| |
Ю. Тисленко
Миниатюрные помехоподавляющие фильтры фирмы АМР для радиоэлектроники
Введение
Борьба с электромагнитными помехами (ЭМП) всегда являлась одной из серьезнейших
проблем при создании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В настоящее время эта проблема стала
еще более острой вследствие возрастания функциональных возможностей, миниатюризации, увеличения
плотности компоновки и сложности аппаратуры и роста взаимного влияния ее элементов [1].
Среди многочисленных способов подавления ЭМП в цепях питания, управления и коммутации РЭА важнейшим
является фильтрация паразитных сигналов при помощи помехоподавляющих фильтров нижних частот, позволяющих
осуществлять частотную селекцию сигналов [2, 3]. Такие фильтры нашли применение для подавления межсистемных
и внутрисистемных помех и развязки по высокой частоте при создании современных генераторных, усилительных,
приемо-передающих и преобразовательных модулей, радиотехнических блоков и устройств РЭА [4].
Помехоподавляющие фильтры включают между источником помех и нагрузкой в каждый незаземленный провод цепи питания,
по возможности, ближе к источнику помех.
Конструктивно фильтр представляет собой сочетание емкостных и индуктивных элементов, соединенных по С, L-C,
Pi или Т-схеме (рис. 1).
Рис. 1. Электрические схемы:
а)С-фильтра, б) L-C-фильтров, в)Pi-фильтра, г)Т-фильтра
С-фильтр (рис. 1а) представляет собой проходной конденсатор с тремя выводами. Применение таких фильтров является
наиболее простым способом подавления ЭМП в случае не очень высоких требований к эффективности фильтрации, особенно
когда необходима низкая стоимость.
L-С-фильтр (рис. 1б) состоит из одного индуктивного и одного емкостного элементов. В случае низкого импеданса
источника и высокого импеданса нагрузки применяют схему L-С (а). В противоположном случае — L-C (б).
Pi-фильтр (рис. 1в) содержит два емкостных и один индуктивный элементы. Он предполагает низкий импеданс как
источника, так и нагрузки. За счет второго конденсатора значительно улучшаются параметры поглощения фильтра.
Pi-фильтры не рекомендуется использовать в цепях коммутации. Для таких целей более пригоден Т-фильтр (рис. 1г),
предполагающий наличие высоких импедансов источника и нагрузки. Эффективность подавления ЭМП возрастает в
последовательности: С, L-C, Т, Pi-фильтры.
Применяемые в РЭА фильтры различных типов имеют коаксиальную конструкцию, основными элементами которой являются
проходной трубчатый или многослойный дисковый конденсатор и безвитковый дроссель в виде токонесущего центрального
проводника, окруженного магнитопроводом (трубкой) из термостабильного феррита. Использование конденсаторов
проходного типа обусловлено тем, что они имеют минимальную собственную индуктивность выводов. Отличительной
особенностью коаксиальной конструкции фильтров является неизменный характер их емкостного и индуктивного
сопротивлений в широкой полосе частот.
Разработку и промышленный выпуск помехоподавляющих фильтров осуществляют многие крупные фирмы CША, Европы и Азии:
Spectrum control Inc., Erie, Mucon, Potter (CШA), Tusonix (Франция), Oxley Developments Co (Англия), Siemens-Matsushita
(Германия-Япония), MuRata (Япония).
Одно из ведущих мест в этом ряду по праву принадлежит концерну АМР Incorporated — общепризнанному мировому
лидеру в области электрических и электронных соединительных систем, а также электронных компонентов. Наряду
с огромной номенклатурой низкочастотных и радиочастотных соединителей и разъемов фирма AMP выпускает большую
серию С и L-C-миниатюрных фильтров нижних частот.
C-фильтры фирмы AMP
Схематическая конструкция С-фильтров, а также их частотные зависимости вносимого затухания
показаны на рис. 2 [5].
Рис. 2. Внешний вид (а) и частотные зависимости вносимого затухания (б) емкостных фильтров фирмы AMP.
1 - центральный проводник, 2 - паяное соединение, 3 - конденсатор,
4 - покрытие.
Типы фильтров (буквы у кривых) см. в табл.1
Фильтры рассчитаны на номинальный ток до 15 А и номинальное напряжение 100 В постоянного тока в интервале
температур от -25 до +85°С. Минимальное сопротивление изоляции фильтров, измеренное при постоянном напряжении
100 В в течение 2 минут — 500 МОм. Сопротивление постоянному току — не более 0,002 Ом.
Основное назначение емкостных фильтров — применение в качестве помехоподавляющих элементов в многоштырьковых
соединителях.
Обозначения емкостных фильтров и их параметры приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные параметры емкостных фильтров фирмы AMP
| N п.п. |
Типы фильтров |
Диапазон емкостей, пФ |
Частота среза, МГц |
Минимальная величина вносимого затухания, дБ на частотах |
| 25 МГц |
50 МГц |
100 МГц |
300 МГц |
500 МГц |
1 ГГц |
| 1 |
СА |
4000...10000 |
1,6 |
23 |
29 |
35 |
45 |
49 |
55 |
| 2 |
СС |
1300...2500 |
5 |
- |
14 |
25 |
35 |
40 |
45 |
| 3 |
CD |
600...1000 |
10 |
8 |
13 |
19 |
25 |
33 |
39 |
| 4 |
CE |
400...600 |
16 |
5 |
10 |
16 |
22 |
29 |
35 |
| 5 |
CF |
240...360 |
27 |
3 |
6 |
11 |
17 |
25 |
31 |
L-C-фильтры фирмы AMP
Фирма АМР выпускает серию L-C-фильтров военного и гражданского применения [5]. Фильтры имеют
коаксиальную конструкцию и состоят из трубчатого конденсатора, ферритовой втулки и центрального проводника — рис. 3а.
Эквивалентные электрические схемы фильтров приведены на рис. 3б,в.
Рис. 3. Общий вид (а) и эквивалентные электрические схемы фильтров частот ниже 1 МГц (б) и выше
20 МГц (в).
1 - центральный проводник, 2 - феррит, 3 - конденсатор, 4 - паяное соединение
Рис. 4. Типичные чачстотные зависимости вносимого затухания L-C-фильтров фирмы AMP.
Типы фильтров (буквы кривых) см. в табл. 2, 3.
На частотах до 1 МГц фильтр можно представить в виде сосредоточенного элемента-конденсатора с потерями.
При этом индуктивность особой pоли не играет. На частотах выше 20 МГц фильтр уже представляет собой
распределенную схему, включающую емкости, индуктивности и сопротивления (цепочку Pi-фильтров).
Фирма AMP выпускает большое число типоразмеров миниатюрных L-C-фильтров с различным уровнем электрической
емкости для резьбового соединения с корпусами изделий. Все фильтры имеют номинальный ток до 15 А, рабочее
напряжение 125 В в диапазоне температур -55 ё +125°С, напряжение пробоя не менее 375 В, сопротивление
изоляции более 1000 МОм и сопротивление пocтоянному токy менее 0,002 Ом. Параметры поглощения фильтров
разных типов приведены на рис. 4. Измерения величины вносимого затухания были выполнены без нагрузки
при температуре 25°С.
Рис. 5. Общий вид L-C-фильтров Pin-Sleeve Style.
Фирма AMP выпускает 3 конструктивных варианта L-C-фильтров в виде:
- втулки со стержнем (Pin-Sleeve Style) — рис. 5;
- втулки, имеющей буртик для фиксации в корпусе изделия, со стержнем (Eyelet Style) — рис. 6;
- болта со стержнем (Bolt Style) — рис. 7.
Обозначение, основные размеры и масса фильтров двух первых вариантов приведены в табл. 2, 3.
Таблица 2. Обозначение, основные размеры и масса L-C-фильтров Eyelet Style
| N п.п |
Типы фильтров |
Фирменное обозначение фильтров |
Геометрические размеры, мм (рис.5) |
Масса, г |
| А |
В |
С |
D |
| 1 |
DA-M |
859 626-1 |
25,4 |
13,46 |
5,08 |
2,92 |
0,41 |
| 2 |
DB-M |
859 627-1 |
7,11 |
2,41 |
| 3 |
DB-M |
859 637-1 |
15,24 |
8,38 |
2,03 |
0,34 |
| 4 |
DC-M |
859 628-1 |
25,4 |
13,46 |
9,02 |
1,15 |
| 5 |
DC-M |
859 638-1 |
10,16 |
5,84 |
1,27 |
0,25 |
| 6 |
DG-M |
859 668-1 |
25,4 |
13,46 |
9,02 |
0,34 |
Таблица 3. Обозначение, основные размеры и масса L-C-фильтров Pin-Sleeve Style
| N п.п. |
Типы фильтров |
Геометрические размеры, мм(рис.5) |
Масса, г |
| А |
В |
С |
| 1 |
DA-M |
5,08 |
6,81 |
9,14 |
0,36 |
| 2 |
DB-M |
7,11 |
8,89 |
4,95 |
0,33 |
| 3 |
DF-M |
| 4 |
DC-M |
9,02 |
10,54 |
1,27 |
0,29 |
| 5 |
DE-M |
| 6 |
DG-M |
Фильтры № 1–5 в табл. 2 и 3 маркируются точкой красного цвета, № 6 — точкой черного цвета. Центральный
проводник фильтра изготовлен из спла-ва меди и покрыт слоем золота толщиной не менее 0,38 мкм по подслою
никеля толщиной не менее 1,78 мкм.
Рис. 6. Общий вид L-C-фильтров Eyelet Style
Рис. 7. Общий вид фильтров Bolt Style с резьбой 8-32UNC-2A
Диаметр отверстия в корпусе изделия рекомендуется выбирать равным 2,41 ± 0,05 мм для установки фильтра
Pin-Sleeve Style и 2,97 ± 0,05 мм — для фильтров Eyelet Style. Пайку фильтров в корпуса изделий следует
выполнять припоем SN-10 (cтaндapт QQ-S-571).
Таблица 4. Диапазон емкостей и частота среза L-C-фильтров разных типов
| N п.п |
Тип фильтра |
Диапазон емкостей, пФ |
Частота среза, МГц |
| 1 |
DA-M |
4000...8000 |
2 |
| 2 |
DB-M |
3000...5000 |
3 |
| 3 |
DC-M |
1500-3000 |
5 |
| 4 |
DF-M |
160...250 |
50 |
| 5 |
DG-M |
80...125 |
150 |
В табл. 4 приведены диапазон емкостей и частота среза для L-C-фильтров разных типов.
Фильтры Bolt Style выпускаются с резьбами 8-32UNC-2A и 12-32UNC-2A. Такие фильтры вставляются в отверстие
корпуса изделия и прижимаются с обратной стороны при помощи гайки с шайбой, либо вворачиваются в резьбовое
отверстие корпуса. Центральный проводник фильтров изготовлен из медного сплава и покрыт слоем золота толщиной
2,5 мкм по подслою никеля толщиной 1,27 мкм. Общий вид более миниатюрных фильтров с резьбой 8-32UNC-2A показан
на рис. 7, а их геометрические размеры и масса — в табл. 5.
Таблица 5. Обозначение, общий вид и масса фильтров Bolt Style с резьбой 8-32UNC-2A
| N п.п. |
Тип фильтра |
Фирменное обозначение |
Геометрические размеры, мм (рис.5) |
Масса фильтра, г |
| A |
B |
C*, D* |
E |
F |
G |
| 1 |
DA-M |
859 629-1 |
25,4 |
14,99 |
4,7 |
12,01 |
3,81 |
3,81 |
1,50 |
| 2 |
DB-M |
859 630-1 |
14,58 |
6,48 |
8,53 |
2,39 |
5,26 |
1,28 |
| 3 |
DB-M |
859 639-1 |
14,24 |
9,49 |
2,03 |
1,21 |
| 4 |
DC-M |
859 631-1 |
25,1 |
13,67 |
8,26 |
5,08 |
1,57 |
3,25 |
0,52 |
| 5 |
DC-M |
859 640-1 |
12,7 |
7,32 |
2,54 |
0,43 |
| 6 |
DF-M |
859 670-1 |
25,4 |
14,58 |
6,48 |
8,53 |
2,39 |
5,26 |
1,28 |
| 7 |
DG-M |
859 671-1 |
13,67 |
8,26 |
5,08 |
1,57 |
3,25 |
0,52 |
Фильтры № 1–5 маркируются точками красного цвета на эпоксидном компаунде черного цвета, № 6–7 — точкой
черного цвета на компаунде красного цвета.
Рекомендуемый диаметр отверстия в стенке корпуса изделия — 4,5 ± 0,05 мм для установки фильтров типов DA-M,
DB-M, DF-M. Для установки фильтров типов DC-M и DG-M необходимо отверстие с резьбой 8-32UNC-2B.
Диапазон емкостей и частоты среза фильтров Bolt Style приведены в табл. 4, а частотные зависимости
вносимого затухания — на рис. 4.
Сравнение фильтров фирмы АМР
с аналогами других фирм
Основные электрические параметры фильтров ведущих зарубежных фирм [5–9] отличаются незначительно.
Все фильтры имеют величину вносимого затухания (основной параметр поглощения ЭМП фильтром)
45...50 дБ на частоте 1 ГГц и 60...70 дБ на частоте 10 ГГц. Hоминальная емкость фильтров разных типов
может быть выбрана от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч пФ. Номинальный проходной ток
фильтров составляет от 3 до 15 А. Рабочее напряжение — от 50 до 200 В. Cопротивление изоляции всех
фильтров — не менее 1000 МОм, а сопротивление постоянному току — не более 0,002 Ом. Все фильтры
герметизированы компаундами, поэтому их герметичность (скорость натекания газов через фильтр из окружающей
среды) не регламентируется.
Различие следует искать в конструктивном исполнении, габаритных размерах и массе, в особенностях
монтажа фильтров в корпуса РЭА, а также в их стоимости. Несомненное преимущество безрезьбовых фильтров
фирмы АМР перед аналогичными фильтрами других фирм заключается в их миниатюрности. За счет малых
размеров фильтры имеют большую величину удельного поглощения (величину вносимого затухания на определенной
частоте, отнесенную к объему фильтра). Результаты сравнения удельного поглощения миниатюрных безрезьбовых
Pi-фильтров c емкостью 1500 пФ, рекламируемых зарубежными фирмами [5–9], приведены в табл. 6
Таблица 6. Удельное поглощение наиболее миниатюрных фильтров зарубежных фирм
| N п.п |
Фирма |
Фирменное обозначение фильтров |
Объем фильтра, мм3 |
Удельное поглощение на частоте 1ГГц, дБ/мм3 |
Источник |
| 1 |
SIEMENS-MATSUSHITA
(Германия-Япония) |
В 85313-А-В4 |
140 |
0,5 |
[6] |
| 2 |
MURATA (Япония) |
MFC305-801D2A703 |
70 |
1,0 |
[7] |
| 3 |
TUSONIX
(Франция) |
4100-002 |
45 |
1,4 |
[8] |
| 4 |
SPECTRUM CONTROL
(США-Германия) |
51-713-002
51-713-010
1251-001 |
40 |
1,8 |
[9] |
| 5 |
AMP
(США-Германия) |
859638-1
859636-1 |
25 |
2,5 |
[5] |
Благодаря миниатюрности и большому удельному поглощению, применение фильтров фирмы AMP наиболее
предпочтительно для современной миниатюризованной РЭА сверхвысоких частот, а также для различных
радиотехнических и электротехнических устройств с высокой плотностью монтажа.
Литература
- Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств. — М.:Высшая школа. — 1990. — 432 с.
- Князев А.Д., Кочиев Л.H., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной
аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. — М.:Радио и связь. — 1989. — 224 с.
- Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования/Под ред. Варламова Р.Г. — М. — 1980. — 480 с.
- Джуринский К.Б. Зарубежные и отечественные миниатюрные фильтры нижних частот для подавления помех в РЭА СВЧ.
Справочные материалы по электронной технике. — ГНПП “Исток”. — 1998. — 44 с.
- АМР filters and filtered connectors. Каталог 82061 фирмы АМР Inc. 10/1994.
- EMC Components. Short From Catalog SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS. 1997.
- ’88 MURATA PRODUCTS. Каталог фирмы MURATA MFG Co. Ltd. 1988.
- Filters EMI-RFI, Filtres capacitifs et condensateurs. Каталоги 0108-02 и 4000Р2 фирмы TUSONIX.
- EMI Filtering product guide. Innovative EMC solutions. Каталог фирмы SPECTRUM CONTROL Inc. ISO.9001. 1997.
Тел. (095) 926-5506
|
