Chủ đề bộ lọc thông dải cho tần số wifi 2 4 ghz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ II Chủ đề: Bộ lọc thông dải cho tần số Wifi 2.4 Ghz Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Nam Phong Nhóm sinh viên: Trần Văn Đạt 20172453 Nguyễn Quốc Anh 20172397 Hà Nội, 8-1-2021 LỜI NÓI ĐẦU Trong sống việc truyền thơng tin vơ quan trọng Thơng tin truyền qua nhiều kênh sóng FM, cáp quang, Wifi, v.v… thông tin qua kênh truyền bị ảnh hưởng nhiễu, tạp âm, v.v… nên việc thiết kế lọc cho kênh truyền quan trọng Trong tập lớn lần nhóm em xin trình bày thiết kế mạch lọc thơng dải cho tần số Wifi 2.4 Ghz Nhóm em chọn mạch lọc Butterworth ổn định ( đỉnh phẳng) dải tần cho qua so với số mạch lọc khác Báo cáo bao gồm: Chương1: Phân tích yêu cầu thiết kế Chương2: Thực thiết kế mạch chọn thiết kế tối ưu Chương3: Kết kết luận Trong q trình làm chúng em khơng thể tránh sai sót mong thầy bạn đọc bổ sung đưa ý kiến để nhóm rút kinh nghiệm làm tốt lần sau Nhóm chúng em cảm ơn Thầy TS Nguyễn Nam Phong hướng dẫn hỗ trợ nhóm em kiến thức cần thiết để hoàn thành tập lớn Mục lục Chương 1: Phân tích yêu cầu thiết kế………………………………… 1.1 Các dạng mạch lọc………………………………………… 1.2 Phân tích yêu cầu thiết kế mạch…………………………….1 Chương 2: Thực thiết kế chọn mạch thiết kế………………… 2.1 Các tiêu chí chọn mạch………………………………………2 2.2 Thiết kế chọn mạch tối ưu…………………………………3 2.2.1 Mạch butterworth (Maximally flat)………………….3 2.2.2 Mạch Chelbysev…………………………………… Chương 3: Kết kết luận DANH M ỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Đáp ứng tần số lọc Butterworth……………………………….3 Hình 2.2: Mạch lọc Butterworth…………………………………………….4 Hình 2.3: Các tham số S rút từ đồ thị…………………………………… Hình 2.4: Mạch lọc Chelbysev………………………………………………6 Hình 2.5: Các tham số S mạch………………………………………… Hình 2.6: Hàm truyền đạt mạch lọc chelbysev………………………….7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Ưu nhược điểm vài lọc ………………………… CHƯƠNG Phân tích yêu cầu thiết kế 1.1 Các dạng mạch lọc Trong xử lý tín hiệu, có nhiều loại mạch lọc ( lọc tương tự, lọc số), mạch lọc RC, RL, mạch lọc thông cao, thông thấp, thông dải, chắn dải, mạch lọc tích cực , mạch lọc thụ động, v.v… Nếu xét phương diện lượng cơng suất chia mạch lọc làm loại mạch lọc thụ động tích cực Mạch lọc thụ động gồm linh kiện RLC mắc phối hợp với theo cách khác để từ đầu vào nhận đầu mong muốn Mạch lọc tích cực tương tự mạch lọc thụ động có thêm khối khuếch đại transistor hay khuếch đại thuật toán OPAMP đầu gồm khối Nếu xét phương diện hình dáng hàm truyền đạt có mạch lọc Butterworth( maximally flat), Bessel-Thomson, Chelbysev, Chelbysev ngược, Gaussian, v.v… 1.2 Phân tích yêu cầu thiết kế mạch Yêu cầu mạch cần phải đạt tuân theo chuẩn 802.11b IEEE với tần số trung tâm 2.412 Ghz, dải thông kênh 2.401 - 2.423 Ghz Các tham số tần số: Fs1= 2.38 Ghz, Fs2= 2.44 Ghz, Fp1=2.401 Ghz, Fp2=2.423 Ghz Các tham số độ gợn song: độ gợn song dải thông A p = dB, độ gợn song dải chắn As = 20 dB Các tham số trở kháng trở kháng vào Rs = 50 Ω , Rl=50Ω Giá thành( làm mạch cứng): rẻ, hợp lí CHƯƠNG Thực thiết kế mạch chọn thiết kế tối ưu 2.1 Các tiêu chí chọn mạch Mạch cần đáp ứng yêu cầu thiết kế Và từ tiêu chí thiết kế mạch nhóm chọn mạch lọc thụ động( mạch RLC) khối khuếch đại OPAMP có giá thành cao so với điện trở, tụ điện, cuộn cảm, sau lần khuếch đại khuếch đại nhiễu tạp âm Tiếp theo nhóm lựa chọn mạch lọc Butterworth( maximally flat), Chelbysev, Eliptic Các lọc nhìn chung xấp xỉ với lọc lý tưởng phép xấp xỉ đa thức Các ưu nhược điểm mạch nêu bảng 2.1 Tên mạch Butterworth Ưu điểm - Đỉnh phẳng - Độ gợn song dải nhỏ Chelbysev Elliptic Nhược điểm - Độ dốc không - lớn mạch cịn lại Bậc lọc gấp đơi (2N) so với lọc khác - có xấp xỉ tốt - độ gợn sóng dải cho đáp ứng lý tưởng lọc với bậc độ gợn sóng xác định thơng lớn so với lọc cịn lại - có độ dốc tần số - độ gợn song dải cắt tốt với bậc độ gợn xác định chắn cao so với lọc lại Bảng 2.1: Ưu nhược điểm vài lọc 2.2 Thiết kế mạch chọn mạch tối ưu 2.2.1 Mạch Butterworth( Maximally flat) Bộ lọc Butterworth cho lọc thơng thấp có cơng thức hàm truyền đạt H sau: H (s)= (2.1) 1+Ω N s Trong Ω= jω N bậc lọc Các nghiệm hàm truyền H(s) nằm ac phía bên trái trục ảo Bậc lọc n lọc xác định theo công thức: ( 2.2 ) Bộ lọc Butterworth có hàm truyền đạt miền tần số hình vẽ 2.1 1.0 mag(Transfer_H) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 3.00 2.98 2.96 2.94 2.92 2.90 2.88 2.86 2.84 2.82 2.80 2.78 2.76 2.74 2.72 2.70 2.68 2.66 2.64 2.62 2.60 2.58 2.56 2.54 2.52 2.50 2.48 2.46 2.44 2.42 2.40 2.38 2.36 2.34 2.32 2.30 2.28 2.26 2.24 2.22 2.20 2.18 2.16 2.14 2.12 2.10 2.08 2.06 2.04 2.02 2.00 freq, GHz Hình 2.1: đáp ứng tần số lọc butterworth Mạch lọc Butterworth có linh kiện mắc hình 2.2 Hình 2.2: Mạch lọc Butterworth Mạch gồm linh kiện: - L1: L = 30.11695 pH, R = 1e-12 Ohm L2: L = 722.85919 nH, R = 1e-12 Ohm L3: L = 30.11695 pH, R = 1e-12 Ohm C1 = 144571839 pF C2 = 6.02339 fF C3 = 144.57184 pF Các đồ thị từ mạch: -2 -50 -4 -100 dB(S(1,2)) dB(S(1,1)) -6 -8 -150 -200 -10 -250 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 2.0 2.5 3.0 freq, GHz 0 -50 -2 -100 -4 dB(S(2,2)) dB(S(2,1)) freq, GHz -150 -6 -200 -8 -250 -10 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 freq, GHz 0.5 1.0 1.5 freq, GHz Hình 2.3 Các tham số S rút từ đồ thị Nhận xét: Mạch đạt yêu cầu phù hợp với yêu cầu thiết kế, tham số S11 đủ nhỏ để chấp nhận 2.2.2 Mạch Chelbysev Bộ lọc Chelbysev có hàm truyền đạt H tính sau: | H |2  1   TN2 () (2.3) Trong Tn đa thức Chelbysev định nghĩa đệ quy sau: T0(x)=1;T1(x)=x; TN= 2.x.TN-1(x)-TN-2(x) √ Ap Còn ε = 10 10 −1 Hàm truyền đạt biểu diễn H (s)= A0 N ( s−s k ) ∏ k=1 Mạch mắc hình Hình 2.4 Mạch loc Chelbysev Các linh kiện gồm: - L1: L = 8.986414 pH, R = 1e-12 Ohm L2: L = 257.433233 nH, R = 1e-12 Ohm L3: L = 8.986414 pH, R = 1e-12 Ohm C1: C = 484.516144 pF C2: C=16.913367 fF C3: C=484.516145 pF 10 50 -50 dBm(S(1,2)) dBm(S(1,1)) Ta có đồ thị tham số S từ mạch -100 -150 -200 -250 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 1.0 freq, GHz 1.5 2.0 2.5 3.0 freq, GHz 10 -50 dBm(S(2,2)) dB(S(2,1)) -100 -150 -200 -250 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 freq, GHz Hình 2.5 Các tham số S mạch 1.0 1.5 freq, GHz 2.0 2.5 3.0 H = vout/vin Eqn 20 dB(H) -20 -40 -60 -80 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 freq, GHz Hình 2.6 Hàm truyền đạt mạch lọc Chelbysev Nhận xét: Mạch lọc Chelbysev đáp ứng đủ tiêu chí thiết kế 2.8 2.9 3.0 Chương 3: kết kết luận So sánh mạch lọc Chelbysev Butterworth có tham số thiết kế thấy tham số S11 Butterworth tốt  chống tín hiệu dội lại tốt hơn, nhiên tham số S21 Chelbysev lại cao  biên độ tín hiệu lớn  lượng Qua nhóm em chọn mạch lọc Butterworth ổn định ( đỉnh phẳng) dải tần cho qua  tín hiệu bị méo dễ khôi phục bên thu  ... với tần số trung tâm 2.41 2 Ghz, dải thông kênh 2.40 1 - 2.42 3 Ghz Các tham số tần số: Fs1= 2.38 Ghz, Fs2= 2.44 Ghz, Fp1 =2.40 1 Ghz, Fp2 =2.42 3 Ghz Các tham số độ gợn song: độ gợn song dải thông A... nhóm em xin trình bày thiết kế mạch lọc thông dải cho tần số Wifi 2.4 Ghz Nhóm em chọn mạch lọc Butterworth ổn định ( đỉnh phẳng) dải tần cho qua so với số mạch lọc khác Báo cáo bao gồm: Chương1:... Các dạng mạch lọc Trong xử lý tín hiệu, có nhiều loại mạch lọc ( lọc tương tự, lọc số) , mạch lọc RC, RL, mạch lọc thông cao, thông thấp, thơng dải, chắn dải, mạch lọc tích cực , mạch lọc thụ động,