作者： Art Pini

如果在測試時需要純正的弦波，但只能使用諧波水平較高的任意函數發生器，該如何處理？如果您正在對兩臺信號發生器的輸出信號進行混頻，且須在混頻器輸出端選擇上邊帶成分。如何做到這一點呢？解決方案是使用內置射頻濾波器，例如帶有 SMA 連接器的 [Crystek Corporation][CLPFL-0200]（圖 1，左）和帶有 BNC ·連接器的 [CLPFL-0021-BNC]（圖 1，右）。

圖 1：內置同軸濾波器，例如帶有 SMA 連接器的 CLPFL-0200（左）或帶有 BNC 連接器的 CLPFL-0021（右），可以降低信號源上的信號諧波和噪聲。（圖片來源：Crystek Corporation）

通過選擇性地衰減不需要的頻率并傳遞所需的頻率成分，射頻濾波器可以凈化信號。內置濾波器適用于同軸線路，其標稱阻抗為 50 歐姆 (Ω)。這種濾波器通過減少信號帶寬來降低噪聲，還可控制信號頻譜，以減少諧波、圖像和干擾信號。

濾波器的類型

內置濾波器有多重配置類型，包括低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器（圖 2）。

圖 2：所示為低通、高通和帶通濾波器的頻率響應情況。（圖片來源：Art Pini）

低通濾波器可讓低于固定截止頻率的頻率通過，并消除截止頻率略高于基頻的信號諧波。高通濾波器可讓高于固定截止頻率的頻率通過，并消除截止頻率高于電力線頻率的干擾信號。 帶通濾波器可通過所需頻帶內的頻率來衰減不需要的信號，并用作射頻前端的預選濾波器。信號傳輸損耗較小的區域稱為通帶，信號衰減較大的區域稱為阻帶。通帶和阻帶之間的區域是過渡區域（過渡帶）。

選擇正確的濾波器

濾波器是針對特定的頻率響應特性而設計的，具體包括從通帶到阻帶的過渡銳度，通帶和阻帶的平坦度，以及作為頻率函數的相位響應。圖 3 所示為幾種經典設計。

圖 3：多種經典濾波器的頻率響應說明了滾降和平坦度特性的差異。（圖片來源：Art Pini）

巴特沃斯 (Butterworth) 濾波器具有平坦的通帶響應和適中的滾降率。貝塞爾 (Bessel ) 濾波器具有最線性的相位響應特性，但滾降最慢；通常用于必須以最小失真傳輸帶限脈沖波形的情況。切比雪夫 (Chebyshev) 濾波器具有快速滾降特性，但通帶中有波紋。逆切比雪夫濾波器具有平坦的通帶響應和快速滾降特性，但在阻帶中會有波紋。巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器是兩種使用最廣泛的在內置波器。

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，表示設計中的極點數。一般來說，濾波器階數越高，滾降速度越快（圖 4）。

圖 4：圖中所示為 5 階至 9 階濾波器的巴特沃斯低通濾波器響應特性的比較。濾波器階數越高，過渡區域的滾降速度越快。（圖片來源：Art Pini）

Crystek 的 CLPFL-0200 是一款 7^^ 階巴特沃斯低通濾波器，通帶為 DC 至 200 兆赫 (MHz)，在 210 MHz 頻率下的插入損耗為 2.2 分貝 (dB)。在 8 位模數轉換器 (ADC) 上進行有效位數 (ENOB) 測量時，可以使用這種濾波器清理信號發生器的輸出（圖 5）。

圖 5：所示為使用 200 MHz 低通濾波器消除信號發生器中的諧波和噪聲的結果。濾波后的信號（下方軌跡）顯著降低了噪聲和諧波水平。（圖片來源：Art Pini）

上方的軌跡顯示信號發生器的輸出頻譜，其二次諧波僅比基波低 22 dB。使用濾波器（下方軌跡）后，二次諧波下降超過 70 dB，而其他諧波則低于本底噪聲。還需注意，濾波器截止頻率以上的本底噪聲降低了 40 dB 以上。

高通濾波器消除頻率低于所需信號的干擾信號（圖 6）。

圖 6：所示為高通濾波器，用于從所需的 30 MHz 信號中消除 13 MHz 干擾信號（上圖）。濾波后的信號如下方軌跡所示。（圖片來源：Art Pini）

在圖 6 中，高通濾波器衰減了 13 MHz 的干擾信號并傳遞 30 MHz 的目標信號。在時域視圖（左上）中可以看到干擾信號造成的影響，即信號峰值的幅度變化。濾波后的信號（左下）具有平坦的峰值幅度。

諸如 Crystek 的 [CHPFL-0025-BNC]的濾波器（帶有 BNC 連接器的 7^^ 階 25 MHz 切比雪夫高通濾波器）可以衰減干擾信號。

Crystek 濾波器可提供高達 9^^ 階的配置。例如，上文提到的 CLPFL-0021-BNC 是一個 21 MHz 切比雪夫響應、9^^ 階低通濾波器，其過渡區域滾降速率約為每倍頻 55 dB。

帶通濾波器通常需要比低通或高通濾波器更多的組件，這會占用更多空間并增加 BOM。Crystek 使用表面聲波 (SAW) 技術解決了這個問題，使其帶通濾波器能夠與低通或高通濾波器封裝在同一個封裝中。例如，Crystek [CBPFS-0915]就是一種 SAW 帶通濾波器，具有 SMA 連接器和以 915 MHz 為中心頻率的 26 MHz 帶寬。

結語

內置射頻濾波器通過消除信號源的諧波、噪聲和干擾來提高測試性能。Crystek 等公司提供各種各樣的內置濾波器，以滿足您的信號調節需求。

審核編輯 黃宇