Подскажите в чем можно промоделировать фильтр на дискретных компонентах с учетом паразитных влияний печатной платы и ЭМ взаимодействия между индуктивностями?

Собственно "хотелка" такая:
Fc = 80Mhz, BW 3дб = 18MHz. Ослабление 50дб в полосе 0-64 и 96-600 MHz.
и мощность сигналов меньше 1 мВт.

Проблемы начинаются в размерах - в перспективе нужно 8 фильтров на площади 40х30мм.

Filter solution выдает следущее (картинка) из которого, "покрутив ручки" можно добиться номиналов индуктивностей и емкостей из стандартного ряда ( и подпортив ослабление с 55 до 50 дб). Собираюсь использовать murata LQW15Axxx, spice и s2p модели на них есть.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

На картинке все выглядит более менее замечательно, а вот как это будет на плате и хочется узнать. Какой софт для такой задачи пригоден (относительно прост в освоении)?
Есть тема, в которой этот-же вопрос задается, но может с тех пор что изменилось?

В CST есть свой генератор фильтров, причем там можно указать технологический разброс параметров, на основании которых строится разброс характеристик фильтров.
Можно взять тот же Micro Cap, задать характеристики элементов и через тот же монтекарло получить опять таки разброс параметров фильтров.
Вообще с вашими требованиями к площади и параметрам, я бы посмотрел в сторону ПАВ фильтров.

В spice симуляторе я промоделировал в первую очередь. Но как spice симулятор посчитает паразитные эффекты ПП и связи между катушками?

Вариант с ПАВ делаю, но на такую полосу ПАВ имеют затухание порядка 20dbm... а с/ш нужен хороший

На дискретных компонентах на площади 40х30мм не реально сделать такой фильтр с затребоваными вами параметрами. Никакая murata тут вам не поможет. Хотябы прикиньте добортности и посмотрите размеры тех же катушек. Взаимная индукция между катушками и влияние печатной платы вам не дадут реализацию фильтра с такими параметрами. Только пав или два с компенсационным усилителем. с/ш оч мало зависит от пассивных компонентов. А современные усилки оч малошумные для этого диапазона.

Я бы в такой ситуации взял бы готовый, например, SXBP-70+ и подстроил бы его на 80 МГц элементарной заменой емкостей.
70 МГц - частота ходовая, есть из чего выбрать. Сидеть и самому мотать кольца микропроводом неинтересно...

И все таки, в чем можно посчитать подобный фильтр?

Готовое, ИМХО, слишком сложно впихнуть - в итоге нужно 54дб подавления. Если брать за основу тот же SXBP-70+ то нужно использовать 3*4канала = 12шт.
И к этому счастью нужно еще добавить цепи для перехода от дифф. сигналов и наоборот. (вх-вых нужны дифференциальные).

Поставил модели от murata. Видны проблемы выше 700MHz от паразитных индуктивностей конденсаторов.
(красный график - идеальные индуктивности, но c учетом сопротивления реальных, зеленый график с моделями).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Тогда правильно посоветовали ПАВ-фильтры. Почти полностью подходят TB0292A с диф. входом и выходом. У него ещё и вход до 10 dBm с потерями 10 dB - С/Ш сохранится.

VCO, cпасибо за TB0292.
Самое смешное что я видел его документы чуть ли не 3 мес назад, но вот то, что он дифференциальный - не заметил
А кто ими торгует в России, или надо напрямую разговаривать?

Запрос можно сделать напрямую. Я TAI-SAW запрашиваю и заказываю в http://intchip.ru/ , которые с нами в одном здании работают (но это не мы), поэтому московских поставщиков не знаю. Будьте готовы к тому, что минимальная партия может оказаться больше 10 шт. на порядок, как получилось у меня с ними в последний раз. Этот же фильтр есть и у Golledge с кодом MA07632 - с ними как-то попроще работать, и цены пониже.

рассчитать можно в Genesys, ADS. По опыту лучше делать не эллиптический, а чебышевский, легче попасть куда надо. Катушки лучше Coilcraft HP, а кондеры ATC. Если не пользоваться расчетом платы к индуктивностям можно прибавлять по 3-6 нГн за счет переходных отверстий. Ну и затухание будет не 55 дБ похуже, но надо смотреть добротности кондеров и катушек.

Это потому, что

Катушки должны быть намотаны на торе...

Спасибо за информацию. Genesys сейчас изучаю.
С фильтром Баттерворта есть проблема - недостаточная скорость затухания вне полосы, даже при высоких порядках. Сигнал имеет форму описываемую sin(x)/x.
В любом случае макетка с фильтрами уже изготавливается, а деталюшки (murata) едут. Посмотрю что получится, сравню с результами в genesys.

Удалось связаться непосредственно с tai-saw, и купить у них фильтры ПАВ. Поэтому сейчас сильная необходимость в фильтре высокого порядка отпала. Теперь буду делать ПАВ + простой фильтр.

Они друг с другом без развязки не дружат. Придётся ставить между ними либо усилитель, либо аттенюатор, пмсм.

Развязка будет.
Структура будет такая: PGA -> SAW -> LNA -> Filter -> ADC.
PGA - усилитель с управляемым коэфф.
LNA - усилитель с фиксированным коэфф.

Возможно LNA c PGA надо будет менять местами - без проверки на модели с конкретными параметрами усиления и шума прямо сейчас трудно сказать.

Может это у вас и прокатит, а может и нет, если для небольшой партии изделий. Параметры по моему на грани с PGA -> SAW -> LNA -> Filter -> ADC. Как ранее предлагал PGA -> matching+SAW -> LNA(15...18dB) -> matching SAW+matching -> ADC. Разброс в оплосе, за полосой этих от TAI-SAW фильров нам не понравился, match приходилось чуть ли не у каждого согласовать, что для большой партии проблема.

Больших партий не предвидится - пока это что-то вроде НИР. То, что для каждого SAW придется делать подстройку предполагалось изначально.


Не подскажите какие цифры примерно стоит ожидать?

Между индуктивностями вряд ли. Достаточно промоделировать на квазистатическом уровне. Модели микрополосков есть во всех 2.5D программах: AWR, ADS, Genesys и др. Более точно - с использованием библиотек Modelithics, учитывающих влияние земли и контактных площадок на LC-элементы. Еще более точно - электродинамический анализ.


Частота тактирования АЦП равна 96 МГц? Тогда полосу по уровню -50 дБ можно расширить до (64-7...96+7) МГц.

Широкую полосу в некоторых случаях удобнее получать не одним ПФ, а двумя ФНЧ + ФВЧ. В этом случае еще и преимущество появляется - разброс элементов больше влияет на внеполосное подавление, чем на полосу пропускания.






Добавить ФНЧ Minicircuits формата 1206?


В большинстве случаев они строятся по схеме аттенюатор + усилитель, КШ сильно падает при минимальном усилении.


Как вы собираетесь решать проблему с линейностью с таким количеством усилителей? Хочу дать маленький совет по согласованию АЦП: не нужно пытаться снизить входное сопротивление АЦП резисторами, в даташите часто рекомендуют ставить 25-50 Ом параллельно входу - лишние потери. Такие рекомендации дают для расширения полосы пропускания, вам же не нужно 700-800 МГц? Возможно более выгодным будет использование балуна 1:4 по входу, вместо 1:1, для повышения входного сопротивления (зависит от входной емкости АЦП) - это снизит требования к мощности и линейности предварительного усиления. На частотах порядка 100 МГц (и более) хорошо работают ОУ: и шумы низкие и линейность высокая, но их также не следует нагружать на низкое сопротивление, потеряются все преимущества.

Нет, 64МГц. С более высокоскоростными АЦП высокой разрядности сейчас проблемы бюрократического характера
Поэтому фильтры и нужны, хорошие...


В идеале я вообще хочу выкинуть один усилитель и оставить только PGA. Но скорее всего это мечты, так как одним усилителем компенсировать потери в фильтрах и разогнать сигнал до уровня максимальной шкалы не удастся.
С балуном 1:4 есть некоторые затруднения при согласовании связки SAW + фильтр - в итоге получается опять 2 усилителя. Тут, конечно, можно будет снизить шум за счет меньшего усиления в последнем каскаде...
Я надеюсь что разгребу текущие проблемы на работе и проверю на моделях эти идеи в ближайшую неделю или две.

Да, не правильно посчитал, но запас по 7 МГц снизу и сверху, относительно 64 и 96 МГц, остается - отфильтруется потом в цифре.

А почему Вы считаете, что потери в фильтрах должны быть такими сильными, что их нельзя компенсировать одним усилителем?
И это на таких низких частотах. И LC-фильтр вроде не слишком крутой. Из обсуждения не совсем понятно, поэтому диссонирую.

Да, ещё не понятно, зачем ПАВ-фильтр ставить перед LC-фильтром (типо лошадь впереди паровоза). Может всё-таки наоборот?

Для АЦП нужно порядка 2В пик-пик. Дальше встает вопрос на какое сопротивление? Если 50 Ом, то нужна мощность 16 дБм, если 200 Ом - то 10 дБм. Какой ПАВ даст такую мощность на выходе? Получается, с ПАВ не обойтись без дополнительного усилителя.

Кстати, да, хороший вопрос к топикстартеру!

Так он и мог бы быть единственным. Да ещё и согласующим. Зачем мощу раскачивать перед фильтрацией?
Если только из-за С/Ш, то LC-фильтр ему никак не вредит, а ПАВ-фильтру избыточная мощность только вредна.

Источник сигнала имеет импеданс 100 Ом дифф. и примерно 200-240мВ пик-пик.
Для АЦП я предположительно ориентируюсь на 200 Ом и 2в пик-пик.

Ставить фильтр ПАВ до начала усиления сигнала не получится из-за роста шумов на выходе. оптимальной в моделях было как и писал выше
PGA(12дб) -> SAW -> LNA(20дб) -> Filter -> ADC

Единственный усилитель вместе с ПАВ фильтром не срастается из-за необходимости высокого усиления. Собственно после этого и началась эта тема по проектированию LC фильтра высокого порядка. C LC фильтром потери получаются меньше, значит и усилитель можно ставить только один.

Да уж, разница получается в 23дБ + потери в фильтрах и трансформаторах или балунах не менее 13 дБ.
Итого нужно 36 дБ. Согласен, лучше разбить на два каскада усиления, одним из них развязав LC и ПАВ.

Где-то уже встречал на этом форуме дифференциальный вход (про раздачу тактового сигнала, по-моемому), не подскажите зачем и каким кабелем? Или по печатной плате?

Все на печатной плате, без кабелей. Это выход некоего модуля, большего сказать не могу т.к бумажку об комм. тайне подписывал.

Задачи очевидны без подсказки. Мало, кто может грамотно развести тактовый сигнал и ПЧ по печатной плате с хорошей ЭМС. Лирическое отступление.

Ковыряюсь с Genesys...
Решил для начала по букварю сделать фильтр как делал в LTSpice, с моделями Murata. В genesys ниже 70MHz-80MHz данные резко расходятся, а ниже 50MHz прямая линия. Выше 100МГц, как видно, все совпадает с хорошей точностью.
Проблема появилась при добавлении моделей S2P конденсаторов. Модели которые предоставляет Murata, сняты в диапазоне от 100MHz - очевидно что проблема именно в этом.
Вопрос - что с этим можно сделать?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Genesys, позволяет задавать добротность у кондеров из своей стандартной библиотеке, можете поставить добротность примерно 200 для 68 пик, 1000 для тех что ниже 20 пик(больше емкость хуже добротность это для 0805) ну и частоту собственного резонанса указать. Либо искать модели у которых вся полоса есть.
П.с в самом генезисе есть синтез фильтра, можете попробовать. Если нужно минимальные потери в полосе пропускания я знаю топологию которая дает 1-1,3 дБ потерь, но размер будет минимум 5на5 см.

Это понятно, но идеальные модели не интересны. т.к результат далек от жизни. Если вы посмотрите на АЧХ в окрестности 700М-1Г, то видно резкий подъем который обусловлен именно точными моделями конденсаторов.
Пока есть 2 мысли:
а) найти модели,
б) "дорисовать" самому, приняв что ниже 100МГц конденсаторы близки к идеальным.

Дополню вариант а) пока неудачно, кроме ATC моделей не нашел.
вариант б) оказалось можно реализовать через LTspice - он умеет строить S параметры и экспортировать их. Т.е. получается что можно относительно легко из spice модели вытащить touchstone s2p.

Вот что получилось:
Два фильтра с немного разной топологией
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла модель немного не соответсвует трассировке.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Красные сняты спектроанализатором. Остальные моделирование:
- только S-parametrs, без платы.
- S-parametrs + Momentum
- S-parametrs + EMPower
Подьем в области 90-100МГц на измеренных значениях скорее всего радио.

Интересно что и на первом и на втором графике видно что моделирование с использованием только S-параметров более точно совпадает с измерениями в полосе пропускания, а на втором графике так и во всей исследуемой полосе.

Momentum и EmPower не совпадают потому что топология фильтра все таки отличается.

Вот измерения фильтра 3-го порядка, где трассировка очень и очень похожа с моделью. В полосе 50-110Mhz все методы почти совпадают. А вот в дальней области от 200 до 500МГц Momentum показывает более адекватный результат.
В отчете:
-первые 2 картинки - индуктивности S-параметры, конденсаторы "идеальные", но Q=200
-вторые 2 картинки - все модели(L, C) S-параметрами.

Для себя пришел к выводу что для конденсаторов 0402 на чатотах до 500 Мгц хватает обычных моделей.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла