对滤波器中片状电容的研究-易迪拓培训.PDF

对滤波器中片状电容的研究 彭龙新 (南京电子嚣件研究所．210016) 攮薹：本文指出了涟渡矗的设计结果与舅斌结果之阃产生根大撅事慵差的纛囡·量主薹的原因是学生们认 为滤波嚣中所用的片状电容是理想屯吝．但事实是片状电容育寄生效应．我们通过～种新的方法毫立了片状电容的等效 电路．确定了电路中的奄生’数，然后采用此电謇尊姓电略设计了十撕的蕾馥曩(同时考虑了造戚频率慵麓的其他暖 因)来验证这种方法的正确性．新设计的滤涟嚣的测试结果与模拟结果很好地均台丁 关t诃·带通滤波嚣：片状电容：簪被电路 1． 引言 学生们的课题如图l所示，是一个使用了两个片状电容的带通滤波器，不过测试 结果与当初设计的相差甚远，使得学生们不相信微波电路和老师了!他们测试出来的 中心频率与设计的相比偏移了30％。这种情况并非只出现在滤波器中．我们还发现，蹦 片状电容作输出端隅直和白偏旁路的压控振荡器的频率也漂移了大约25％之多。所以片 状电容的使用可能有点问厥，但究竟是什么问题呢? 图】．带通滤波器的版图 通过研究，我们已经发现了两个造成滤波器出现问题的原因： 1)滤波器电路中 使用了片状电容。在滤波器与压控振荡器的设计中，片状电容被认为是理想的，但事 实上片状电容存在寄生参数，比如串联电感．电阻以及并联电容：2)微带线的耦合． 我们发现中间连线较短(大约200密耳)的时，必须考虑耦台。因为当电磁波频率为 1GHz时它在空气中的波长只有30厘米．如果不考虑耦合，实测的带宽要比设计的要 大。通过数学曲线描述与实验相结合的方法问题已经得到解决。 2． 确定片状电容等效电路的新方法 ·329· 要得到片状电容等效电路需经过如下步骤：第一次设计一测试一假设片状电容 等效电路…曲线吻合一—使用此片状电容等效电路设计一个使用不同电容值的新滤波 器一通过测试新的滤波器验证等效电路是否正确· Fig．3．0805片状电容等效电路 酋先设计一个带通滤波器，滤波器中的两个4．7pF电容认为是理想的。和图4所 示的溯试结果相比，它的上限截止频率从1．292G1．1z移到1．04GHz，下限截止频率从 0．697Gttz移到0．627GHz，整个带宽缩小了30．5％。可以看出设计与测试之间存在着很 大差异。随着频率的升高，这种差异会越来越大。这表明片状电容并非一个理想的电 容，它包含寄生参数。因此我们假设片状电容的等效电路包含一个串联电感、一个小 电阻、两个并联电容，如图3所示。接着用这个等效电路替换掉滤波器电路中的片状 电容。我们可以变换寄生参数的值直到模拟出来的曲线与测试出来的曲线相吻合为 止，如图4所示。最后片状电容等效电路就得到了。事实上得到的这个等效电路还包 含焊点的不连续性。从这个等效电路中我们可以看到片状电容还包含一个1．4nH的串 联电感，两个0．8pF的并联电容和一个小电阻。其中的电感使上限截止频率变小，使 带宽变窄，并联电容在很大程度上影响较高频率处的结果，而串联电阻将增加一点损 耗。 雀f8：：ij：?{g!铿：：(。．，¨～，，：，。，： 0岳冈薄‰隔+埘≮十{～ 。．“丰删酣—b纠脯咖b蒸 芦墨』善弭M斗{。川茏 ；暑毒。j苒孓耳；一ljii ua …。_·。……q。 qi=。r。--bo■o■矗o f…．CHz r…·CHz 9‘g·4·片状电容被认为是零袈挚尊设计与测试之间的频率偏差 为了验证等效电路的正确性，我们采用得到的等效电路，设计电容值不同的滤波 器。使用理想电容的设计结果、使用电容等效电路的设计结果和测试结果如图5所 示。从图中可以看出采用理想电容设计的滤波器的频率与测试结果有很大差别，而采 用等效电路设计的结果与测试结果很好的吻合了，表1列出了频率偏差和带宽误差。 …_oo…^…∞to—h