Filtros de Cristal Monolíticos (MCF) - Embalagem, Frequências e Aplicações

Introdução aos Filtros de Cristal Monolíticos (MCF)

Os Filtros de Cristal Monolíticos (MCF) são filtros passa-banda passivos fabricados em um único substrato de cristal piezoelétrico (por exemplo, quartzo, nióbio de lítio ou silicato de gálio e lantânio). Eles aproveitam as propriedades de ressonância mecânica do cristal para obter excelente seletividade, baixa perda de inserção, e alta estabilidade de temperatura. Os MCFs são amplamente utilizados em sistemas de comunicação, navegação, radiodifusão e instrumentação, onde o controle preciso da frequência é crítico 43.

Principais Especificações Técnicas

1. Embalagem e Dimensões

Os MCFs estão disponíveis em embalagens de furo passante e montagem em superfície (SMD). Os tipos comuns incluem:

• 49T (Furo Passante, DIP):

  • Dimensões: ~11,0 × 4,5 mm (padrão da indústria).

  • Aplicações: Sistemas legados, equipamentos industriais.

• UM-1/UM-5 (Furo Passante, DIP):

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

  • Aplicações: Módulos de RF, instrumentos de teste.

• SMD 7050 (Montagem em Superfície SMD):

  • Dimensões: 7,0 × 5,0 × 1,4 mm (mais compacto) 6.

  • Aplicações: Projetos com restrição de espaço (por exemplo, dispositivos IoT, wearables).

• UM-1MJ/UM-5MJ (Montagem em Superfície SMD):

• Dimensões: UM-1 (11,8*7,8*3,5mm), UM-5 (9,8*7,8*3,5mm).
• Aplicações: Módulos de RF, instrumentos de teste.

2. Faixas de Frequência e Configurações de Pólos

Os MCFs cobrem frequências de 10 MHz a 250 MHz, com contagens de pólos (2–8 pólos) determinando a seletividade:

• MCFs de Baixa Frequência (10–50 MHz):

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

  • Largura de Banda: ±1 kHz a ±20 kHz (banda estreita).

• MCFs de Alta Frequência (50–250 MHz):

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

  • Largura de Banda: ±20 kHz a ±100 kHz (banda larga) 8.

• Desempenho Dependente de Pólos:

  • 2–4 pólos: Fator de forma 5:1 (largura de banda de 20 dB a 3 dB), perda de inserção de 3–4 dB.

  • 6–8 pólos: Fator de forma 2,5:1–2,0:1, perda de inserção de 4,5–5 dB, rejeição fora da banda superior (>65 dB) 8.

3. Características Elétricas

• Perda de Inserção: 3–5 dB (típico).

• Impedância: 800 Ω (padrão), personalizável (50 Ω–1 kΩ).

• Ripple da Banda Passante: ≤1 dB.

• Estabilidade de Temperatura: ±10 ppm de -40°C a +85°C 68.

4. Aplicações

Os MCFs permitem a discriminação de frequência em:

• Comunicação Sem Fio: Seleção de canal em rádios (por exemplo, 10,7 MHz para receptores FM) 4.

• Sistemas de Satélite e Navegação: Filtragem de baixo ruído de fase para GPS/GLONASS.

• Equipamentos de Radiodifusão: Transmissores de TV (45 MHz, 70 MHz).

• Controladores Industriais: Barramento CAN, interfaces Ethernet 9.

Tabela de Seleção de MCF por Embalagem e Frequência

A tabela abaixo resume os MCFs padrão da indústria:

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Imagens	Tipo de Embalagem	Dimensões (mm)	Frequência (MHz)	Pólos	Largura de Banda	Perda de Inserção	Aplicações
	49T	11.5*4.5*11.2mm	10.7MHz	2 pólos 4 pólos 6 Pólos 8 Pólos	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Rádios FM, Comunicações Industriais, Telecom
	49TMJ	14.7*11.5*5.2mm	10.7MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Rádios FM, Comunicações Industriais, Telecom
	UM-1	7.8*3.1*8.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.5 dB	Transceptores de RF, Telecom
	UM-1MJ	11.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telecomunicações
	UM-5	7.8*3.1*6.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telecomunicações
	UM-5MJ	9.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telecomunicações
	SMD 7050	7.0*5.0*1.4mm	21.4MHz, 21.7MHz, 45.000MHz 109.65MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz ±7.5KHz~±15KHz	3.0 dB	5G IoT, Wearables, Aeroespacial 46, Telecom

Considerações de Design

• Fator de Forma: Crítico para a rejeição de canal adjacente. Relações mais baixas (por exemplo, 2,0:1 para 8 pólos) aprimoram a seletividade 8.

• Mitigação de EMI: Use blindagem de aterramento para MCFs SMD em ambientes com alto ruído.

• Casamento de Impedância: Certifique-se de que a impedância do sistema (por exemplo, 50 Ω) esteja alinhada com as especificações do MCF para minimizar reflexões.

Tendências Futuras

• Miniaturização: Embalagens sub-5,0 × 3,2 mm para dispositivos 6G.

• Filtros Híbridos: Combinando MCF com SAW/BAW para banda ultra-larga (0,5–5% de largura de banda relativa) 3.

• Conformidade AEC-Q200: MCFs de nível automotivo para sistemas veículo-a-tudo (V2X) 9.

Conclusão

Os MCFs oferecem estabilidade de frequência e fator Q incomparáveis em embalagens compactas. Os projetistas devem priorizar a contagem de pólos para seletividade, o tamanho da embalagem para integração e a tolerância de frequência para resiliência ambiental. Para necessidades avançadas (por exemplo, >100 MHz, 8 pólos).