Monolithische kristalfilters (MCF) - Verpakking, frequenties en toepassingen

Inleiding tot monolithische kristalfilters (MCF)

Monolithische kristallenfilters (MCF) zijn passieve bandpassfilters die zijn vervaardigd op een enkel piezo-elektrisch kristalsubstraat (bijv. kwarts, lithiumniobaat of lanthaan-galliumsilicaat).Ze maken gebruik van de mechanische resonantie eigenschappen van het kristal te bereikenuitstekende selectiviteit,laag invoegverlies, enhoge temperatuurstabiliteitMCF's worden veel gebruikt in communicatiesystemen, navigatie, uitzendingen en instrumenten waar precieze frequentiebeheersing van cruciaal belang is.43.

Belangrijkste technische specificaties

1Verpakking en afmetingen

MCF's zijn verkrijgbaar in door-gat- en oppervlakte-montage (SMD) -pakketten.

• 49T (door het gat,DIP):

  • Afmetingen: ~ 11,0 × 4,5 mm (industrie-standaard).

  • Toepassingen: oude systemen, industriële apparatuur.

• UM-1/UM-5 (Through-Hole,DIP):

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

  • Toepassingen: RF-modules, testinstrumenten.

• SMD 7050 (SMD voor oppervlaktebevestiging):

  • Afmetingen: 7,0 × 5,0 × 1,4 mm (de meest compacte)6.

  • Toepassingen: ruimtebeperkte ontwerpen (bv. IoT-apparaten, wearables).

• UM-1MJ/UM-5MJ (SMD voor oppervlaktebevestiging):

• Afmetingen: UM-1 (11,8*7,8*3,5 mm), UM-5 (9,8*7,8*3,5 mm).
• Toepassingen: RF-modules, testinstrumenten.

2. Frequentiebereiken en poolconfiguratie

MCF's dekken frequenties van10 MHz tot 250 MHz, waarbij de selectiviteit wordt bepaald door de aantal polen (2 ̊8 polen):

• Laagfrequente MCF's(10 ‰ 50 MHz):

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

  • Bandbreedte: ±1 kHz tot ±20 kHz (smalband).

• Hoogfrequente MCF's(50 ∼ 250 MHz):

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

  • Bandbreedte: ±20 kHz tot ±100 kHz (breedband)8.

• Poolafhankelijke prestaties:

  • 2 ̊4 polen: vormfactor 5:1 (20 dB tot 3 dB bandbreedte), invoegverlies 3 ∼4 dB.

  • 6·8 polenVormfactor 2.51 ¢2.0:1, invoegverlies 4,5-5 dB, superieure afstoting buiten de band (> 65 dB)8.

3Elektrische kenmerken

• Invoegingsverlies: 3·5 dB (typisch).

• Impedantie: 800 Ω (standaard), aanpasbaar (50 Ω?? 1 kΩ).

• Passband Ripple: ≤ 1 dB.

• Temperatuurstabiliteit: ±10 ppm bij -40°C tot +85°C68.

4. Toepassingen

MCF's maken frequentiediscriminatie mogelijk in:

• Draadloze communicatie: Kanaalselectie in radio's (bijv. 10,7 MHz voor FM-ontvangers)4.

• Satelliet- en navigatiesystemen: Filtering van geringe fase-ruis voor GPS/GLONASS.

• Omroepapparatuur: TV-zenders (45 MHz, 70 MHz).

• Industriële controleurs: CAN-bus, Ethernet-interfaces9.

MCF-selectietabel per verpakking en frequentie

De onderstaande tabel geeft een samenvatting van de MCF's volgens de industriestandaard:

<

Foto's	Pakkettype	Afmetingen (mm)	Frequentie (MHz)	Pools	Bandbreedte	Invoegingsverlies	Toepassingen
	49T	11.5*4.5*11.2mm	10.7MHz	2 polen 4 polen 6 Polen 8 Polen	±3,75KHz~±15KHz	30,0 dB	FM-radios, industriële communicatie, telecommunicatie
	49 TMJ	14.7*11.5*5.2mm	10.7MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz	30,0 dB	FM-radios, industriële communicatie, telecommunicatie
	UM-1	7.8*3.1*8.0mm	210,4 MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz	3.5 dB	RF-ontvangers, telecom
	UM-1MJ	11.8*7.8*3.5mm	210,4 MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz	30,0 dB	Telecommunicatie
	UM-5	7.8*3.1*6.0 mm	210,4 MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz	30,0 dB	Telecommunicatie
	UM-5MJ	9.8*7.8*3.5mm	210,4 MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz	30,0 dB	Telecommunicatie
	SMD 7050	7.0*5,0*1,4 mm	210,4 MHz, 210,7 MHz, 45.000MHz 109.65MHz	2 ¢ 8	±3,75KHz~±15KHz ±7,5KHz~±15KHz	30,0 dB	5G IoT, draagbare apparaten, ruimtevaart 46, telecom

Ontwerpoverwegingen

• Vormfactor: Critisch voor afstoting door aangrenzende kanalen.0Voor de toepassing van de richtlijnen van de Raad betreffende de bescherming van de gezondheid van personen met een handicap8.

• Vermindering van de EMI: Gebruik grondbescherming voor SMD MCF's in geluidsrijke omgevingen.

• Impedantieafsluiting: Zorg ervoor dat de systeemimpedantie (bijv. 50 Ω) overeenkomt met de MCF-specificaties om reflecties te minimaliseren.

Toekomstige trends

• Miniaturisatie: Sub-5,0 × 3,2 mm-pakketten voor 6G-apparaten.

• Hybride filters: Combinatie MCF met SAW/BAW voor ultrabreedband (0,5­5% relatieve bandbreedte)3.

• AEC-Q200-naleving: MCF's voor voertuig-tot-alles (V2X) -systemen voor de automobielindustrie9.

Conclusies

MCF's bieden ongeëvenaarde frequentiestabiliteit en Q-factor in compacte verpakkingen.Aantal palenvoor selectiviteit,verpakkingsgroottevoor integratie, enfrequentietolerantieVoor geavanceerde behoeften (bijv. > 100 MHz, 8-pool).