Rc-элемент с распределенными параметрами и режекторный фильтр на его основе
Владельцы патента RU 2408977:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ижевский государственный технический университет (RU)
Использование: в области электроники. Технический результат заключается в улучшении частотных характеристик. RC-элемент с распределенными параметрами (RC-ЭРП) состоит из последовательно чередующихся диэлектрических и резистивных слоев с электрическими выводами от последних. Количество выводов пропорционально количеству резистивных слоев и составляет не менее двух от каждого резистивного слоя. Режекторный фильтр на основе RC-ЭРП состоит из входного вывода среднего резистивного слоя, входного и выходного вывода нижнего резистивного слоя, электрически соединенных с нулевым потенциалом. Кроме того, входной вывод верхнего резистивного слоя соединен с источником электрических сигналов, а выходной вывод верхнего резистивного слоя соединен с измерителем электрических сигналов. 2 н.п. ф-лы. 5 ил.
Изобретения относятся к микроэлектронике и могут быть использованы при создании частотно-избирательных устройств, в частности режекторных (заграждающих) фильтров с одной или несколькими частотами режекции (заграждения), фильтров нижних частот (ФНЧ), амплитудно-фазовых корректоров и др.
Известны RC-элементы (структуры) с распределенными параметрами (авт.св. №SU 361474, № SU 320921, № SU 289450, № SU 1708128 A1 и др.). Они представляют собой многослойные (3÷6 слоев) резистивно-емкостные конструкции, в которых проводящие и/или резистивные слои разделены диэлектрическими слоями. Проводящие и/или резистивные слои контактируют с выводами, общее количество которых не превышает четырех. Конфигурация поверхностных слоев неоднородна - имеются прорези в слое или отсутствует часть слоя.
Данные технические решения изготавливаются с использованием большого числа технологических операций. Кроме того, упомянутые RC-элементы с распределенными параметрами (RC-ЭРП) обеспечивают довольно умеренные частотные характеристики: для ФНЧ на их основе крутизна спада амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) составляет 24÷64 дБ/дек. (7,2÷19,2 дБ/окт.), для режекторных фильтров - глубина режекции составляет 30÷70 дБ.
Наиболее близким техническим решением предлагаемых изобретений является фильтр нижних частот на RC-ЭРП (авт.св. №SU 320921). Указанное устройство позволяет получить максимальную крутизну спада АЧХ порядка 64 дБ/дек. (19,2 дБ/окт.).
Подстройка частотных характеристик и регулировка данного ФНЧ ограничены малым количеством изменяемых параметров (сопротивление резистивного слоя, емкость между резистивным и проводящими слоями) и возможных схем соединения выводов. При изготовлении ФНЧ требуются дополнительные технологические операции формирования проводящих пленок верхнего поверхностного слоя конструкции RC-ЭРП.
Задачей изобретений является улучшение частотных характеристик, а именно увеличение глубины режекции и увеличение крутизны спада АЧХ передаточной функции.
Поставленная задача решается за счет применения RC-элемента с распределенными параметрами, состоящего из последовательно чередующихся диэлектрических и резистивных/проводящих слоев с выводами от резистивных слоев. Количество выводов пропорционально количеству резистивных слоев и составляет не менее двух от каждого резистивного слоя.
Поставленная задача решается также с использованием режекторного фильтра на основе RC-элемента с распределенными параметрами. Входной вывод среднего резистивного слоя, входной и выходной выводы нижнего резистивного слоя режекторного фильтра электрически соединены с нулевым потенциалом. Входной вывод верхнего резистивного слоя соединен с источником электрических сигналов, а выходной вывод верхнего резистивного слоя соединен с измерителем электрических сигналов.
На фиг.1 изображена конструкция 5-слойного RC-ЭРП; на фиг.2 - условное графическое обозначение RC-ЭРП; на фиг.3 - эквивалентная электрическая схема конструкции RC-ЭРП; на фиг.4 - схема соединения выводов RC-ЭРП в случае режекторного фильтра с двумя частотами режекции; на фиг.5 - амплитудно-частотная характеристика режекторного фильтра фиг.4.
RC-ЭРП состоит из выводов 1÷6, резистивных слоев 7÷9 и диэлектрических слоев 10, 11. Резистивные слои 7÷9 характеризуются распределенными сопротивлениями R1, R, R2 соответственно. Каждый из резистивных слоев имеет электрический контакт с двумя выводами, расположенными, как правило, на взаимнопротивоположных кромках слоя. Слой 7 контактирует с выводами 1, 4. Слой 8 контактирует с выводами 2, 5. Слой 9 контактирует с выводами 3,6. Резистивные слои 7 и 8 отделены друг от друга диэлектрическим слоем 10, образуя распределенную емкость С1. Резистивные слои 8 и 9 отделены друг от друга диэлектрическим слоем 11, образуя распределенную емкость C2. Форма всех слоев RC-ЭРП преимущественно прямоугольная. Ширина h и длина l конструкции RC-ЭРП могут принимать различные значения, они определяют коэффициент формы γ (γ=l/h), а также определяют значения параметров RC-ЭРП.
Эквивалентная электрическая схема RC-ЭРП представляет собой каскадное соединение бесконечно большого числа ячеек, каждая из которых характеризуется параметрами: R1i, Ri, R2i, C1i, C2i (фиг.3). В общем случае справедливы равенства:
, 
, 
, 
, 
.
Общим как для RC-ЭРП, так и для устройств на его основе (например, режекторных фильтров) является зависимость электрических характеристик (частота среза, глубина режекции, форма частотных характеристик и др.) от:
1) значений параметров R1, R, R2, C1, С2, а следовательно, и от применяемых материалов;
2) соотношений параметров R1/R=N, R2/R=K, С2/С1=М;
3) схемы соединения выводов 1÷6.
Конструкция режекторного фильтра с двумя частотами режекции идентична конструкции RC-ЭРП. Однако для получения данного режекторного фильтра следует составить схему соединения фиг.4 и воспроизвести следующие соотношения параметров: N=14, K=0,21; М=0,24.
Проиллюстрируем работу режекторного фильтра с двумя частотами режекции (и работу RC-ЭРП в целом) с помощью фиг.4 и фиг.5. В этом случае, согласно фиг.4, сигнал подается на вывод 1, а снимается с вывода 4 относительно верхнего резистивного слоя. Вывод 5 остается свободным, оставшиеся выводы 2, 3, 6 соединяются с общей точкой. На фиг.5 приведен график АЧХ передаточной функции Т схемы фиг.4. Из графика следует, что режекторный фильтр содержит две частоты режекции с глубиной 78 дБ и 95 дБ, отстоящих друг от друга почти на две декады.
Все слои RC-ЭРП по физико-химическим свойствам однородны в продольном и поперечном направлениях конструкции. Данный RC-ЭРП не имеет разрезов или иных деформаций слоев, что существенно сокращает число технологических операций при изготовлении образца изобретения. Разнообразие изменяемых параметров предлагаемой конструкции позволяет получать большие значения крутизны спада (в случае ФНЧ - 60÷75 дБ/дек.), глубины режекции (в случае режекторного фильтра - 60÷95 дБ) при таких же или меньших размерах устройства по сравнению с аналогами.
Режекторный фильтр позволяет получить две и более частоты режекции. Кроме того, при совмещении или близком расположении частот режекции глубина режекции значительно возрастает, а полоса заграждения расширяется.
1. RC-элемент с распределенными параметрами, состоящий из последовательно чередующихся диэлектрических и резистивных/проводящих слоев с выводами от резистивных слоев, отличающийся тем, что количество выводов пропорционально количеству резистивных слоев и составляет не менее двух от каждого резистивного слоя.
2. Режекторный фильтр на основе RC-элемента с распределенными параметрами, отличающийся тем, что входной вывод среднего резистивного слоя, входной и выходной выводы нижнего резистивного слоя электрически соединены с нулевым потенциалом, входной вывод верхнего резистивного слоя соединен с источником электрических сигналов, а выходной вывод верхнего резистивного слоя соединен с измерителем электрических сигналов.
