第7章 濾波技術(shù) (2012)

1、第第7 7章章 干擾濾波技術(shù)干擾濾波技術(shù)一、電磁干擾濾波的概念一、電磁干擾濾波的概念 濾波器的作用是僅允許工作必須的信號(hào)頻率通過(guò)，濾波器的作用是僅允許工作必須的信號(hào)頻率通過(guò)，而對(duì)工作不必須的信號(hào)頻率有很大的衰減作用，這樣就而對(duì)工作不必須的信號(hào)頻率有很大的衰減作用，這樣就使產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)減為最少。使產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)減為最少。 采用濾波器可以達(dá)到分離信號(hào)、抑制干擾的目的。采用濾波器可以達(dá)到分離信號(hào)、抑制干擾的目的。采用濾波器可以顯著減小傳導(dǎo)干擾的電平。干擾頻譜成采用濾波器可以顯著減小傳導(dǎo)干擾的電平。干擾頻譜成份一般不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)這些與有用信份一般不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)這些與有

2、用信號(hào)頻率不同的成分具有良好的抑制作用，從而達(dá)到抑制號(hào)頻率不同的成分具有良好的抑制作用，從而達(dá)到抑制干擾的目的。干擾的目的。信號(hào)濾波器信號(hào)濾波器電源濾波器電源濾波器切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護(hù)。成完善的干擾防護(hù)。濾波器的作用濾波器的作用信號(hào)濾波器和電源濾波器信號(hào)濾波器和電源濾波器v安裝在電源線上的濾波器稱為電源線干擾濾安裝在電源線上的濾波器稱為電源線干擾濾波器波器v電源濾波器除了要保證滿足安全方面的要求外，還要電源濾波器除了要保證滿足安全方面的要求外，還要注意當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，電路中的電感不能發(fā)生飽和注意當(dāng)負(fù)載

3、電流較大時(shí)，電路中的電感不能發(fā)生飽和（導(dǎo)致濾波器性能下降）（導(dǎo)致濾波器性能下降）v安裝在信號(hào)線上的濾波器稱為信號(hào)線干擾濾安裝在信號(hào)線上的濾波器稱為信號(hào)線干擾濾波器波器v信號(hào)濾波器還要考慮濾波器不能對(duì)工作信號(hào)有嚴(yán)重的信號(hào)濾波器還要考慮濾波器不能對(duì)工作信號(hào)有嚴(yán)重的影響，不能造成信號(hào)的失真影響，不能造成信號(hào)的失真干擾濾波器和一般信號(hào)濾波器的區(qū)別干擾濾波器和一般信號(hào)濾波器的區(qū)別v濾波器中用的濾波器中用的L、C 元件，通常需要處理和承受相當(dāng)大的無(wú)功電元件，通常需要處理和承受相當(dāng)大的無(wú)功電流和無(wú)功電壓，即它們必須具有足夠大的無(wú)功功率容量；流和無(wú)功電壓，即它們必須具有足夠大的無(wú)功功率容量；v信號(hào)處理中用的濾

4、波器，通?？偸前醋杩雇耆ヅ錉顟B(tài)設(shè)計(jì)的，信號(hào)處理中用的濾波器，通常總是按阻抗完全匹配狀態(tài)設(shè)計(jì)的，所以可以保證得到預(yù)想的濾波特性。但是，在所以可以保證得到預(yù)想的濾波特性。但是，在EMC 設(shè)計(jì)中，很難設(shè)計(jì)中，很難做到這點(diǎn)，有時(shí)濾波器還不得不在失配狀態(tài)下運(yùn)行，因此，必須做到這點(diǎn)，有時(shí)濾波器還不得不在失配狀態(tài)下運(yùn)行，因此，必須認(rèn)真考慮它們的失配特性，以保證它們?cè)谡J(rèn)真考慮它們的失配特性，以保證它們?cè)?.1530 MHz 范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，能得到足夠好的濾波特性；能得到足夠好的濾波特性；v在在EMC 設(shè)計(jì)中，濾波器主要是用來(lái)抑制因瞬態(tài)噪聲或高頻噪聲造設(shè)計(jì)中，濾波器主要是用來(lái)抑制因瞬態(tài)噪聲或高頻噪聲造成的成的

5、EMI，所以，對(duì)濾波器所用的，所以，對(duì)濾波器所用的L、C 元件寄生參數(shù)的控制，要元件寄生參數(shù)的控制，要求比較苛刻。因而，對(duì)求比較苛刻。因而，對(duì)EMI 濾波器的制作與安裝均必須認(rèn)真對(duì)待；濾波器的制作與安裝均必須認(rèn)真對(duì)待；vEMI 濾波器雖然是抗電磁干擾的重要元件，但是，使用時(shí)必須仔濾波器雖然是抗電磁干擾的重要元件，但是，使用時(shí)必須仔細(xì)了解其特性，并正確使用，否則，不但收不到應(yīng)有的效果，而細(xì)了解其特性，并正確使用，否則，不但收不到應(yīng)有的效果，而且有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致新的噪聲。且有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致新的噪聲。二、濾波器的分類二、濾波器的分類v按濾波器對(duì)頻率的選擇性能來(lái)分類，則可分為低通、高通、按濾波器對(duì)頻率的選擇性

6、能來(lái)分類，則可分為低通、高通、帶通和帶阻四種濾波器；帶通和帶阻四種濾波器；v按頻帶來(lái)分：低頻、高頻、甚高頻、超高頻和微波濾波器；按頻帶來(lái)分：低頻、高頻、甚高頻、超高頻和微波濾波器；v按網(wǎng)絡(luò)中是否含有電源來(lái)分：有源和無(wú)源濾波器。前者系含按網(wǎng)絡(luò)中是否含有電源來(lái)分：有源和無(wú)源濾波器。前者系含有源元件組成的濾波電路，而后者僅由無(wú)源元件組成；有源元件組成的濾波電路，而后者僅由無(wú)源元件組成；v按組成濾波器的元件特征來(lái)分：按組成濾波器的元件特征來(lái)分：LC 濾波器，晶體濾波器，濾波器，晶體濾波器，機(jī)械濾波器，陶瓷濾波器，螺旋濾波器等；機(jī)械濾波器，陶瓷濾波器，螺旋濾波器等；v按濾波器的功能來(lái)分：反射濾波器和吸收

7、濾波器兩類；按濾波器的功能來(lái)分：反射濾波器和吸收濾波器兩類；反射濾波器能阻止有用頻帶以外的其它成分通過(guò)并把它們反射回信反射濾波器能阻止有用頻帶以外的其它成分通過(guò)并把它們反射回信號(hào)源；號(hào)源；吸收濾波器則是將把不需要的成分吸收，以達(dá)到濾波的目的。吸收濾波器則是將把不需要的成分吸收，以達(dá)到濾波的目的。v據(jù)濾波器的應(yīng)用特點(diǎn)分：信號(hào)選擇濾波器和據(jù)濾波器的應(yīng)用特點(diǎn)分：信號(hào)選擇濾波器和EMI（電磁干擾）（電磁干擾）濾波器兩大類。濾波器兩大類。干擾濾波器的種類干擾濾波器的種類衰減衰減高通高通衰減衰減帶通帶通衰減衰減帶阻帶阻衰減衰減低通低通3dB截止頻率截止頻率低通濾波器用得最多的原因低通濾波器用得最多的原因v

8、電磁干擾大多為頻率較高的信號(hào)，因?yàn)轭l率電磁干擾大多為頻率較高的信號(hào)，因?yàn)轭l率越高的信號(hào)越容易輻射和耦合越高的信號(hào)越容易輻射和耦合v數(shù)字電路中許多高次諧波是電路工作所不需數(shù)字電路中許多高次諧波是電路工作所不需要的，必須濾除，以防止對(duì)其它電路的干擾要的，必須濾除，以防止對(duì)其它電路的干擾v電源濾波器多為低通濾波器電源濾波器多為低通濾波器高通濾波器用在干擾頻率比信號(hào)頻率低的場(chǎng)合，如在一些高通濾波器用在干擾頻率比信號(hào)頻率低的場(chǎng)合，如在一些靠近電源線的敏感信號(hào)線上濾除電源諧波造成的干擾。靠近電源線的敏感信號(hào)線上濾除電源諧波造成的干擾。帶通濾波器用在信號(hào)頻率僅占較窄帶寬的場(chǎng)合，如通信接帶通濾波器用在信號(hào)頻率

9、僅占較窄帶寬的場(chǎng)合，如通信接收機(jī)的的天線端口上要安裝帶通濾波器，僅允許通信信號(hào)收機(jī)的的天線端口上要安裝帶通濾波器，僅允許通信信號(hào)通過(guò)。通過(guò)。帶阻濾波器用在干擾頻率帶寬較窄，而信號(hào)頻率較寬的場(chǎng)帶阻濾波器用在干擾頻率帶寬較窄，而信號(hào)頻率較寬的場(chǎng)合，如距離大功率電臺(tái)很近的設(shè)備電纜端口處要安裝阻帶合，如距離大功率電臺(tái)很近的設(shè)備電纜端口處要安裝阻帶頻率等于電臺(tái)發(fā)射頻率的帶阻濾波器。頻率等于電臺(tái)發(fā)射頻率的帶阻濾波器。低通濾波器類型低通濾波器類型C TL反反 1電容濾波器電容濾波器CesZlZ)/(1CjZCClsZZZ,221lg10)dB(RCLC實(shí)際電容濾波器的等效電路實(shí)際電容濾波器的等效電路實(shí)際電容

10、濾波器的頻響特性曲實(shí)際電容濾波器的頻響特性曲線線2電感濾波器電感濾波器LesZlZLjZLLlsZZZ,221lg10)dB(RLLL實(shí)際電感濾波器的等效電路及頻響特性曲線實(shí)際電感濾波器的等效電路及頻響特性曲線差模扼流圈差模扼流圈單根線圈繞在磁損較大的鐵芯上，串聯(lián)在單根導(dǎo)線上單根線圈繞在磁損較大的鐵芯上，串聯(lián)在單根導(dǎo)線上,差模扼流圈一般是單線扼流圈。差模扼流圈一般是單線扼流圈。共模扼流圈共模扼流圈 兩個(gè)相同的線圈繞在同一個(gè)磁損較小的鐵氧體芯上，可插入兩根兩個(gè)相同的線圈繞在同一個(gè)磁損較小的鐵氧體芯上，可插入兩根信號(hào)線中，同時(shí)抑制兩根線上的共模噪聲。信號(hào)線中，同時(shí)抑制兩根線上的共模噪聲。型濾波器e

11、sZlZRZZls設(shè)4RLLC-2lg10)dB(222RCLC型濾波器esZlZCCRZZls設(shè)22222CR2RLC-2RLLC-1lg10)dB(CLT型濾波器RZZls設(shè)22222CR2RCL-RLLC-1lg10)dB(CLesZlZC3電源濾波器電源濾波器對(duì)于交流和直流均適用，同時(shí)對(duì)差模干擾和共模干擾起作用對(duì)于交流和直流均適用，同時(shí)對(duì)差模干擾和共模干擾起作用典型的實(shí)際電源濾波器典型的實(shí)際電源濾波器三、濾波電路的選擇三、濾波電路的選擇 源阻抗源阻抗 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗 高高 C、 、多級(jí)、多級(jí) 高高 高高 、多級(jí)、多級(jí) 低低 低低 反反 、多級(jí)反、多級(jí)反 高高 低低

12、L、多級(jí)、多級(jí)L 低低 規(guī)律：電容對(duì)應(yīng)高阻，電感對(duì)應(yīng)低阻規(guī)律：電容對(duì)應(yīng)高阻，電感對(duì)應(yīng)低阻在實(shí)際中，哪一種濾波器有效主要靠試驗(yàn)的結(jié)果確定在實(shí)際中，哪一種濾波器有效主要靠試驗(yàn)的結(jié)果確定四、濾波器的特性參數(shù)四、濾波器的特性參數(shù)v頻率特性頻率特性頻率特性是指濾波器對(duì)頻率的響應(yīng)特性，表征頻率特性的參數(shù)有帶通濾波器的中心頻率，低通和高通濾波器的截止頻率v額定電流額定電流額定電流一般指濾波器使用時(shí)允許流過(guò)的最大工作電流值v額定電壓額定電壓額定電壓指使用時(shí)允許加在濾波器上的電壓的最大值v工作環(huán)境溫度工作環(huán)境溫度濾波器對(duì)其使用的環(huán)境溫度也有一定的要求。否則將導(dǎo)致組成濾波器的元件的性能下降或者失效v插入損耗插入損

13、耗插入損耗是濾波器重要的電氣性能參數(shù)插入損耗的定義插入損耗的定義 插入損耗是指設(shè)備在插入濾波器前和插入濾波器后承受插入損耗是指設(shè)備在插入濾波器前和插入濾波器后承受的電磁干擾的電平之比。的電磁干擾的電平之比。EMI 濾波器的插入損耗越高，對(duì)電磁干擾信號(hào)的抑制作用就越強(qiáng)。濾波器的插入損耗越高，對(duì)電磁干擾信號(hào)的抑制作用就越強(qiáng)。共模電流和差模電流共模電流和差模電流 電纜上的干擾按照干擾電流的流動(dòng)路徑分為共模干擾電流和差電纜上的干擾按照干擾電流的流動(dòng)路徑分為共模干擾電流和差模干擾電流兩種，由于對(duì)這兩種干擾電流的濾波方法不相同，因此模干擾電流兩種，由于對(duì)這兩種干擾電流的濾波方法不相同，因此在進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)之

14、前必須了解所面對(duì)的干擾電流的種類在進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)之前必須了解所面對(duì)的干擾電流的種類五、信號(hào)濾波器的安裝五、信號(hào)濾波器的安裝無(wú)屏蔽的場(chǎng)合：無(wú)屏蔽的場(chǎng)合：濾波器靠近被濾波導(dǎo)線的靠近器件或線路板一端有屏蔽的場(chǎng)合：在屏蔽界面上有屏蔽的場(chǎng)合：在屏蔽界面上板上濾波器板上濾波器面板濾波器面板濾波器板上濾波器的注意事項(xiàng)板上濾波器的注意事項(xiàng)濾波器要并排安裝濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機(jī)線路板的干凈地與金屬機(jī)箱或大金屬板緊密搭接箱或大金屬板緊密搭接為濾波設(shè)置干凈地為濾波設(shè)置干凈地在接口處設(shè)置檔板在接口處設(shè)置檔板濾波器靠近接口濾波器靠近接口面板安裝濾波器注意事項(xiàng)面板安裝濾波器注意事項(xiàng)濾波器與面板之濾波器與面板之間必須使用電磁間必須使用電磁密封襯墊！密封襯墊！六、電源線濾波器的安裝六、電源線濾波器的安裝PCB濾波器輸入線過(guò)長(zhǎng)濾波器輸入、輸出耦合PCB錯(cuò)誤一：濾波器與電源端口之間的聯(lián)線過(guò)長(zhǎng)錯(cuò)誤一：濾波器與電源端口之間的聯(lián)線過(guò)長(zhǎng)錯(cuò)誤二