Filtres à cristaux monolithiques (MCF) - Boîtiers, fréquences et applications

Introduction aux filtres à cristaux monolithiques (MCF)

Les filtres à cristaux monolithiques (MCF) sont des filtres passe-bande passifs fabriqués sur un seul substrat de cristal piézoélectrique (par exemple, quartz, niobate de lithium ou silicate de gallium et de lanthane). Ils exploitent les propriétés de résonance mécanique du cristal pour obtenir une excellente sélectivité, faible perte d'insertion, et une grande stabilité en température. Les MCF sont largement utilisés dans les systèmes de communication, la navigation, la radiodiffusion et l'instrumentation où le contrôle précis de la fréquence est essentiel 43.

Principales spécifications techniques

1. Boîtiers et dimensions

Les MCF sont disponibles en boîtiers traversants et à montage en surface (SMD). Les types courants incluent :

• 49T (Traversant, DIP):

  • Dimensions : ~11,0 × 4,5 mm (standard de l'industrie).

  • Applications : Systèmes hérités, équipements industriels.

• UM-1/UM-5 (Traversant, DIP):

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

  • Applications : Modules RF, instruments de test.

• SMD 7050 (Montage en surface SMD):

  • Dimensions : 7,0 × 5,0 × 1,4 mm (le plus compact) 6.

  • Applications : Conceptions à espace limité (par exemple, appareils IoT, appareils portables).

• UM-1MJ/UM-5MJ (Montage en surface SMD):

• Dimensions : UM-1 (11,8*7,8*3,5 mm), UM-5 (9,8*7,8*3,5 mm).
• Applications : Modules RF, instruments de test.

2. Gammes de fréquences et configurations de pôles

Les MCF couvrent des fréquences de 10 MHz à 250 MHz, avec des nombres de pôles (2 à 8 pôles) déterminant la sélectivité :

• MCF basse fréquence (10 à 50 MHz) :

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

  • Largeur de bande : ±1 kHz à ±20 kHz (bande étroite).

• MCF haute fréquence (50 à 250 MHz) :

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

  • Largeur de bande : ±20 kHz à ±100 kHz (large bande) 8.

• Performances dépendantes des pôles:

  • 2 à 4 pôles: Facteur de forme 5:1 (largeur de bande de 20 dB à 3 dB), perte d'insertion de 3 à 4 dB.

  • 6 à 8 pôles: Facteur de forme 2,5:1 à 2,0:1, perte d'insertion de 4,5 à 5 dB, réjection hors bande supérieure (>65 dB) 8.

3. Caractéristiques électriques

• Perte d'insertion: 3 à 5 dB (typique).

• Impédance: 800 Ω (standard), personnalisable (50 Ω à 1 kΩ).

• Ondulation de la bande passante: ≤1 dB.

• Stabilité en température: ±10 ppm de -40 °C à +85 °C 68.

4. Applications

Les MCF permettent la discrimination de fréquence dans :

• Communication sans fil: Sélection de canaux dans les radios (par exemple, 10,7 MHz pour les récepteurs FM) 4.

• Systèmes de navigation et satellites: Filtrage à faible bruit de phase pour GPS/GLONASS.

• Équipement de diffusion: Émetteurs TV (45 MHz, 70 MHz).

• Contrôleurs industriels: Bus CAN, interfaces Ethernet 9.

Tableau de sélection des MCF par boîtier et fréquence

Le tableau ci-dessous résume les MCF standard de l'industrie :

<

Images	Type de boîtier	Dimensions (mm)	Fréquence (MHz)	Pôles	Largeur de bande	Perte d'insertion	Applications
	49T	11,5*4,5*11,2 mm	10,7 MHz	2 pôles 4 pôles 6 Pôles 8 Pôles	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Radios FM, communications industrielles, télécommunications
	49TMJ	14,7*11,5*5,2 mm	10,7 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Radios FM, communications industrielles, télécommunications
	UM-1	7,8*3,1*8,0 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,5 dB	Émetteurs-récepteurs RF, télécommunications
	UM-1MJ	11,8*7,8*3,5 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Télécommunications
	UM-5	7,8*3,1*6,0 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Télécommunications
	UM-5MJ	9,8*7,8*3,5 mm	21,4 MHz, 45,000 MHz 38,855 MHz 29,255 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz	3,0 dB	Télécommunications
	SMD 7050	7,0*5,0*1,4 mm	21,4 MHz, 21,7 MHz, 45,000 MHz 109,65 MHz	2 à 8	±3,75 KHz~±15 KHz ±7,5 KHz~±15 KHz	3,0 dB	5G IoT, appareils portables, aérospatiale 46, télécommunications

Considérations de conception

• Facteur de forme: Essentiel pour le rejet des canaux adjacents. Des rapports inférieurs (par exemple, 2,0:1 pour 8 pôles) améliorent la sélectivité 8.

• Atténuation des EMI: Utilisez un blindage de masse pour les MCF SMD dans les environnements à bruit élevé.

• Adaptation d'impédance: Assurez-vous que l'impédance du système (par exemple, 50 Ω) correspond aux spécifications des MCF pour minimiser les réflexions.

Tendances futures

• Miniaturisation: Boîtiers de moins de 5,0 × 3,2 mm pour les appareils 6G.

• Filtres hybrides: Combinaison de MCF avec SAW/BAW pour une bande passante ultra-large (0,5 à 5 % de bande passante relative) 3.

• Conformité AEC-Q200: MCF de qualité automobile pour les systèmes véhicule-à-tout (V2X) 9.

Conclusion

Les MCF offrent une stabilité de fréquence et un facteur Q inégalés dans des boîtiers compacts. Les concepteurs doivent donner la priorité au nombre de pôles pour la sélectivité, à la taille du boîtier pour l'intégration et à la tolérance de fréquence pour la résistance environnementale. Pour les besoins avancés (par exemple, >100 MHz, 8 pôles).