使用内联滤波器，通过低成本信号源提高测试性能

您是否需要一个纯正弦波进行测试，但只有一个具有高谐波电平的任意函数发生器可用?也许你正在混合两个信号发生器的输出，并且必须在 mixer 输出处选择上边带分量。你怎么能做到这一点呢?解决方案是使用直插式射频滤波器，例如 Crystek Corporation 的带 SMA 连接器的 CLPFL-0200(图 1，左)和带 BNC 连接器的 CLPFL-0021-BNC(图 1，右)。

图 1：内联同轴滤波器，例如带有 SMA 连接器的 CLPFL-0200(左)或带有 BNC 连接器的 CLPFL-0021(右)，可以减少信号源上的信号谐波和噪声。(图片来源：Crystek Corporation)

RF 滤波器通过在通过所需频率分量的同时选择性地衰减不需要的频率来清理信号。用于同轴线路的内联滤波器采用 50 欧姆 (Ω) 标称阻抗设计。这些滤波器通过降低信号带宽来降低噪声。它们还控制信号频谱以减少谐波、镜像和干扰信号。

过滤器类型

有几种类型的内联滤波器配置，包括低通、高通和带通(图 2)。

图 2：所示为低通、高通和带通滤波器的频率响应。(图片来源：Art Pini)

低通滤波器通过低于固定截止频率的频率，并且可以消除截止频率设置在刚好高于基频的信号的谐波。高通滤波器通过高于固定截止频率的频率，并且可以消除截止频率设置为高于电源线频率的干扰信号。带通滤波器通过在所需频带内传递频率来衰减不需要的信号，并可用作 RF 前端的预选器。信号传输且损耗很小的区域称为通带，信号高度衰减的区域称为阻带。通带和阻带之间的区域是过渡区域。

选择正确的过滤器

滤波器专为特定的频率响应特性而设计。这些因素包括从通带到阻带的过渡的尖锐度、通带和阻带的平坦度，以及作为频率函数的相位响应。图 3 中显示了几种经典设计。

图 3：几种经典滤波器的频率响应显示了滚降和平坦度特性的差异。(图片来源：Art Pini)

Butterworth 滤波器具有平坦的通带响应和适度的滚降速率。贝塞尔滤波器具有最线性的相位响应，但滚降最慢;当必须以最小的失真传输带宽限制脉冲波形时，通常会使用它。切比雪夫滤波器具有快速滚降，但在通带中有纹波。逆切比雪夫滤波器具有平坦的通带响应和快速滚降，但在阻带中表现出纹波。Butterworth 和 Chebyshev 是使用最广泛的两种在线过滤器。

任何滤波器类型的滚降特性都受其阶数的影响。该阶数源自滤波器的传递函数，表示设计中的极点数。一般来说，滤波器阶数越高，滚降越快(图 4)。

图 4：所示为 5 到 9 阶滤波器的巴特沃斯低通滤波器响应的比较。滤波器阶数越高，过渡区域中的滚降速度就越快。(图片来源：Art Pini)

Crystek 的 CLPFL-0200 是 7th-阶巴特沃斯低通滤波器，通带为 DC 至 200 兆赫兹 (MHz)，在 210 MHz 频率下插入损耗为 2.2 分贝 (dB)。在 8 位模数转换器 (ADC) 上进行有效位数 (ENOB) 测量时，该滤波器可用于清理信号发生器的输出(图 5)。

图 5：所示为使用 200 MHz 低通滤波器去除信号发生器谐波和噪声的结果。滤波后的信号(较低的迹线)显著降低了噪声和谐波水平。(图片来源：Art Pini)

上部迹线显示了信号发生器输出频谱，其中二次谐波仅比基波低 22 dB。使用滤波器(下迹线)，二次谐波下降超过 70 dB，而其他谐波低于本底噪声。另请注意，高于滤波器截止频率的本底噪声降低了 40 dB 以上。

高通滤波器可消除频率低于所需信号的干扰信号(图 6)。

图 6：所示是一个高通滤波器，用于从所需的 30 MHz 信号中消除 13 MHz 干扰信号(上部曲线)。滤波后的信号显示在下方的迹线中。(图片来源：Art Pini)

在图 6 中，高通滤波器衰减 13 MHz 干扰信号并通过目标 30 MHz 信号。干扰信号的影响可以在时域视图(左上)中看作是信号峰值的幅度变化。滤波后的信号(左下角)具有平坦的峰值振幅。

滤波器(如 Crystek 的 CHPFL-0025-BNC)、7th订购 25 MHz 切比雪夫高通滤波器，带 BNC 连接器，可以衰减干扰信号。

Crystek 过滤器提供多达 9 种th-order 配置。例如，前面提到的 CLPFL-0021-BNC 是 21 MHz 切比雪夫响应，9th-阶、低通滤波器。它提供了一个过渡区域，以每倍频程约 55 dB 的速度滚降。

带通滤光片通常需要比低通或高通滤光片更多的元件，低通或高通滤光片会占用空间并增加 BOM。Crystek 使用表面声波 (SAW) 技术解决了这个问题，使其带通滤波器能够与低通或高通滤波器安装在相同的封装中。SAW 带通滤波器示例是 Crystek CBPFS-0915，带有 SMA 连接器，带宽为 26 MHz，以 915 MHz 为中心。

结论

内联射频滤波器通过消除来自信号源的谐波、噪声和干扰来提高测试性能。像 Crystek 这样的公司提供各种在线滤波器，以满足您的信号调节需求。