CC BY
7582
www.finestreet.ru
компоненты
фильтры
Продукция компании Spectrum Control
для подавления электромагнитных помех
Кива ДЖУРИНСКИИ, к. т. н.
Андрей ФИЛИППОВ
phil@ranet.ru
Основанная в 1968 году компания Spectrum Control Inc., США, направила свою деятельность на комплексное решение проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) путем подавления электромагнитных помех. Продукция этой фирмы — фильтры нижних частот, фильтрующие соединители и сборки, фильтры для поверхностного монтажа и др. — нашла широкое применение в системах связи и телекоммуникаций, аэрокосмической аппаратуре, промышленной электронике, медицинской аппаратуре. Компания не только производит широкую номенклатуру изделий для подавления электромагнитных помех, но также является аккредитованным центром по ЭМС и осуществляет диагностику и тестирование в этой области. Обзору продукции компании Spectrum Control посвящена настоящая работа.
Основные направления работ Spectrum Control
Основные виды продукции Spectrum Control представлены на рис. 1.
Керамические конденсаторы
Spectrum Control в своем производстве использует конденсаторы двух типов: трубчатые и дисковые многослойные. Они являются основными элементами помехоподавляющих фильтров нижних частот и предназначены для шунтирования «на землю» электромагнитных помех. Основные параметры конденсаторов представлены в таблице 1.
Spectrum Control выпускает 55 типоразмеров трубчатых конденсаторов: 31 — С-типа, в том числе и многослойных, 24 — Р;-типа, а также 35 типоразмеров многослойных дисковых конденсаторов. Достоинство этих конденсаторов по сравнению со стандартными конденсаторами с проволочными выводами — малая величина собственной индуктивности.
Наиболее простой конденсатор С-типа представляет собой трубку с металлизированными обкладками из одного из керамических материалов (NPO, X7R, BX, Z5U и др.) с различной диэлектрической проницаемостью. Покрытие обкладок конденсаторов — износостойкое серебро с никелевым барьерным слоем. Трубчатые конденсаторы Р;-типа представляют собой сочетание двух конденсаторов, соединенных параллельно.
Фильтры и
индуктивности
для поверхност-
Коаксиальные ного монтажа
фильтры нижних частот
\
Керамические трубчатые и дисковые конденсоторы
SPECTRUM CONTROL INC.
Поглощающие прокладки,экраны
Рис. 1. Продукция Spectrum Control
Таблица 1. Основные параметры керамических конденсаторов
Размеры, мм Электрическая Рабочее
Наружный диаметр Внутренний диаметр Длина (толщина) емкость напряжение, В
Трубчатый С-типа 1,6; 1,83; 2,06; 2,11; 2,41; 2,67 и 2,79 0,94; 1,14; 1,19 и 1,75 4,39; 8,38; 10,1; 10,8 и 11,43 от 270 пФ до 0,82 мкФ 50,100 и 200
Трубчатый Р| -типа 1,55; 1,6; 1,85; 1,91; 2,49; 3,18 и 3,86 0,51; 0,66; 0,81; 0,86; 1,14 и 1,73 7,62; 7,75; 8,57; 9,4; 10,8 и 11,3 от 4700 до 30 000 пФ
Многослойный дисковый С-типа 2,54; 3,35; 4,95; 6,3; 8,58; 11,04 и 15,04 1,01; 1,4; 1,57; 1,93 и 2,41 1,0; 1,5; 1,78; 1,9; 2,79; 3,05 и 3,81 от 50 пФ до 3,8 мкФ 50, 100, 150, 200,300, 400
Дисковые многослойные конденсаторы имеют более высокий уровень электрической емкости (до 10 мкФ) по сравнению с однослойными конденсаторами. Их применяют в конструкциях помехоподавляющих фильтров с рабочим напряжением до 400 В
и с малой переходной областью частотной зависимости вносимого затухания. Следует отметить, что создание многослойной керамики позволило разработать не только конденсаторы, но и индуктивности, дроссели, керамику с низкой температурой спека-
фильтры
компоненты
83
'f
-ж »
-Чг4'
-я/
\ **•*
ния, микрополосковые выводы СВЧ и другие компоненты с высоким уровнем параметров.
Рабочий диапазон конденсаторов всех типов — от -55 до +125 °С.
Коаксиальные фильтры нижних частот
Конструкция, принцип действия, электрические схемы коаксиальных фильтров нижних частот рассмотрены в [1]. Spectrum Control выпускает несколько сотен типоразмеров проходных помехоподавляющих фильтров с C-, L-C-, P;- и Т-электрической схемой (рис. 2).
По конструктивному исполнению эти фильтры можно отнести к одной из четырех типовых групп.
1. Миниатюрные, герметизированные металлостеклянным спаем, безрезьбовые, впаиваемые в корпуса устройств фильтры (Miniature Solder in Filters).
2. Герметизированные компаундом, безрезь-бовые, впаиваемые в корпуса устройств (Solder in Filters).
3. Герметизированные компаундом, резьбовые, в том числе и для цепей с высокими напряжениями и токами (Resin Sealed Bolt in Filters).
4. Герметизированные металлостеклянным спаем, резьбовые (Bolt in Style Hermetic Filters or Glass Seal Filters).
Фильтры всех типов выпускаются как для гражданского, так и для военного применения (в соответствии со стандартами MIL-F-15733 и MIL-F-28861). Основные параметры фильтров всех групп приведены в таблице 2.
Фильтры первой группы представляют собой конденсатор, помещенный в металлическую втулку с фланцем, герметизированную на одном из концов металлостеклянным спаем. Противоположный конец втулки герметизируют эпоксидным компаундом. Обозначение фильтров, в которых спай расположен со стороны фланца, дополняется в конце буквой R (Reverse). Для обозначения емкости фильтров применена цветовая маркировка. Красный цвет компаунда соответствует емкости 2700 пФ, белый — 1200 пФ, коричневый — 500 пФ и т. д. Металлические поверхности фильт-
ров покрыты золотом. Фильтры этой группы имеют повышенную надежность и выдерживают нагрев до температуры 260 °С при впаивании в корпуса изделий.
Разработана также новая серия SCI-9925 фильтров С-типа, монтируемых в корпуса изделий запрессовкой. Фланцевая втулка таких фильтров снабжена накаткой, а металлостеклянный спай выполнен со стороны, противоположной фланцу. Фильтры запрессовывают в отверстия диаметром 3,5-3,8 мм в корпусе изделия при помощи специального инструмента SCI-9925-200.
Фильтры С-типа применяют в цепях с высоким импедансом, если не требуется очень большая величина электрической емкости.
Вторая большая группа фильтров — герметизированные компаундом безрезьбовые фильтры разнообразного конструктивного
Таблица 2. Основные параметры фильтров
Номера серий фильтров Число типоразмеров/ конструктивных вариантов Электрическая схема Электрическая емкость Рабочее напряжение, В Рабочий ток, А Особенности конструкции
1 I. Миниатюрные герметичные безрезьбовые фильтры
SCI-9900, SCI-9910, SCI-9920 16/2 С 10 - 30 000 пФ 50;100; 200 5 Диаметр втулки 3,25 мм Диаметр центрального проводника 0,76 мм Длина втулки 2,79 мм
SCI-9925 (new) 7/1 То же, длина накатки 1,02 мм
1 II. Герметизированные компаундом безрезьбовые фильтры
54803004X5R 54-785, 54-786 и др. 12/5 С 100 пФ - 0,3 мкФ 10; 25 50;100;250; 750 Диаметр втулки 3, 18; 3,96; 4,83 и 5,59 мм Диаметр центрального проводника 0,81; 1,02; 1,12 и 1,59 мм
51-703, 51-704, 51-713, 51-723, 51-750 и др. 29/8 P, 1300 пФ - 0,022 мкФ 10; 15; 25 50;70;200;500 Диаметр втулки 3,56; 3,97; 4,95 и 5,94 мм Диаметр центрального проводника 0,81 и 1,02 мм
1 III. Герметизированные компаундом резьбовые фильтры
SCI-9110, SCI-9112, SCI-9120, SCI-9122 и др. 31/4 С 10 пФ - 0,056 мкФ 50;100; 200 3; 10 Резьба 4-40 ШС-2А Длина резьбы 3,56 и 5,59 мм Диаметр центрального проводника 0,41; 0,46; 0,51; 0,64 и 0,81 мм
SCI-3102, SCI-3112, SCI-3122 и др. 16/1 L-C, P, 1500 пФ - 0,075 мкФ 3;5; 10 Резьба 4-40 ШС-2А Длина резьбы 5,59 мм Диаметр центрального проводника 0,41; 0,46 и 0,64 мм
54-874 (new) 18/2 С 10-10 000 пФ 50 5 Резьба 2-56 ШС-2А Диаметр безрезьбовой части втулки 2,67 мм, длина втулки 5,63 мм Диаметр центрального проводника 0,61 мм
51-726, 54-779 и др. 14/3 С, L-C, P, 10 пФ - 0,05 мкФ 50;100; 200 3; 10 Резьба 6-32 ШС-2А, 6-40 ШР-2А Длина резьбы 5,59 и 5,72 мм Диаметр центрального проводника 0,46 и 0,81 мм
SCI-9210, SCI-9220 и др. 17/4 С 80 пФ - 0,21 мкФ 50; 70; 100; 150; 200 10 Резьба 8-32 ШС-2А Длина резьбы 5,94 и 6,77 мм Диаметр центрального проводника 0,81; 1,02 и 1,3 мм
51-712, 1250 и др. 22/6 L-C, P, 65 пФ - 0,031 мкФ 50; 70; 100; 125; 200 10;15; 20 Резьба 8-32 ШС-2А Длина резьбы 4,15; 6,17; 6,77 и 8,0 мм Диаметр центрального проводника 0,81 и 1,02 мм
54-761,54-786 и др. 6/2 C, P, 0,01 - 0,8 мкФ 50;100; 200 10 Резьба 10-32 ШР-2А Длина резьбы 5,94 и 8,33 мм Диаметр центрального проводника 0,81 и 1,02 мм
9910-381, 54804002X5R 8/4 С 100 пФ - 1 мкФ 35;50;100; 250 10;15 Резьба 12-28 ШР-2А; 12-32 ШЕР-2А Длина резьбы 5,54; 7,14; 7,9 и 10,31 мм Диаметр центрального проводника 0,81; 1,02 и 1,3 мм
51-714, 51-719 и др. 33/6 P, 1300 пФ - 0,15 мкФ 50;70;100;200; 300 и 350 10
SCI-9550, 51-702 и др. 12/3 C, P, 1000 пФ - 0,1 мкФ 100;200;400;500 и 700 25 Резьба 5/16-24 ШС-2А; 5/16-32 ШС-2А; 5/16-32 ШЕР-2А Диаметр центрального проводника 1,45 мм
54-844, 54-763, 54-853 и др. 9/5 С 1000 пФ - 0,22 мкФ 60;200;600;750 и 1250 25; 50; 100 Фильтры для больших напряжений и токов. Резьба 7/16-28 ШЕР-2А, 5/8-24 ШЕР-2А, 5/16-24 ШЕР-2А и др. Диаметр центрального проводника 1,3; 1,45; 1,58 мм
1280-060 1/1 P, 1500 пФ 2500 25 Резьба 3/8-32 ШЕР- 2А Длина резьбы 9,53 мм
1 IY. Герметичные резьбовые фильтры
51-359 96/2 L-C 0,15-1,4 мкФ 80;100; 150; 200;250 и 300 0,06; 0,15; 0,45; 0,5; 1; 2; 5; 10; 15 и 25 Резьба на корпусе фильтра 1/4-28 UNEF-2A
Таблица 3. Параметры чип-фильтров С и L-C-типов
Группа чипов Размеры, мм Номинальная
L W T LE LM емкость, пФ
C-тип
SF0805 2 ±0,2 1,25 ±0,2 0,8 ±0,2 0,3 ±0,2 0,6 ±0,2 22-22 000
SF1205 3,2 ±0,2 0,7 ±0,2 0,4 ±0,3 1,1 ±0,3 22-47 000
SF 1806 4,5 ±0,3 1,6 ±0,3 1,0 ±0,3 0,5 ±0,3 1,4 ±0,3 22-220 000
L-C-тип
LC 0805 2 ±0,2 1,25 ±0,2 0,8 ±0,2 0,3 ±0,2 0,6 ±0,2 -
LC 1206 3,2 ±0,2 1,6 ±0,3 1,0 ±0,3 0,4 ±0,3 1,1 ±0,3 -
84 I компоненты
исполнения. Они нашли применение в устройствах с плотной компоновкой составных частей, в которых ограничена возможность применения инструмента для монтажа фильтров.
Третья, самая большая группа включает резьбовые фильтры, герметизированные компаундом. В нее входят фильтры с резьбой на корпусе 4-40 UNC-2A, 6-32 UNC-2A, 6-40 UNF-2A, 8-32 UNC-2A, 10-32 UNF-2A, 12-28 UNF-2A, 12-32 UNEF-2A, 5/16-24 UNEF-2A и др., атак-же фильтры для больших токов и напряжений. Spectrum Control выпускает резьбовые фильтры с С-, L-C- и Р;-электрическими схемами. Резьбовые фильтры либо вкручивают и затем впаивают в корпус изделия, либо пропускают в гладкое отверстие в стенке корпуса и закрепляют с обратной стороны при помощи гайки и стопорной шайбы.
К настоящему времени разработана и выпускается огромная номенклатура фильтров этой группы. Обращает на себя внимание новая серия 54-874 миниатюрных фильтров с резьбой 2-56 UNC-2A без шестигранной головки. Эти фильтры вворачивают в корпуса изделий подобно штопору (Spec Spin Filters) при помощи специальной отвертки 54-874-020. Фильтры удобны для изделий, в которых требуется одновременная установка и быстрая замена многих фильтров, расположенных близко друг от друга.
Кроме того, Spectrum Control выпускает многочисленную серию фильтров, рассчитанных на большие токи (до 100 А) и напряжения (до 2,5 кВ).
Резьбовые фильтры этой группы широко применяют в СВЧ-технике, телекоммуникационной аппаратуре, устройствах управления.
К последней, четвертой, группе относятся резьбовые фильтры, герметизированные металлостеклянным спаем. Они рассчитаны на большие величины токов и напряжений, имеют высокую электрическую емкость и обеспечивают подавление электромагнитных помех на частотах, начиная с единиц килогерц. Фильтры выпускают в вариантах с С-, L-C-, Pi- и Т-электрической схемой. Их номенклатура чрезвычайно разнообразна — более 250 наименований. Типичные диаметры корпусов фильтров — 9,78 мм (группа 0,375'0) и 17,45 мм (группа 0,690'0). В качестве примера в таблице 2 приведены параметры L-C-фильтров самой многочисленной, 0,375'0 группы. Величина вносимого затухания этих фильтров на частотах более 1 ГГц превышает 70 дБ.
Фильтры этой группы применяют в источниках питания, системах зажигания, в оборудовании для угольной и нефтяной промышленности, в медицинской технике.
Фильтры
для поверхностного монтажа
Ускоренное развитие систем мобильной, беспроводной связи и телекоммуникаций,
фильтры
компьютеров, периферийных устройств, аэрокосмических систем и других областей техники привело к микроминиатюризации, высокой плотности монтажа микроэлектронных устройств СВЧ и внедрению высокопроизводительной техники поверхностного монтажа. Такой монтаж предполагает групповые методы автоматизированной сборки и пайки компонентов устройств. Но для этого потребовалось создать соответствующие радиокомпоненты, в том числе и помехоподавляющие фильтры в чип-исполнении.
Spectrum Control разработала и выпускает керамические трехвыводные чипы — фильтры С-, L-C- и Р^типов (рис. 3).
Рис. 3. Трехвыводные керамические фильтры
Они имеют форму параллелепипедов длиной L, шириной W, высотой T с шириной выводов на концах LE и шириной центрального вывода LM. Выпускаются чипы С-типа следующих групп: SF 0805, SF 1205 и SF1806 и L-C-типа — группы LC 0805 и LC1206. Номер группы образуется сочетанием длины и ширины чипов, измеренных в дюймах. Размеры и номинальная емкость фильтров приведены в таблице 3.
Spectrum Control выпускает 8 наименований чипов группы SF 0805, 9 — SF 1205 и 10 — SF 1806. Можно выбрать чипы с номинальной емкостью от 22 до 220 000 пФ. Фильтры первых двух групп рассчитаны на рабочее напряжение 50 В и ток 0,3; 0,4 и 1,0 А, третьей группы — соответственно 100 В и 0,3 А. Фильтры работают в диапазоне температур от -55 до 125 °C. Уровень вносимого затухания всех фильтров возрастает с повышением их емкости. На частоте 1 ГГц для фильтров с емкостью более 220 пФ величи-
на вносимого затухания приблизительно равна 40 дБ.
Фильтры L-C-типа для поверхностного монтажа в зависимости от величин емкости и индуктивности имеют частоту среза (частоту, на которой величина вносимого затухания равна 3 дБ) от 10 до 220 МГц с погрешностью 20%. Эти фильтры рассчитаны на рабочее напряжение 25 Ви рабочий ток 10 мА. Все чипы монтируют на плату пайкой при температуре 220-240 °С. После пайки необходима ультразвуковая очистка от остатков флюса: частота колебаний — не более 28 кГц, время — не более 5 минут.
Кроме того, Spectrum Control выпускает две серии мощных фильтров для поверхностного монтажа — PSM и SSM, рассчитанных на рабочие токи 10 и 20 А. Фильтры применяют в усилителях мощности, источниках питания, устройствах управления электродвигателями. Внешний вид фильтров показан на рис. 4.
Фильтры серии PSM (Power Surface Mount) могут иметь C или Pj-электрическую схему. Номинальный рабочий ток емкостных фильтров — 20 А, Pj-фильтров — 10 А, номинальное напряжение постоянного тока — соответственно 200 и 100 В. Емкость PSM-фильтров можно выбрать в следующем ряду: 68, 100, 130, 470, 820, 1000, 1500, 2500, 4000 для схемы P; и 10 000 пФ дополнительно к указанным емкостями для схемы С.
Фильтры серии SSM (Square Surface Mount) имеют только Pj-электрическую схему, рассчитаны на рабочий ток 10 А и напряжение постоянного тока 100 В. Их электрическая емкость может быть 100, 500, 1500, 2000 и 4000 пФ.
Рис. 4. Фильтры серий PSM и SSM
фильтры
Чип-фильтры всех типов поставляются, как правило, упакованными в пластиковую ленту для автоматизированного монтажа.
Наконец, Spectrum Control продолжает выпускать высокочастотные трехвыводные керамические фильтры для монтажа в плату — PCB-фильтры. Фильтры обеспечивают вносимое затухание 20 дБ на частотах от 100 МГц до 1 ГГц, имеют частоту среза 8 МГц. Минимальная электрическая емкость фильтров — 800 пФ, максимальный рабочий ток — 10 А, напряжение — 50 В.
Заключение
Представленная в данном обзоре продукция является только частью всех изделий, выпускаемых Spectrum Control. В нем не рассмотрены фильтрующие соединители и многовыводные сборки, номенклатура которых огромна. Кроме того, в обзор не включена большая группа фильтрующих прокладок разного профиля, сечения и защитных экранов. Все эти виды продукции заслуживают отдельного рассмотрения. Более подробную информацию можно найти в каталоге [2] и на сайте Spectrum Control [3]. ■
Литература
1. Джуринский К. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. М.: Техносфера. 2006.
2. EMI Filters and Filtered Interconnects: Каталог Spectrum Control Inc. 10/02 20 М, 2002.
3. www.spectrumcontrol.com
