Filtri a cristallo monolitici (MCF) - Packaging, frequenze e applicazioni

Introduzione ai filtri a cristallo monolitici (MCF)

I filtri a cristallo monolitici (MCF) sono filtri passa-banda passivi fabbricati su un singolo substrato di cristallo piezoelettrico (ad esempio, quarzo, niobato di litio o gallato di lantanio e silicato). Sfruttano le proprietà di risonanza meccanica del cristallo per ottenere un'eccellente selettività, basse perdite di inserzione, e elevata stabilità termica. Gli MCF sono ampiamente utilizzati nei sistemi di comunicazione, nella navigazione, nella radiodiffusione e nella strumentazione in cui il controllo preciso della frequenza è fondamentale 43.

Specifiche tecniche chiave

1. Packaging e dimensioni

Gli MCF sono disponibili in package through-hole e surface-mount (SMD). I tipi comuni includono:

• 49T (Through-Hole,DIP):

  • Dimensioni: ~11,0 × 4,5 mm (standard del settore).

  • Applicazioni: sistemi legacy, apparecchiature industriali.

• UM-1/UM-5 (Through-Hole,DIP):

  • Dimensioni: UM-1 (12,5 × 5,0 mm), UM-5 (11,0 × 4,0 mm).

  • Applicazioni: moduli RF, strumenti di test.

• SMD 7050 (Surface-Mount SMD):

  • Dimensioni: 7,0 × 5,0 × 1,4 mm (più compatto) 6.

  • Applicazioni: progetti con spazio limitato (ad esempio, dispositivi IoT, dispositivi indossabili).

• UM-1MJ/UM-5MJ (Surface-Mount SMD):

• Dimensioni: UM-1 (11,8*7,8*3,5 mm), UM-5 (9,8*7,8*3,5 mm).
• Applicazioni: moduli RF, strumenti di test.

2. Gamma di frequenze e configurazioni dei poli

Gli MCF coprono frequenze da 10 MHz a 250 MHz, con il numero di poli (2–8 poli) che determina la selettività:

• MCF a bassa frequenza (10–50 MHz):

  • Esempi: 10,7 MHz (49T), 21,4 MHz (UM-1), 45,0 MHz (SMD 7050) 46.

  • Larghezza di banda: ±1 kHz a ±20 kHz (a banda stretta).

• MCF ad alta frequenza (50–250 MHz):

  • Esempi: 58,05 MHz, 73,35 MHz (SMD 7050).

  • Larghezza di banda: ±20 kHz a ±100 kHz (a banda larga) 8.

• Prestazioni dipendenti dai poli:

  • 2–4 poli: Fattore di forma 5:1 (larghezza di banda da 20 dB a 3 dB), perdita di inserzione 3–4 dB.

  • 6–8 poli: Fattore di forma 2,5:1–2,0:1, perdita di inserzione 4,5–5 dB, reiezione fuori banda superiore (>65 dB) 8.

3. Caratteristiche elettriche

• Perdita di inserzione: 3–5 dB (tipico).

• Impedenza: 800 Ω (standard), personalizzabile (50 Ω–1 kΩ).

• Ripple in banda passante: ≤1 dB.

• Stabilità termica: ±10 ppm da -40°C a +85°C 68.

4. Applicazioni

Gli MCF consentono la discriminazione di frequenza in:

• Comunicazione wireless: Selezione del canale nelle radio (ad esempio, 10,7 MHz per i ricevitori FM) 4.

• Sistemi satellitari e di navigazione: Filtraggio a basso rumore di fase per GPS/GLONASS.

• Apparecchiature di trasmissione: Trasmettitori TV (45 MHz, 70 MHz).

• Controller industriali: CAN bus, interfacce Ethernet 9.

Tabella di selezione MCF per package e frequenza

La tabella seguente riassume gli MCF standard del settore:

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Immagini	Tipo di package	Dimensioni (mm)	Frequenza (MHz)	Poli	Larghezza di banda	Perdita di inserzione	Applicazioni
	49T	11,5*4,5*11,2 mm	10,7 MHz	2 poli 4 poli 6 poli 8 poli	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Radio FM, comunicazioni industriali, telecomunicazioni
	49TMJ	14,7*11,5*5,2 mm	10,7 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Radio FM, comunicazioni industriali, telecomunicazioni
	UM-1	7,8*3,1*8,0 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,5 dB	Ricetrasmettitori RF, telecomunicazioni
	UM-1MJ	11,8*7,8*3,5 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Telecomunicazioni
	UM-5	7,8*3,1*6,0 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Telecomunicazioni
	UM-5MJ	9,8*7,8*3,5 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Telecomunicazioni
	SMD 7050	7,0*5,0*1,4 mm	21,4 MHz, 21,7 MHz, 45,000 MHz 109,65 MHz	2–8	±3,75 KHz~±15 KHz ±7,5 KHz~±15 KHz	3,0 dB	5G IoT, dispositivi indossabili, aerospaziale 46, telecomunicazioni

Considerazioni di progettazione

• Fattore di forma: Fondamentale per il rifiuto del canale adiacente. Rapporti inferiori (ad esempio, 2,0:1 per 8 poli) migliorano la selettività 8.

• Mitigazione EMI: Utilizzare la schermatura di terra per gli MCF SMD in ambienti ad alto rumore.

• Adattamento dell'impedenza: Assicurarsi che l'impedenza del sistema (ad esempio, 50 Ω) sia allineata con le specifiche MCF per ridurre al minimo le riflessioni.

Tendenze future

• Miniaturizzazione: Package inferiori a 5,0 × 3,2 mm per dispositivi 6G.

• Filtri ibridi: Combinazione di MCF con SAW/BAW per banda ultra larga (0,5–5% di larghezza di banda relativa) 3.

• Conformità AEC-Q200: MCF di grado automobilistico per sistemi vehicle-to-everything (V2X) 9.

Conclusione

Gli MCF offrono stabilità di frequenza e fattore Q senza pari in package compatti. I progettisti dovrebbero dare la priorità al numero di poli per la selettività, alle dimensioni del package per l'integrazione e alla tolleranza di frequenza per la resilienza ambientale. Per esigenze avanzate (ad esempio, >100 MHz, 8 poli).