濾波器電路用于從信號中去除不需要或不需要的分量。當將多個信號或頻帶耦合到/來自天線時，過濾和匹配阻抗的網絡（例如 Pi 濾波器和 T 濾波器）是從 RF 收發器到天線的最后連接中的橋接器。這些電路不僅通過某些頻帶同時區分其他頻帶，它們還匹配阻抗并且可以允許雙工和循環電路提供全雙工雙向通信。在設計射頻部分時，很高興知道我們的武器庫中有這些部件。

　　本文將討論這些濾波器如何拒絕或通過符合特定標準的頻帶以及允許通過同一路徑進行多標準傳輸的頻帶。

　　硅的局限性

　　物理限制不允許單片硅實現高效的全范圍性能。濾波器、衰減器、傳輸線、隔離屏障、浪涌抑制器等在硅中不能像在更大范圍內由其他襯底材料構建時那樣有效（至少目前還不能）。

　　例如，我們可以在單芯片芯片上的敏感級之間制作片上介電絕緣體。但是，隨著電壓尖峰幅度的增加，硅絕緣體的特性不能承受更高的電壓。此外，除非我們在三個維度上進行絕緣，否則會在某個點發生電弧。這也適用于浪涌抑制。一個小區域可以消散、吸收或分流的能量只有這么多。

　　對于片上電容器，介電材料在硅方面的能力有限。無論是電荷存儲還是時序相關，電容器都依賴于間距、面積和電介質的物理特性。如果沒有高介電常數和面積，即使存在米勒效應，合適尺寸的電容器也可能無法在芯片上實現。

　　因此，現代射頻級的許多最佳解決方案都依賴于外部組件來匹配硅輸入/輸出級特性與高效天線，并提供 EMI/RFI 保護以防止不受歡迎的來源。甚至 PCB 走線也充當組件（傳輸線）。雖然模擬器很好，但唯一真正衡量成功的標準是您可以測試和表征即將投入生產的完成設計。

　　選擇和特點

　　單級濾波器可以通過四種方式之一來實現。這些包括扼流圈、R/C 濾波器、L/C 濾波器和 Pi/T 濾波器。這些可以組合成波形、區分或傳遞特定頻率。

　　扼流濾波器是具有電磁磁阻的電感器或鐵氧體磁珠（圖 1）。它們也可以是鑒別射頻階段的有用部分。高頻信號無法通過，并且在這些頻率上看起來像電阻。Bourns FB20011-3B-RC等部件在給定頻率下通過電阻進行額定，在這種情況下，100 MHz 時為 415 歐姆。在這種情況下，可以在將大功率發射器耦合到天線時使用分立部件。在傳輸階段使用時，載流能力也是一個重要的額定值。

　　因此，扼流圈和共模扼流圈主要用于電源，但也可用作大功率射頻收發器中的濾波器元件。例如，可以使用接收器電路共享雙頻天線，該接收器電路（部分）由一個扼流圈保護，該扼流圈不允許發射頻率傳回敏感的接收電路。共模扼流圈還可以阻止任何高功率感應信號回流到電路中，因為它會抑制共模信號。

　　圖 1：簡單的扼流圈可以去除信號的高頻分量并恢復調制信號的直流或信號部分。它們還可以保護靠近大功率發射器的本地接收器電路。

　　電容濾波器阻斷交流并在整流后恢復直流電平，用于電源，但也可以與電阻器、扼流圈和電感器結合，以純無源方式實現多極濾波器。這些 R/C 和 L/C 濾波器可以提供單極濾波器特性，可以通過菊花鏈方式創建具有更陡峭抑制曲線的無源多極版本。請注意，這些無源級也會衰減信號，因此需要放大才能將其恢復到可用范圍。

　　總體而言，無源 R/L/C 濾波器的靈活性和性能以特殊方式與 Pi 和 T 濾波器相結合，以優化射頻設計的性能。更重要的是，它們被集成到小型單封裝設備中，可以輕松安裝在現代 PCB 中的緊湊空間中。

　　Pi 過濾器和 T 過濾器

　　Pi 濾波器基本上是一個被兩個電容器包圍的電感器，排列方式類似于希臘字母 Pi。選擇輸入電容器以提供低電抗并排斥大部分干擾頻率或頻帶以阻止。與其相反，T 濾波器使用兩個并聯電感器和一個耦合電容器。這些單級濾波器可以用作低通、高通、帶通和帶阻。

　　由于電容分流，Pi 濾波器在兩端的高頻處呈現非常低的阻抗。相反，由于電感耦合，T 型濾波器在高頻下具有非常高的阻抗（圖 2）。

　　圖 2：低通 Pi 濾波器（左）可以接入射頻傳輸路徑，僅允許較低頻率通過。相反，高通 T 濾波器（右）會阻擋較低頻段并允許較高頻率通過。這些部件可用于優化每個頻段的性能并允許全雙工操作。

　　RF 收發器可以使用 T 濾波器阻止共享或競爭頻段，同時使用 Pi 濾波器清理和傳遞所需頻率。在任何一種情況下，正確選擇元件值都可以匹配兩側的阻抗，以最大限度地提高有源級、開關和天線之間的功率傳輸。

　　很多選擇

　　幾家優質制造商提供精心設計的Pi和T過濾器。當試圖找到正確的部分時，這里的關鍵是一個好的參數搜索引擎。有這么多變數，很高興能夠縮小競爭范圍。

　　雖然許多特定于應用的 Pi 濾波器是為音頻、數據線和電源調節而設計的，但也有一些通用部件以及 RF 目標部件可用于無線設計。更重要的是，ESD 保護的集成讓這些單片濾波器可以在同一物理空間中執行多項任務。

　　例如，考慮中心截止頻率為 100 MHz 的Murata 8 低通 L/C Pi 濾波器。單三階極性不敏感 0805 封裝濾波器包括一個 135 nHenry 電感器和 44 pF 電容器，可以通過 200 mA 電流。

　　Murata EMIFIL NFL21SP 系列等一系列部件在選擇正確的額定電流、電感、電容和中心頻率以使您的收發器與天線匹配時提供了靈活性（表 1）。

　　表 1：一些供應商集中數據以幫助確定設計的最佳匹配。在這里，L/C 值和截止值讓設計人員可以選擇與電路最匹配的部件。

　　以類似的方式，需要實現 100 mA L/CT 濾波器的單個 3 階器件的設計人員可以利用TDK MEM2012S25R0T001。這款 3 端子 0805 封裝低通 T 濾波器具有 25 MHz 中心/截止頻率，在 70 MHz 至 2 GHz 范圍內衰減 30 dB。此外，作為該公司MEM 系列3 端子濾波器的成員，從 25 到 200 MHz 的截止頻率允許在 10 V 最大值時提供 100 和 250 mA 的功率水平（表 2）。其他系列成員的電流高達 1 A。

　　表 2：在特定系列中，頻率參數的選擇將提供具有不同 L/C 值的解決方案，以希望與設計階段相匹配。單獨的表格提供了內部使用的實際組件值。

　　最終，確定設計性能的最佳方法是在配置中對其進行測試。您應該研究一些不錯的工具 ，并且無線電收發器制造商通常也能夠為您指出他們在參考設計中建議的特定組件。參數搜索引擎是幫助您找到正確過濾器的另一個寶貴設備。