Quarzfilter: Serienresonanz? Lastresonanz?

[Sebastian B. (sfreak)]

Hallo allerseits,

ich habe mich gerade zum ersten Mal mit Quarzfilter beschäftigt. Ich 
möchte ein 10 MHz Taktsignal möglichst schmalbandig filtern (kommt aus 
DDS und hat jede Menge Spurs).

Um erstmal ein Gefühl zu bekommen, habe ich einen 10MHz Quarz 
(low-profile HC49U) an einen Spektrumanalysator gehängt und mir den 
Spanungsverlauf angesehen. Der Peak der Serienresonanz liegt bei etwa 
9,997 MHz. Eigentlich kein Wunder, der Quarz ist für eine Lastkapazität 
von 18pF spezifiziert.

Habe dann das Filter-Designprogramm von DJ6EV 
<http://fa-nwt.akadns.de/blogs/blog4.php/2010/05/22/neue-version-2-0-3-des-dishal-programms>; 
bemüht und mir erfolgreich ein Filter aus 4 Quarzen gebastelt, mit der 
Mittefrequenz von 9,997 MHz. Schaut nicht ganz so aus wie in der 
Simulation aber als erster Versuch schon ok.

Wie bekomme ich das Filter auf 10,0 MHz? Das Programm nimmt scheinbar 
immer die Serienresonanzfrequenz als Mitte. Ich müsste dann ja alle 
Quarze noch um 3 kHz ziehen. Ist das möglich?

Sebastian

[Wolfgang Horn (Gast)]

Hallo zurück, Sevbastian,

> Wie bekomme ich das Filter auf 10,0 MHz? Das Programm nimmt scheinbar
> immer die Serienresonanzfrequenz als Mitte. Ich müsste dann ja alle
> Quarze noch um 3 kHz ziehen. Ist das möglich?

Das Ziehen könnte schwierig werden.
Aber: Der Durchlassbereich eines Quarzfilters liegt immer unter der 
Serienresonanzfrequenz.
Weil der Quarz dort induktiv ist, das ergibt mit einem C Resonanz.

Ciao
Wolfgang Horn

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo Sebastian

Bei einen Quarz kann man durch Reihenschaltung mit einem C die 
Serienresonanz verschieben. Wenn die Lastkapazität mit 18pF spezifiziert 
ist, liegt die Serienresonanz mit diesem Kondensator bei der angegebenen 
Frequenz. Wird der C verkleinert auf 5pF, kann man bei 10MHz schon 
3-4kHz nach oben gelangen. Die Parallelresonanz kann jedoch nicht ganz 
erreicht werden.

Du müßtest ein Filter designen, bei dem in Reihe zu jedem Quarz ein C 
mit ca. 18pF geschaltet ist. Eventuell jeweils einen 25pF Trimmer in 
Reihe schalten und am Spektrumanalyser abgleichen.

Gruß, Bernd

[Sebastian B. (sfreak)]

Hi Bernd,

ich habe mal ein Filter nach deinem Simulations-Schaltplan aufgebaut. 
Schaut schon recht gut aus, so ganz ohne Abgleich. Vielen Dank!

R2 habe ich weggelassen, wozu dient der?

Habe standard 0603 Kondensatoren verwendet, werde demnächst ein Paar 
Trimmer besorgen und versuchen auch die Höcker an den Seiten noch ein 
bisschen zusammen zu schieben.

Ich habe mir zwar einiges von den Quarzkochbüchern etc. aus der 
AFU-Szene angeschaut, aber so recht bin ich nicht schlau draus geworden.

Soweit ich mir das ganze jetzt angelesen habe:
Die 270pF-Cs dienen auch dazu, die Quarze zu ziehen und so das Filter 
auf die gewünschte Bandbreite zu bringen.

Wieso verbaut man einen Teil der Kondensatoren in Serie und einige 
parallel?

Könntest du mal kurz erklären, wie man vorgeht um so ein Filter zu 
entwerfen?

Viele Grüße
Sebastian

[Sebastian B. (sfreak)]

Hier noch ein Bild von meinem Machwerk.

[B e r n d W. (smiley46)]

R2 simuliert das Übersprechen vom Eingang zum Ausgang und ist nur 
geschätzt. Die 270pF gegen GND bestimmen die Bandbreite, leider haben 
sie den Nebeneffekt, den Quarz auch zu ziehen.

Die Serienkondensatoren ziehen die Durchlassmitte auf 10MHz. Im Prinzip 
kommt die Gesamtkapazität aus den benachbarten Kondensatoren auf 18pF. 
Dazu zählt auch die Parallelkapazität im Quarz-Ersatzschaltbild. Die 
Serienkondensatoren bewirken aber auch eine größere Einfügedämpfung.

Mit 270pF sollte der Ein/Ausgangswiderstand des Filters zwischen 50 und 
60 Ohm liegen. Werden die Kondensatoren gegen GND auf z.B. 22pF 
verkleinert, steigt die Bandbreite auf mehrere kHz und die Flanken des 
Filters, vor allem auf der linken Seite, werden flacher. Der 
Innenwiderstand kann dann auf 1kOhm steigen.

Durch variieren der Abschlußwiderstände und unter Verwendung von 
unterschiedlichen Kapazitäten gegen GND können Filtereigenschaften, wie 
Durchlasswelligkeit und Gruppenlaufzeit beeinflusst werden.

Um wirklich ein optimales Ergebnis zu erreichen, werden 20-30 Stück 
gekauft, die Quarze einzeln vermessen und Gruppen mit ähnlichen 
Parametern gebildet.

Hier wird auch das Vermessen beschrieben:
http://www.giangrandi.ch/electronics/crystalfilters/xtalfilters.shtml

Gruß, Bernd