使用內置濾波器，提高低成本訊號源的測試效能

您的測試工作是否需要純正弦波，但您只有具有高諧波等級的任意函數產生器可用？也許您正在混合兩個訊號產生器的輸出，且必須在混頻器輸出選擇上旁波帶成分。您要怎麼做呢？解決方案是使用內置 RF 濾波器，例如 Crystek Corporation 含 SMA 連接器的 CLPFL-0200 (圖 1，左)，以及含 BNC 連接器的 CLPFL-0021-BNC (圖 1，右)。

圖 1：內置同軸濾波器，例如含 SMA 連接器的 CLPFL-0200 (左) 或含 BNC 連接器的 CLPFL-0021 (右)，可降低訊號源上的訊號諧波和雜訊 (圖片來源：Crystek Corporation)

RF 濾波器藉由選擇性衰減不需要的頻率，並且傳遞所需的頻率成分來淨化訊號。內置濾波器適合搭配同軸線路，其標稱阻抗為 50 Ω。這些濾波器透過減少訊號頻寬降低雜訊。還藉由控制訊號頻譜，以減少諧波、影像、干擾訊號。

濾波器類型

內置濾波器有幾種配置類型，包括低通、高通、帶通 (圖 2)。

圖 2：低通、高通、帶通濾波器的頻率響應 (圖片來源：Art Pini)

低通濾波器可讓低於固定截止頻率的頻率通過，並可消除截止頻率略高於基頻訊號的諧波。高通濾波器可讓高於固定截止頻率的頻率通過，並可消除截止頻率高於電力線頻率的干擾訊號。  帶通濾波器可讓所需頻帶內的頻率通過，衰減不需要的訊號，並且可用作 RF 前端的預選器。訊號傳輸損耗較小的區域稱為通帶，訊號高度衰減的區域稱為止帶。通帶和止帶之間的區域是轉態區域。

選擇正確的濾波器

濾波器係針對特定的頻率響應特性所設計。這些包括從通帶到止帶的轉態銳利度，通帶和止帶的平坦度，以及作為頻率函數的相位響應。圖 3 是幾種經典的設計。

圖3：幾種經典濾波器的頻率響應，顯示滾降和平坦度特性的差異 (圖片來源：Art Pini)

巴特沃斯濾波器具有平坦的通帶響應和適中的滾降率。貝塞爾濾波器具有最線性的相位響應，以及最慢的滾降；通常用於必須以最小失真傳輸帶限脈衝波形的情況。切比雪夫濾波器具有快速滾降但通帶中有漣波。逆切比雪夫濾波器具有平坦的通帶響應和快速滾降，但在止帶中有漣波。巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器是兩種最廣泛使用的內置濾波器。

任何類型濾波器的滾降特性都會受到其階數的影響。階數源自濾波器的傳遞函數，代表設計中的極點數目。一般來說，濾波器階數越高，滾降速度越快 (圖 4)。

圖 4：階數為 5 至 9 的巴特沃斯低通濾波器響應的比較。濾波器階數越高，轉態區域的滾降越快 (圖片來源：Art Pini)

Crystek 的 CLPFL-0200 是 7 階巴特沃斯低通濾波器，通帶為 DC 至 200 MHz，在 210 MHz 的插入損耗為 2.2 dB。在 8 位元類比數位轉換器 (ADC) 上進行有效位元數 (ENOB) 測量時，可以使用此濾波器清理訊號產生器的輸出 (圖 5)。

圖 5：使用 200 MHz 低通濾波器消除訊號產生器中諧波和雜訊的結果。濾波後的訊號 (下方軌跡)，其雜訊和諧波水準明顯降低 (圖片來源：Art Pini)

上方軌跡顯示訊號產生器的輸出頻譜，其第二諧波僅比基波低 22 dB。使用濾波器 (下方軌跡) 後，二次諧波下降超過 70 dB，而其他諧波則低於背景雜訊。請注意，濾波器截止頻率以上的背景雜訊降低達 40 dB 以上。

高通濾波器消除頻率低於所需訊號的干擾訊號 (圖 6)。

圖 6：高通濾波器在所需的 30 MHz 訊號 (上方軌跡) 中消除 13 MHz 干擾訊號，下方軌跡為經濾波的訊號 (圖片來源：Art Pini)

在圖 6 中，高通濾波器衰減 13 MHz 的干擾訊號，並且傳遞 30 MHz 的目標訊號。 在時域視圖 (左上) 可以看到干擾訊號的影響，即訊號峰值的振幅變化。經濾波的訊號 (左下) 具有平坦的峰值幅度。

CHPFL-0025-BNC 等濾波器是含 BNC 連接器的 7 階 25 MHz 切比雪夫高通濾波器，可以衰減干擾訊號。

Crystek 濾波器提供最多 9 階配置。例如，前文所述的 CLPFL-0021-BNC 是一個 21 MHz 切比雪夫響應、9 階低通濾波器。提供以每八度約 55 dB 滾降速度的轉態區域。

帶通濾波器通常需要比低通濾波器或高通濾波器更多的元件，這會佔用空間並增加物料清單。Crystek 使用表面聲波 (SAW) 技術解決此問題，可讓其帶通濾波器與低通或高通濾波器納入同一封裝中。Crystek 的 CBPFS-0915 是一款表面聲波帶通濾波器，含 SMA 連接器，以及以 915 MHz 為中心的 26 MHz 頻寬。

結論

內置 RF 濾波器可消除訊號源的諧波、雜訊、干擾，提高測試效能。Crystek 等公司提供各式內置濾波器，能滿足您的訊號調節需求。