1、E EMMC C- -51電磁濾波技術電磁濾波技術 電氣工程系電氣工程系 江濱浩江濱浩研究生學位課電磁兼容研究生學位課電磁兼容（5 5）E EMMC C- -52濾波器的作用 切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑， 與屏蔽共同構成完善的干擾防護。信號濾波器電源濾波器E EMMC C- -53 濾波器分類E EMMC C- -54電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器E EMMC C- -55n頻率范圍寬n 阻抗不確定頻率范圍寬，過渡帶窄；頻率范圍寬，過渡帶窄； 阻抗不確定，變化范圍寬阻抗不確定，變化范圍寬E EMMC C- -56E EMMC C- -57 按頻率特性分類按頻率特性分類 E EMMC C-

2、 -58E EMMC C- -59E EMMC C- -510E EMMC C- -511顯然，當顯然，當 時，時，IL大于零，大于零，IL越大，濾波效果越好越大，濾波效果越好21VVE EMMC C- -512衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率截止頻率過渡帶過渡帶E EMMC C- -513 干擾濾波器多為干擾濾波器多為低通低通濾波器濾波器 因為因為q電磁干擾大多頻率較高的信號，因為頻率越高的信號電磁干擾大多頻率較高的信號，因為頻率越高的信號越容易輻射和耦合越容易輻射和耦合q 數字電路中許多高次諧波是電路工作所不需要的，數字電路中許多高次諧波是電路工作所不需要的，必須濾除，防止對

3、其它電路產生干擾。必須濾除，防止對其它電路產生干擾。q 電源線上的雜波有較高頻率較高電源線上的雜波有較高頻率較高q頻率較高時，雜散電容和電感之間的相互串擾嚴重頻率較高時，雜散電容和電感之間的相互串擾嚴重E EMMC C- -514 低通低通/ /反射反射濾波器類型濾波器類型CTL反q 電容并聯電容并聯在要濾波的信號線與信號地線之間（濾除差模干擾電流）或信號線在要濾波的信號線與信號地線之間（濾除差模干擾電流）或信號線與機殼地或大地之間（濾除共模干擾電流），電感串聯在要濾波的信號線上。與機殼地或大地之間（濾除共模干擾電流），電感串聯在要濾波的信號線上。q 電路中的濾波器件越多，則濾波器阻帶的衰減越

4、大，濾波器通帶與阻帶之間的電路中的濾波器件越多，則濾波器阻帶的衰減越大，濾波器通帶與阻帶之間的過渡帶越短。過渡帶越短。q 不同結構的濾波電路適合于不同的源阻抗和負載阻抗。不同結構的濾波電路適合于不同的源阻抗和負載阻抗。E EMMC C- -515 其他濾波器也可由低其他濾波器也可由低/高通濾波器造成高通濾波器造成E EMMC C- -51620406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5階階 4階階 3階階 2階階 1階階20N/十倍頻程十倍頻程6N/倍頻程倍頻程插入損耗插入損耗dB過渡帶與器件數量的關系過渡帶與器件數量的關系 每增加一個器件，過渡帶的每增加一個器件，過渡帶

5、的斜率斜率增加增加 20dB/十倍頻程，或十倍頻程，或 6dB/倍頻程。倍頻程。E EMMC C- -517 確定濾波器階數50 100欲衰減欲衰減20dB4 6=24 20至少至少4階濾波器階濾波器10 1001 20 = 201階濾波器就可以了階濾波器就可以了為了保險，可用為了保險，可用2階階欲衰減欲衰減20dBL、C的數值決定截止頻率的數值決定截止頻率階數決定過渡帶的陡度階數決定過渡帶的陡度E EMMC C- -518 根據阻抗選用濾波電路根據阻抗選用濾波電路 源阻抗源阻抗 電路結構電路結構 負載阻抗負載阻抗 高高 C、 、多級、多級 高高 高高 、多級、多級 低低 低低 反反 、多級反

6、、多級反 高高 低低 L、多級、多級L 低低E EMMC C- -519n網絡解釋：濾波器看作二端口網絡，反射系數在輸入和輸出端分別為 LoutLoutoutZZZZinsinsinZZZZ 規律：電容對高阻，電感對低阻規律：電容對高阻，電感對低阻 高頻時，容高頻時，容/感性阻抗感性阻抗低低/高高 源阻抗源阻抗 電路結構電路結構 負載阻抗負載阻抗 高高 C、 、多級、多級 高高 高高 、多級、多級 低低 低低 反反 、多級反、多級反 高高 低低 L、多級、多級L 低低E EMMC C- -520器件參數的確定器件參數的確定LCRR L = R / 2FC C = 1 / 2RFC對于T形（多級

7、T）和 形（多級）電路，最外邊的電感或電容取 L/2 和 C/2，中間的不變。巴特沃斯，切比雪夫，貝塞爾等方式巴特沃斯，切比雪夫，貝塞爾等方式 后論后論 E EMMC C- -521插入損耗的估算插入損耗的估算 fco = 1/(2 Rp C)Zs、ZL并聯并聯CIL = 20 lg( CRp)ILIL = 20 lg( L/Rs) fco = Rs/(2 L）Zs、ZL串聯串聯ZsLZs 假設電感、電容是理想器件，這是不符合實際情況的假設電感、電容是理想器件，這是不符合實際情況的 ZLZLE EMMC C- -522n 形濾波電路形濾波電路： IL = 20lg（L /ZS）+ LC2 ，

8、ZS ZL 反反 形濾波電路：形濾波電路： IL = 20lg（L /ZL）+ LC2 ， ZS ZL ；nT形濾波電路：形濾波電路：IL = 20lg2LC + （L2C3 + 2L）/（ZS+ZL） ZS、ZL 50；反E EMMC C- -523實際電容器的特性實際電容器的特性ZC理想電容f引線長1.6mm的陶瓷電容器 電容量 諧振頻率(MHZ) 1 F 1.7 0.1 F 4 0.01F 12.6 3300 pF 19.3 1100 pF 33 680 pF 42.5 330 pF 60實際電容1/2 LCCL巧用諧振點巧用諧振點導線電感起著不良作用導線電感起著不良作用E EMMC C

9、- -524E EMMC C- -525E EMMC C- -526克服電容克服電容非非理想性的方法理想性的方法 大大容容量量 頻率頻率衰減衰減小電容大電容大電容并聯電容小容量小容量v 美中不足美中不足：在大電容的諧振頻率和小電容的諧振頻率之間，大電容呈在大電容的諧振頻率和小電容的諧振頻率之間，大電容呈現電感特性（阻抗隨頻率升高增加），小電容呈現電容特性，實際是一個現電感特性（阻抗隨頻率升高增加），小電容呈現電容特性，實際是一個LC并聯網絡。這個并聯網絡。這個LC并聯網絡在會在某個頻率上發生并聯諧振，導致其并聯網絡在會在某個頻率上發生并聯諧振，導致其阻阻抗為無限大抗為無限大，這時電容并聯網絡實

10、際已經，這時電容并聯網絡實際已經失去旁路失去旁路作用。如果剛好在這個頻作用。如果剛好在這個頻率上有較強的干擾，就會出現干擾問題。若將大、中、小三種容值的電容并率上有較強的干擾，就會出現干擾問題。若將大、中、小三種容值的電容并聯起來使用，會有更多的諧振點，濾波器在更多的頻率上失效。聯起來使用，會有更多的諧振點，濾波器在更多的頻率上失效。 q 簡單的方案簡單的方案：大小電容并聯，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。：大小電容并聯，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。并聯諧振E EMMC C- -527 三端電容器的原理三端電容器的原理引線電感與電容一引線電感與電容一起構成了一個起構成了一個T形形低

11、通濾波器低通濾波器在引線上安裝兩個在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好磁珠濾波效果更好地線電感起地線電感起著不良作用著不良作用三端電容普通電容普通電容 30 702060401GHzq 三端電容（比較流行的方法）：一個電極上的兩根引線串聯在需要濾波的三端電容（比較流行的方法）：一個電極上的兩根引線串聯在需要濾波的導線中。導線電感與電容構成了一個導線中。導線電感與電容構成了一個T形濾波器，消除了一個電極上的串聯電形濾波器，消除了一個電極上的串聯電感。三端電容比普通電容具有更高的諧振頻率和濾波效果。感。三端電容比普通電容具有更高的諧振頻率和濾波效果。并并可在三端電容兩可在三端電容兩個相連的引線上套兩個

12、鐵氧體磁主，進一步提高個相連的引線上套兩個鐵氧體磁主，進一步提高T形濾波器的效果。形濾波器的效果。衰減諧振頻率后移諧振頻率后移E EMMC C- -528 三端電容器的不足寄生電容造成輸入寄生電容造成輸入 端、輸出端耦合端、輸出端耦合接地電感造成旁接地電感造成旁路效果下降路效果下降q 中間的接地線越短越好，中間的接地線越短越好，避免兩側的引線的平行部分避免兩側的引線的平行部分過長，否則高頻濾波效果會過長，否則高頻濾波效果會打很大折扣。打很大折扣。 q 制約著其制約著其高頻高頻效果的效果的兩個因素：寄生電容耦合，兩個因素：寄生電容耦合，接地線的電感。三端電容接地線的電感。三端電容的 濾 波 效

13、果 一 般 在的 濾 波 效 果 一 般 在300MHz以下。以下。E EMMC C- -529 穿心電容更勝一籌金屬板隔離輸金屬板隔離輸入輸出端入輸出端 一周接地，一周接地，電感很小電感很小q 接地電感小：當穿心電容的外殼與面板之間在接地電感小：當穿心電容的外殼與面板之間在360的范圍內連接時，連接電的范圍內連接時，連接電感是很小的。因此，在高頻時，能夠提供很好的旁路作用。感是很小的。因此，在高頻時，能夠提供很好的旁路作用。q 輸入輸出沒有耦合：用于安裝穿心電容的金屬板起到了隔離板的作用，使濾波輸入輸出沒有耦合：用于安裝穿心電容的金屬板起到了隔離板的作用，使濾波器的輸入端和輸出端得到了有效的

14、隔離，避免了高頻時的電容耦合現象。器的輸入端和輸出端得到了有效的隔離，避免了高頻時的電容耦合現象。 穿心電容的濾波范圍可以達到數穿心電容的濾波范圍可以達到數GHzGHz以上以上E EMMC C- -530E EMMC C- -531穿心電容的插入損耗穿心電容的插入損耗穿心電容穿心電容插入損耗插入損耗頻率頻率1GHz普通電容普通電容理想電容理想電容q 穿心電容的阻抗接近理想電容，穿心電容的阻抗接近理想電容，只是在某個頻率會出現一個凹陷。只是在某個頻率會出現一個凹陷。E EMMC C- -532溫度對陶瓷電容容量的影響溫度對陶瓷電容容量的影響125-309030% C0.15-0.150-5512

15、55-150-55-10-5COGX7R-6020-300Y5V% C% Cq 陶瓷電容濾波器是鈦酸鋁等陶瓷材料制成，其工作原理是陶瓷電容濾波器是鈦酸鋁等陶瓷材料制成，其工作原理是利用陶瓷材料的壓電效應將電信號轉換為機接信號，再將機利用陶瓷材料的壓電效應將電信號轉換為機接信號，再將機接信號轉換為機接電信號。溫度的穩定性差接信號轉換為機接電信號。溫度的穩定性差。E EMMC C- -533電壓對陶瓷電容容量的影響電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100 %額定電壓（額定電壓（Vdc）% CE EMMC C- -534E EMMC

16、C- -535實際電感器的特性 電感量電感量 （ H） 諧振頻率諧振頻率 (MHZ) 3.4 45 8.8 28 68 5.7 125 2.6 500 1.2f 繞在鐵粉芯上的電感繞在鐵粉芯上的電感ZL理想電感實際電感1/2 LCLCE EMMC C- -536E EMMC C- -537電感寄生電容的來源電感寄生電容的來源每圈之間的電容每圈之間的電容 CTT導線與磁芯之間的電容導線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導體時，磁芯為導體時，CTC為主要因素，為主要因素，磁芯為非導體時，磁芯為非導體時，CTT為主要因素。為主要因素。CTCCTTE EMMC C- -538磁芯磁芯/ /繞線方式繞線方式對

17、寄生電容的影響對寄生電容的影響鐵粉芯鐵粉芯(非導電）非導電） C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅）鐵氧體（錳鋅） C = 51pf C = 49pf 4%q 鐵粉芯作磁芯時，由于它不導電，不僅寄生電容很小，而且當將繞線方式改為鐵粉芯作磁芯時，由于它不導電，不僅寄生電容很小，而且當將繞線方式改為松散繞制時，電容下降了將近松散繞制時，電容下降了將近20%。q 用錳鋅鐵氧體作磁芯時，由于這種材料導電率較高，不僅電容量較大，而且與用錳鋅鐵氧體作磁芯時，由于這種材料導電率較高，不僅電容量較大，而且與繞線方式關系不大。繞線方式關系不大。繞線方式繞線方式E EMMC C- -5

18、39 減小電感寄生電容的方法然后：然后：起始端與終止端遠離（夾角大于起始端與終止端遠離（夾角大于40度）度）盡量單層繞制，并增加匝間距離盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時，多層繞制時， 采用采用“漸進漸進”方式繞，不要來回繞。方式繞，不要來回繞。如果磁芯是導體，首先：如果磁芯是導體，首先：用介電常數低的材料增加繞組導體與磁芯之間的距離用介電常數低的材料增加繞組導體與磁芯之間的距離E EMMC C- -540E EMMC C- -541 電感磁芯的選用電感磁芯的選用 錳鋅：錳鋅： r = 500 10000，R = 0.1100 m鐵粉磁芯：不易飽和、鐵粉磁芯：不易飽和、導磁率低導磁率低，作

19、差模扼流圈的磁芯，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用鐵氧體：最常用鎳鋅：鎳鋅： r = 10 100，R = 1k 1M m超微晶：超微晶： r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心，做大電感量共模扼流圈的磁心v 空心線圈的電感量很小，使用導磁率空心線圈的電感量很小，使用導磁率較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。 E EMMC C- -542 電感量與飽和電流的計算電感量與飽和電流的計算SD1D2飽和電流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L電感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2)電感量電感量廠家手冊給出廠家

20、手冊給出 廠家經常給出每匝的電感量廠家經常給出每匝的電感量“AL”，則，則 L （nH）= AL N2 當電感磁芯發生飽和時，電感量變小，失去對干擾的抑制當電感磁芯發生飽和時，電感量變小，失去對干擾的抑制作用。若額定電流大于作用。若額定電流大于飽和電流（飽和電流（I Imax），就會發生飽和，），就會發生飽和，需要調整磁芯的尺寸需要調整磁芯的尺寸（D1，2 /S），使額定電流小于，使額定電流小于I Imax E EMMC C- -543E EMMC C- -544利用共模扼流圈利用共模扼流圈避免電感飽和避免電感飽和p 這種電感只對共模干擾電流有抑制作用，而對差模電這種電感只對共模干擾電流有抑制

21、作用，而對差模電流沒有影響，因此叫共模扼流圈。流沒有影響，因此叫共模扼流圈。q寄生差模電感的好處：部分漏磁產生差模電感。寄生寄生差模電感的好處：部分漏磁產生差模電感。寄生差模電感的存在可以對差模干擾有一定的抑制作用。在差模電感的存在可以對差模干擾有一定的抑制作用。在設計濾波器時，可以將這種因素考慮進來。設計濾波器時，可以將這種因素考慮進來。 有意增加漏磁，有意增加漏磁， 利用差模電感利用差模電感E EMMC C- -545吸收式濾波器吸收式濾波器q吸收式濾波器是由有耗器件構成的，在阻帶內吸收躁聲吸收式濾波器是由有耗器件構成的，在阻帶內吸收躁聲的能量轉化為熱損耗，從而起到濾波作用。的能量轉化為熱

22、損耗，從而起到濾波作用。q鐵氧體吸收型濾波器是目前應用發展很快的一種鐵氧體吸收型濾波器是目前應用發展很快的一種低通濾低通濾波器波器。鐵氧體是一種由鐵、錳、鋅氧化物混合而成，具。鐵氧體是一種由鐵、錳、鋅氧化物混合而成，具有很高的電阻率，較高的磁導率有很高的電阻率，較高的磁導率( (約為約為100100一一1500) 1500) 磁性磁性材料。材料。低頻電流可以幾乎無衰減地通過鐵氧體，高頻電低頻電流可以幾乎無衰減地通過鐵氧體，高頻電流卻會受到很大的損耗，轉變成熱量散發。它可以等效流卻會受到很大的損耗，轉變成熱量散發。它可以等效為電阻和電感的串聯。電阻值和電感量都是隨著頻率而為電阻和電感的串聯。電阻

23、值和電感量都是隨著頻率而變化的變化的E EMMC C- -546鐵氧體的鐵氧體的相對導磁常數相對導磁常數磁性體材料誘電體材料High 電 / High 磁 材料材料e e100100101101102102103103104104105105 相對導磁常數: ur相對介電常數 j E EMMC C- -547鐵氧體濾波機理鐵氧體濾波機理 Z(f）Z(f)RZL EqEqRj LZfKjKq 在低頻，磁芯的磁導率較高，磁芯的損耗較小，整個器件是在低頻，磁芯的磁導率較高，磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高一個低損耗、高Q特性的電感。特性的電感。q 高頻：阻抗由電阻成分構成。隨著頻率升高，磁芯

24、的磁導率高頻：阻抗由電阻成分構成。隨著頻率升高，磁芯的磁導率降低，磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加。當降低，磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加。當高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。 E EMMC C- -548E EMMC C- -549E EMMC C- -550 電源線濾波器電源線的傳導騷擾電壓電源線的傳導騷擾電壓E EMMC C- -551濾波前情況濾波前情況濾波后情況濾波后情況E EMMC C- -552E EMMC C- -553 共模干擾和差模干擾cIcIp 相中相中 UPN /中地中地 UNG

25、 間的電壓引起共模電流間的電壓引起共模電流 IC，p 相中相中UPN 差模電路差模電路Idp 可看作獨立干擾來研究可看作獨立干擾來研究ICE EMMC C- -554電源線濾波器的基本電路電源線濾波器的基本電路共共/差模扼流圈差模扼流圈差模電容差模電容共模電容共模電容E EMMC C- -555源源端端負負載載端端E EMMC C- -556E EMMC C- -557E EMMC C- -558E EMMC C- -559E EMMC C- -560E EMMC C- -561電源線濾波器的特性電源線濾波器的特性一般產品說明書上給出的數據是50條件下的測試結果。越來越受到關注越來越受到關注損

26、耗頻率頻率理想濾波器特性理想濾波器特性實際濾波器特性實際濾波器特性30MHzE EMMC C- -562E EMMC C- -563E EMMC C- -564E EMMC C- -565E EMMC C- -566E EMMC C- -567信號濾波器的安裝位置信號濾波器的安裝位置板上濾波器板上濾波器無屏蔽的場合無屏蔽的場合濾波器靠近被濾波導線的靠近器件或線路板一端。有屏蔽的場合：在屏蔽界面上有屏蔽的場合：在屏蔽界面上E EMMC C- -568板上濾波器的注意事項板上濾波器的注意事項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線路板的干凈地與金屬機箱或大金屬板緊密搭接箱或大金屬板緊密搭接為濾波設置干凈地為濾波設置干凈地在接口處設置檔板在接口處設置檔板濾波器靠近接口濾波器靠近接口E EMMC C- -569面板上濾波的簡易（臨時）方法容量適