EMC濾波元件特性比較及超寬頻帶濾波器介紹

1、EMI濾波器件 電容 磁珠 電感 共模濾波器 超寬頻帶噪聲抑制器鄭重聲明 這份資料是位從事PCB板設(shè)計(jì)、EMC研究多年,臺(tái)灣的大學(xué)教授余 老帥編寫的,我只做了 些編輯 希望這份材料能魴對(duì)從務(wù)電f設(shè)備印刷電路板設(shè)計(jì)人員、EMC研究人 員有所幫助 希望對(duì)國(guó)產(chǎn)電子設(shè)備順利通過(guò)EMC檢測(cè),走出國(guó)門有所貢獻(xiàn),尤其資 料中介紹的新產(chǎn)品一超寬頻帶濾波器能給大家?guī)?lái)便利 余老師是超寬頻帶濾波器的發(fā)明人和專利擁有者 為了避免不必要麻煩的產(chǎn)生，詁不要轉(zhuǎn)載，只供大家做個(gè)參考 此資料只限在中國(guó)大陸使用R,L,C器件TDR響應(yīng)電磁波噪聲成因在處理各類電廣產(chǎn)品電磁波呼聲的成因仃如卜因素： A.電源系統(tǒng)所引發(fā)的Board

2、band型態(tài)噪聲電源噪聲是由電源回路高速交換運(yùn)作(switch)所產(chǎn)生的switchi即 noise所構(gòu)成的寬帶噪聲，因此要處理電源噪聲的組件就必須滿三兩個(gè) 基本條件：1.耐心流要足繆大2.要具備寬帶信號(hào)衰減的規(guī)格 B.高速數(shù)字回路運(yùn)作所引發(fā)的頻率(Clock Narrow Band)型態(tài)噪聲 由高速數(shù)字回路的0。1高速交換所引發(fā)的窄頻頻率型態(tài)，此窄頻頻率 的噪聲會(huì)出現(xiàn)在該:要的作頻率的倍頻諧波(GO times),因此該 窄頻哄盧公出現(xiàn)在很寬的頻譜匕因此要處理頻豹噪聲的組件就必須 滿足能解決寬帶味戶的規(guī)格典型的EMI噪聲擬制元件特性 般的數(shù)字工科師所接受的傳統(tǒng)渡波觀念就是使用旁路(By Pa

3、ss)電 容,將所行到的噪聲濾除，所以我們可以先充份了解旁路電容對(duì)信號(hào)的，、，特性:在TDR上信號(hào)看到旁路電容(BY PASS電容)，就像看到一個(gè) 低阻抗的通路，因此高頻信號(hào)會(huì)自動(dòng)流經(jīng)旁路電容下地， 而每一個(gè)不同的電容值所產(chǎn)生的最大信號(hào)衰減頻率點(diǎn)及有 效衰減頻帶都不一樣典型的EMI噪聲擬制元件特性旁路電容噪聲濾波特性苜先驗(yàn)證測(cè)試I具及測(cè)試用空門PCB.在網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻謂沒(méi)仃任何的， 點(diǎn)減空白PCB衰減特性EMI器件濾波特性測(cè)量測(cè)試儀器：Agilent 5070B網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)頻率范圍:300KHz to 3GHz10PF旁路電容衰減野性曲線Notch Band: 1.7GHz to 2.8GH

4、zNotch Point: 2.1GHz (-39dB)100PF旁路電容衰減特性曲線Notch Band: 748MHz to 1.5GHzNotch Point: 1.1GHz (-43dB)1000PF旁路電容衰減特性曲線Notch Band: 73MHz to 600MHzNotch Point: 209MHz (-38dB)0mOm10000JF NoKh Curve28MC8)woocf Notch Curve209卜 38dB)"MUIWOp- Win Cure 1 15HZ|43«|IQpF Notch Curve2.1GHZ1 39dB110OOOPF旁路

5、電容衰減特性曲線Notch Band: 300KHz to 956MHzNo忙h Point: 28MHz (-58dB)Circuit Diagramg g01(X0產(chǎn)旁路電容衰減特性比較電容的阻抗特性Frequency (MHz)Choosing a De-CapSerf-CMonant frequency-8MT capKitor>3-wi.Montrose. EMC and the PrintedOf cult Board. Wiley. 1999典型的EMI噪聲擬制元件特性旁路電容噪聲濾波特性10000CF sokn curve例Blioopf No«ACun

6、1;1 iGWi-43eB1i«XX)F»ioich Carve 20$MHaM6)K)pf Ncun Curve 2 10HO-36®)測(cè)試結(jié)果如上圖所示，觀查圖形我們可以發(fā)現(xiàn)，所有的方格電容其滋波曲戢皆為審頻的8態(tài)曲線,而不具備寬帶的浴缸式的濁波曲線，并且不同的容值僅針對(duì)不同的特定信號(hào)頻帶產(chǎn)生最大的有效信號(hào)裒減,因卜使用單1、旁路電容來(lái)進(jìn)行特定的領(lǐng)帶漁波是可行的,但無(wú)法提供寬帶帶的噪聲處理能力.典型的EMI噪聲擬制元件特性旁路電容噪聲濾波特性徒弟 * 收安時(shí) Use by pass Capacitors to remove power raseFV/whi n

7、oise can notRemove dearly典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性-除了使用旁路電容來(lái)處理噪聲的問(wèn)題之外，最常用來(lái)處理 電子產(chǎn)品的EMI噪聲問(wèn)題的組件還有磁珠(femte bead),磁 ，的成份是由”體的的金粉末所構(gòu)成，而質(zhì)會(huì)影響濾波作用的頻帶，節(jié)電偵波射入此磁珠(ferrite 砧d)的材料表面時(shí)會(huì)在組件表面形成層極薄的磁性壁, 壁內(nèi)部的磁件材料會(huì)因?yàn)橥獠可淙氲碾姶拍芰垦M(jìn)行門旋 進(jìn)動(dòng)效應(yīng).從而產(chǎn)生分子間的相互磨擦,將部份電磁能轉(zhuǎn) 化為熱能消耗掉，磁珠(ferrite bead)到底能轉(zhuǎn)化多大的電磁能股呢?為什 么很名的時(shí)候用了很多不同陽(yáng)值的磁珠,還是無(wú)法解決E

8、MI 噪聲的問(wèn)題呢？讓我們來(lái)徹底廣解磁珠的信號(hào)衰減特性，就能知道磁珠的 EMI濾波最佳的應(yīng)用效果了磁珠噪聲轉(zhuǎn)換方式FR4 PCB目前典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性讓我們用網(wǎng)絡(luò)分析儀的驅(qū)速測(cè)顯拽式來(lái)測(cè)試不同陰值的磁珠所 產(chǎn)生的最大信號(hào)衰減頻率點(diǎn)及有效衰減頻帶如"測(cè)量設(shè)備：Agilent 5070B M絡(luò)分析儀測(cè)量范圍：300KHz to 3GHz目前典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性首先驗(yàn)證測(cè)試1 ：具及測(cè)試用空臼PCB在網(wǎng)分儀的頻譜上沒(méi)有任何的信號(hào)衰減Bare PCB Attenuation Curve典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性通常在贖譜儀上

9、要4到有效的噪聲iM.箕最他人的衰減他力必須達(dá)到-20dB以上卜圖的300QFerri【e Bead址人衰減%率點(diǎn)121.57MHz 13.97<18式盛4>|、足，Jew ,占Am 4 W31 919*典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性通常在喊謂儀上要而到有效的噪，衰狀次最房本的衰減能力必如讓刎20出以上卜圖的600。磁珠最大FIM頓率點(diǎn)89.42MHz18.4曲衰流量不足,井凡最人我M你,點(diǎn)為89.42MHz.與兀件婉格相比產(chǎn)生約100MHz的頻值典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性通常在妝請(qǐng)儀卜要4列行效的吸小哀1（最總本的漁力必須iA到20曲以上卜圖的30

10、00Q觸球最人衰減領(lǐng)率點(diǎn)58.08MHz25.7由哀款收足好仃效一減一帶為25.12 to 118.36MHz 'j元件規(guī)格相比產(chǎn)生約1001陽(yáng)z的糖偏ROC，S02DC，(DreA 2"MUM .5目前典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性通后在姣譜儀1X6到仃效的噪聲衰減.11最機(jī)A的衰2使力必須達(dá)刎-20dBU上卜圖的2400高如磁珠最大或M瞥率點(diǎn)1 GHz .10.23dB我MM不足14雄“£>" r) Waio <HvlAnrAa ，>*>，2”目前典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性通常在煩肅儀上耍G到效的

11、噪小衰M，及城必本的衰M造力必須1L到.20dB以E卜圖的人電流3A/6OOQ磁珠m大哀M陵率點(diǎn)1GHz -5.9曲衰M同不足典型的EMI噪聲擬制元件特性磁珠噪聲濾波特性Gtotrai TDD B*»3pC4nwg B4Md粽合以上磁珠的測(cè)ht結(jié)果得知，現(xiàn)在市色的班以仃猱率偏移及衰戰(zhàn)量不足 可也.，發(fā)揮該材料應(yīng)有的噪聲衰球功隨，H.無(wú)法提供寬帶的濾波功能,所以時(shí)常令處理EM1味伊阿麴的程師白覺無(wú)效及汨度,因此浪費(fèi)/很多EM1垛力處理的時(shí)間,”時(shí)從至常常必須以金網(wǎng)包的的方式來(lái)通過(guò) EMI測(cè)試.大大提升產(chǎn)M的材舁成木，何時(shí)也降低了產(chǎn)從市場(chǎng)價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)性多層芯片式磁珠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)t Ferri

12、te SheetSilver path (Conductor)FerriteConductorThrough Hole , (Path connected i through this hole、_Terminal多層芯片式磁珠的X光片電感器件作用原理當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感線圈中產(chǎn)生的感生 電動(dòng)勢(shì)將阻止電流的變化。當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的白 感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反,阻止電流的增加，同時(shí) 格部份電能轉(zhuǎn)成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存于電感之中當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流減小時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的白 感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同,阻止電流的減小，同時(shí) 釋放出儲(chǔ)存的能量,以補(bǔ)償電流的減九10uH電感特性44Cir

13、cuit Diagram10uH Inductor磁珠與電感的差異電感是儲(chǔ)能組件 磁珠是能量轉(zhuǎn)換（耗散）組件電感多用，電源濾波回路，注重F抑制傳導(dǎo)性干擾, 我應(yīng)用頻率范為在100MHz以F.磁珠多用于吸收高頻佰號(hào)并將其能盤轉(zhuǎn)換,不致丁,產(chǎn) 生EMI問(wèn)題.磁珠的單位是依據(jù)它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標(biāo)稱, 所以單位是Q,而不是H共模濾波器工作原理W等效電路No impedance produced to signal信號(hào)傳輸常規(guī)信號(hào)傳輸回路：地線差分傳輸回阿r推地線乂被叫做均衡傳輸共模濾波器工作原理磁珠可能會(huì)造成波形變形使用兩個(gè)磁珠使用一個(gè)共模漉波箱入波形輸出波彩（泄波前）（濾波后）愉入波形痂出波形

14、（池波附）（泄波后）傳用磁珠煤液r，2fpCIDO 200 2W6MB：Evaluation of radiated noise差分傳輸特性較強(qiáng)的外部干擾信號(hào)- A 八/Hbjv 'v/vr kI擾信號(hào)在兩條線路上被同時(shí)照應(yīng).粉出井不受影響不平衡傳愉產(chǎn)生.噪聲相位不同步電壓不同不平衡傳輸產(chǎn)生噪聲設(shè)仃平利W箱的節(jié)分信共模啖出（不平般傳輸引起的聯(lián)聲）沒(méi)有不對(duì)林出現(xiàn).使用共模濾波不對(duì)稱出現(xiàn).沒(méi)“使用共根4波選擇EMC元件磁珠和共模濾波器對(duì)比舉例,USB斌始信號(hào)沒(méi)有不對(duì)林現(xiàn)生.芯R型金珠 100Q 100MHz共模模式90a 100MH£不分模式18Q 240MHz共模模人600 Q

15、 100MHz痙分R式40。240MHz繞線式共模扼流元件芯片型共模扼流線圈Film Type DLP31S Series / MurataSpiral Design High Coupling coefficient (-98%) High Insulation Resistance27 阿 459Corrwnor Mod。Frequency (HzJNarmai Mode Rvqumcy (Hr)新產(chǎn)品超寬頻帶濾波器（UWB）為以以信的改叔防徵由廈-30MHz to 8GHz （ -20dB） 全新的設(shè)計(jì)理念優(yōu)點(diǎn):1.提島系統(tǒng)的速度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性3、縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期5、減少備品、備件的數(shù)

16、域.降低庫(kù)存2,可普遍用于EMUEMC解決方案中4,減少使用元器件的數(shù)量6、降低能量消耗UC1600電把制住超蜿無(wú)仲g«»電話氈/UWB噪聲擬制UWB 2500噪聲擬制特性通常在頻幫錢二要看到有效的雉諷表濡其最基本的衰減布力必存里到-20dB以上 下的有效衰SW（帶自122.12MHz to 2.3GHz符合H房（的it波特性UWB2500逋用於所有電子紊品的造源系澧波Notch Point: 308MHz（,-33dB）Ckcuit DiagramIM© 2500 FBarUWB噪聲擬制UWB B2000噪聲擬制特性通常在喊i片儀上要行到效的噪盧衰減.其最從本的衰減能力必須達(dá)到2（圮B以1:卜圖的仃效我M捌帶為300KHz to 3GHz,符合寬帶的濾波特性UWB B2000適用于所有電子產(chǎn)品的時(shí)鐘窄領(lǐng)率聲濾波Circuil Bi v nra» mi在相同的測(cè)試條件下，圖1為UC3系列（1005）特性,圖2為UC2系列（0603）特性,圖3為兩個(gè)串聯(lián)之后的特性，