中滤波器宽带、矩形系数及衰减等都能够达到更好的技术指标，有效提升产品应用水平^[1]。

1、主要技术指标

本方案设计主要技术指标如下：标称频率：2700KHz；插入衰减：≤8dB；阻带衰减：≥105dB；中心频率偏差控制在±200Hz；通带宽度为ΔF（3dB）10kHz±0.2kHz；阻带宽度为ΔF（60dB）≤15kHz；工作温度范围为-40°C～70°C。

2、滤波器的设计

2.1 设计原则和要求

2700kHz宽带石英晶体滤波器属于分体式滤波器，其具有中心频率低、通带宽度要求严、波动范围小、阻带衰减抑制高、温度范围宽等优势，能够应用于多种不同生产场景。在进行设计时，首先需要考虑滤波器的基本特性，以此选择对应的元器件，需要关注的主要方面是晶体元件的制造技术和线路设计。同时根据设计要求选择合适的设计方法，在本设计方案中，采用的是不等量参数相同节设计法，采用不等量参数相同节、一臂两晶体三节六极点线路设计方式，共需要晶体12节。

2.2 电路选择

在不等量参数相同节设计法中，设计理论依据为晶体谐振器参数呈倍数关系，在同一节滤波器电路中，所选择的晶体谐振器参数具有明显差异，具体设计线路图如图1所示。

图1 不等量参数相同节电路图

2.3 晶体谐振器的设计

该设计方案中，共需要12支晶体，依照传统设计模式，需要考虑的设计因素主要包括技术指标、滤波器在实际生产中的结构特点和体积大小等。根据客户实际使用要求，设计方案要尽量降低产品体积，确保设备在较宽温度范围内保持频率的工作稳定性，这对设计工作开展提出了较大难度。在综合考虑设计原理、滤波器工作原理及电路等各个方面设计要求的基础上，最终提出如下设计方案：一是选用厚度切变为AT切型、35°05′的切角晶片；二是采用12支晶体，一臂两晶体三节六极点的线路布置形式；三是利用电容输入方法，尽量控制外部电路对设备运行的干扰，尽量降低滤波器在实际运行中的衰减幅度。

为更好确保研制产品性能达到设计要求，在晶体谐振器设计中，应当重点关注频率的确定。宽带晶体滤波器的通带带宽与设计方案中的等效电感和等效电容有着直接关系，要想提升通带宽度，必须要提升晶体谐振器的宽串并联频率间隔，尽量提升等效电容。但是要提升等效电容则需要通过增大被银电极直径来实现。这一设计参数又决定于矩形系数和阻带衰减限制。因此具体方案设计首先需要考虑的参数是电极直径，在这一参数确定的前提下，尽量提升等效电容参数，尽量提升小等效电阻参数^[2]。但是对晶体滤波器而言，不可避免的会存在带外寄生现象，对于这种现象，只能够尽量避免，而无法达到完全抑制的标准。出于这一条件限制，在本设计方案中选择圆形倒边片，其具有单频性好、寄生振动少等特征。在选取合适的滚筒进行倒边后，就能够获取最大的串并联频率间隔。晶体谐振器的具体参数如图2所示。

图2 晶体谐振器参数

2.4 滤波器调试

滤波器调试的基本方法是通过对电容和变量器初级线圈匝数进行调整，同时观察网络分析仪实际显示结果，在衰减曲线达到最佳状态时，即说明调试结果达到设计要求。通过曲线变动可以得知，本设计方案出现主问题集中在两个方面：一是波动性严重不达标；二是阻带衰减达不到设计要求。分析其主要影响因素，主要是滤波器的高地温波动较大，达到2.5dB，在常温状态下，阻带衰减难以达到技术要求。

从上述问题及原因分析，通过如下方式对研制方案进行调整，从而达到设计目的。

首先是对低频石英晶体元件进行调整，确保其所引起的波动幅值变化能够达到设计要求。在进行实验时，进一步对晶片的切角、误差等进行修正，对各项参数进行再次细化调整。选择晶体谐振器等效电容、等效电阻及频率等各项参数都较为接近的元件进行装配^[3]。其次是对线路布局进行优化，由于体积参数的限制，使得元件排线较为混乱，分布电容对滤波器性能调试产生重要影响，因此通过这方面调整，能够尽量降低滤波器衰减。最后是选用铁氧体环形磁芯进行绕制电感线圈，以此能够使电感线圈满足滤波器设计所要求的温度特性。

3、测试

在完成调试流程后，确保滤波器的高低温筛选、老化、封装等都能够较好的达到设计指标要求，其测试曲线如图3所示。

图3 2700kHz滤波器通带幅频特性

基于本研制方案可以发现，晶体滤波器的设计调试中，主要控制的参数在于高低温工作状态，只有在完成这方面调试的基础上，对相关元件和参数进行优化，才能够达到最佳优化结果。在此基础上，可以参考其他频段设计要求进行设计，以此能够为晶体滤波器运行稳定和应用范围拓展奠定良好基础。

参考文献

[1]陈亮,尚峰,韦浪飞.高频宽带带阻石英晶体滤波器的研制[J].电子测试,2018(15):40-42.

[2]张辉.2700kHz宽带石英晶体滤波器的设计制作[J].电子技术与软件工程,2015(13):147-148.