电子产品电磁兼容和安规设计-第4章 ppt课件

1、第第4章章 滤波技术滤波技术 电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工程中的一个非常重要的环节。有时候设计的滤波器性能如何会决议整个电器设备能否可以正常任务。但由于电磁兼容滤波器的设计涉及的知识面非常广，设计出一个性能较好的滤波器并不是一件容易的事情。 干扰的分类按噪声产生的缘由分类放电噪声 主要是由于雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的噪声。l高频振荡噪声l 主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流交流变换器等产生高频振荡时构成的噪声。l浪涌噪声l 主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调理器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的噪声。l 这些干扰对微

2、机测控系统都有严重影响，必需仔细对待，而其中尤以各类开关通、断电时所产生的干扰最难以抑制或消除。 按噪声传导方式分类按噪声传导方式分类 对于传导噪声，按其传导方式分为差模噪对于传导噪声，按其传导方式分为差模噪声和共模噪声。声和共模噪声。 差模噪声差模噪声 又称线间感应噪声或对称噪声。有些书中又称线间感应噪声或对称噪声。有些书中也称其为串模噪声或常模噪声、横向噪声也称其为串模噪声或常模噪声、横向噪声等。如以下图所示，噪声往返于两条线路等。如以下图所示，噪声往返于两条线路间，间，N为噪声源，为噪声源，R为受扰设备，为受扰设备，UN为噪为噪声电压，噪声电流声电压，噪声电流IN和信号电流和信号电流IS

3、的途径的途径在往返两条线上是一致的。在往返两条线上是一致的。 差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和信号地线构成的回路中感应出的。由于电缆中的信号线与其地线靠得很近，因此构成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流普通不会很大。 在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的(特别是开关电源)和感性负 载通断时产生的(其幅度往往很大)。差模干扰电流都会直接影响设备的任务，并且，这种噪声难以除掉。共模噪声 又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。如以下图所示，噪声侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。构成这种干扰电流的缘

4、由有3个，一个是外界电磁场在电缆中的一切导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅同相的)，这个电压产生电流；另一个缘由是由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致， 在这个地电压的驱动下产生电流；第三个缘由是设备上的电缆与大地之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。 从定义容易了解：共模电流本身并不会对电路产生影响，只需当共模电流转变为差模电流(电压)时，才会对电路产生影响，这种情况发生在电路不平衡的情况下。 另外，假设设备在其电缆上产生共模电流，那么电缆会产生剧烈的电磁辐射，呵斥设备不能满足电磁兼容规范中对辐射发射的限制要求，或对其他设备呵斥干扰。 共模噪声转化成差模噪声 从本质上讲，共模噪声

5、是可以除掉的。但是由于线路的不平衡形状，共模噪声会转化成差模噪声。可用以下图来阐明共模噪声转化成差模噪声的原理。 在上图中，N为噪声源，L为负载，Z1和Z2是导线1和导线2的对地阻抗。假设Z1 = Z2，那么噪声电压 VN1和噪声电压VN2相等，从而噪声电流IN1 和IN2相等，即噪声电流不流过负载。然而当Z1 Z2 时，那么VN1 VN2，从而IN1IN2，于是VN1 - VN2= VN，VN /ZLIN (ZL为负载阻抗)，这是常模噪声。 因此，当发现常模噪声时，首先思索它能否由于线路不平衡形状而从共模噪声转化来的。通常，输入输出线与大地或机壳之间发生的噪声都是共模噪声，信号线遭到静电感应

6、时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪声的方法很多，如屏蔽、接地和隔离等。抗干扰技术在很多方面都是围绕共模噪声来研讨其有效的抑制措施。 按噪声波形及性质分类按噪声波形及性质分类继续正弦波继续正弦波 继续正弦波多以频率、幅值等特征值表示，继续正弦波多以频率、幅值等特征值表示，是一种典型的周期噪声。最常见的该类噪是一种典型的周期噪声。最常见的该类噪声就是声就是50Hz的工频噪声。这种噪声出如今的工频噪声。这种噪声出如今直流电源上表现为纹波，出如今声音信号直流电源上表现为纹波，出如今声音信号中，表现为惹人烦的交流声，出如今视频中，表现为惹人烦的交流声，出如今视频影像信号中，为横条干扰。影像信号中，为

7、横条干扰。偶发脉冲电压波形偶发脉冲电压波形 这种噪声多以最高幅值、前沿上升陡度、这种噪声多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。例如雷脉冲宽度以及能量等特征值表示。例如雷击波、接点分断电压负载和静电放电等波击波、接点分断电压负载和静电放电等波形。该类噪声周期性不明显，在通讯信号形。该类噪声周期性不明显，在通讯信号中，容易引起突发误码。中，容易引起突发误码。 l脉冲列 l 脉冲列多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序列继续时间等特征值表示，如接点分断电感负载和接电反复重燃过电压等。该类噪声呈现一定的周期性，能量较大，普通较难消除。l 噪声中的主要能量是由干扰引起的。消

8、除有用信号中的噪声，从根本上来说，就是要消除或降低干扰对电路的影响。我们可以针对不同的噪声类型，设计或选用不同的防干扰滤波器。 4.1 电磁干扰滤波器4.1.1 电磁干扰滤波器的任务原理 电磁干扰滤波器的任务原理与普通滤波器一样，它能允许有用信号的频率分量经过，同时又阻止其他干扰频率分量经过。其方式有两种：一种是不让无用信号经过，并把它们反射回信号源；另一种是把无用信号在滤波器里耗费掉。 4.1.2 电磁干扰滤波器的特殊性 由于电磁干扰滤波器的作用是抑制干扰信号的经过，所以它与常规滤波器有很大的不同。 (1)电磁干扰滤波器应该有足够的机械强度、安装方便、任务可靠、分量轻、尺寸小及构造简单等优点

9、。 (2) 电磁干扰滤波器对电磁干扰抑制的同时，能在大电流和电压下长期任务，对有用信号耗费要小，以保证最大传输效率。 (3) 由于电磁干扰的频率是20Hz到几十GHz，故难以用集总参数等效电路来模拟滤波电路。 (4) 要求电磁干扰滤波器在任务频率范围内有比较高的衰减性能。 (5) 干扰源的电平变化幅度大，有能够使电磁干扰滤波器出现饱和效应。 (6) 电源系统的阻抗值与干扰源的阻抗值变化范围大，很难得到运用稳定的恒定值，所以电磁干扰滤波器很难任务在阻抗匹配的条件下。4.1.3 滤波器的主要特性 滤波器最主要的特性参数有额定电压、额定电流、频率特性、输入输出阻抗、插入损耗以及传输频率特性等。额定电

10、压 指输入滤波器的最高允许电压值。假设输入滤波器的电压过高，会使内部电容损坏。 额定电流 指在额定电压和规定环境温度条件下，滤波器所允许的最大延续任务电流。普通运用温度越高其允许的任务电流越小。同时，任务电流还与频率有关：任务频率越高，其允许电流越小。 频率特性 滤波器的频率特性是描画其抑制干扰才干的参数，通常用中心频率、截止频率以及上升和下降斜率表示。 输入输出阻抗 从信号源到滤波器输入的阻抗称为输入阻抗，滤波器输出到接纳电路的阻抗称为输出阻抗。选择滤波器需求思索阻抗匹配，以防止信号衰减。 插入损耗 描画滤波器性能的最主要参量是插入损耗，插入损耗的大小随任务频率不同而改动。插入损耗的定义是:

11、 式中：V1-信号源经过滤波器在负载阻抗上 建立的电压(V)； V2-不接滤波器时信号源在同一负载 阻抗上建立的电压(V)； Lin-插入损耗(dB)。 21lg20VVLin 传输频率特性 滤波器最重要的是其传输频率特性，可用对数幅频特性20lgA来表示。在抗干扰技术中又称为衰减系数，即: 衰减系数= (单位dB) 式中： 滤波器的输出信号， 滤波器的输入信号， 信号的角频率。 )()(lg20jUjUiooUiU4.2 滤波器的分类 按滤波器的作用对象分类 根据滤波器的作用对象可以分为电源滤波器和信号滤波器， l按照对不需求的信号能量的抑制方式分类l 按照对不需求的信号能量的抑制方式分类又

12、可分为反射式滤波器和吸收式滤波器。l4.2.1 反射式滤波器l带阻滤波器l 带阻滤波器是指用于对特定窄频带(在此频带内能够产生电磁干扰)内的能量进展衰减的一种滤波器。其频率特性如以下图所示，其中C1和C2为截止频率。 l带通滤波器l 带通滤波器正好和带阻滤波器相反，它是指作用于对特定窄频带外的能量进展衰减的一种滤波器。带通滤波器是并接于干扰线和地之间，以消除电磁干扰信号，到达兼容的目的。其频率特性如以下图所示，其中C1和C2为截止频率。l 它用在信号频率仅占较窄带宽的场所，如通讯接纳机的天线端口上要安装带通滤波器，仅允许通讯信号经过。 高通滤波器 在降低电磁干扰上，高通滤波器虽不如低通滤波器运

13、用广泛，但也有用途。特别是这种滤波器不断被用于从信号通道上滤除交流电流频率或抑制特定的低频外界信号。 设计高通滤波器时，均采用倒转方法，凡满足倒转原那么的低通滤波器可以很方便地变成所需求的高通滤波器。倒转原那么就是将低通滤波器的每一个线圈换成一个电容器，而每一个电容器换成一个线圈，就可变成高通滤波器。 高通滤波器用在干扰频率比信号频率低的场所，如在一些接近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波呵斥的干扰。它的频率特性如以下图所示，其中C为截止频率。低通滤波器 它是最常用的一种电磁兼容滤波器，主要用在干扰信号频率比任务信号频率高的场所。 电源线滤波器也是低通滤波器，它仅允许50Hz的电流经过，对其他高

14、频干扰信号有很大的衰减。低通滤波器的频率特性如以下图所示，其中C为截止频率。1. 低通滤波器 常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，电容并联在滤波器的信号线与信号地线之间(滤除差模干扰电流)或信号线与机壳地或大地之间(滤除共模干扰电流)，电感串联在要滤波的信号线上。 按照电路构造分，有单电容型(C型)、单电感型(L型)、型和反型、T型和型。不同构造的滤波电路主要有两点不同： (1)电路中的滤波器件越多，那么滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。 (2)不同构造的滤波电路适宜于不同的源阻抗和负载阻抗。电容滤波器 电容C的电抗与频率有关。假设设输入量为电流Ic(S)，输出为电

15、压 如以下图所示，那么传送函数为： 频率特性为： )(oSUCSSISUSA1)()()(CoCjjIjUjA1)()()(Co对数幅频特性为： 显然，随着频率 = 滤波器的输出电压衰减逐渐添加，起到了低通滤波效果。其输入输出特性如以下图(d)所示。 滤波器的电容要有耐压高、绝缘好、温度系数小和自谐振频率高等特性。 CCAlg201lg20)(lg20f2 滤波器的电容要有耐压高、绝缘好、温度系数小和自谐振频率高等特性。 以下图(a)所示的滤波器构造最简单，接在干扰源线间能衰减串模噪声；接在干扰源和地线间能衰减共模噪声；接在印刷电路板中的直流电源线和地线间能抑制电源噪声。以下图(b)中电容中点

16、接地，可以把噪声电流旁路入地，能消除共模噪声。以下图(c)中的C3接在电源线间，这种构造能有效地抑制共模(由C1、C2完成)和串模噪声(由C3完成)。l电感滤波器l 电感L的电抗与频率有关。假设设输入量为电流l 输出为电压 ，且与电流变化率方向相反，如以下图(a)所示。那么传送函数为l 频率特性为l 对数幅频特性为)(LSI)(LSULSSISUSA)()()(LLLjjIjUjA)()()(LLLAlg20)(lg20显然，随着频率 ，电感线圈两端电压 将添加。由于电感串联在线路中，因此滤波器的输出 将衰减，起到了滤波的效果。电感滤波器的输入输出特性如以下图(b)所示。滤波器中的电感器件应在

17、负载电流情况下具有不饱和、温度系数小和直流电阻低等性质。为了防止负载电流使电感产生饱和，可选用共模扼流圈或不易饱和的磁芯线圈。电感线圈有两种，即常模扼流圈和共模扼流圈。 f2LULioUUURC低通滤波器 低通滤波器接在电路中，按其构造可分为L形、形和T形，如以下图所示。它具有滤去高频，而让低频信号容易经过的性能。lL形RC低通滤波器 l L形RC低通滤波器如以下图(a)所示。l 其传送函数为：其频率特性为：假设令 那么有其中， 称为上限截止频率。当 时，那么大SRCSCRSCSA1111)(1)(1)( 11)(2RCARCjjA；RCf21h21( )1 (/)hAffhffhffhf有衰

18、减，即 每提高10倍， 将下降20dB。 形RC低通滤波器 形RC低通滤波器如以下图(b)所示。 f)(A其传送函数为： 由此可以看出，形与L形有一样的衰减系数。实践上，由于信号源不可防止含有内阻，当形滤波器和信号源衔接后，相当于两级L形滤波器串联，对滤波特性将有很大改善。T形RC低通滤波器 T形RC低通滤波器构造如以下图(c)所示。 11)()1()(1)()()(iOSRCSISCRSISCSUSUSA 为了求其传送函数，可根据电工学中星形三角形变换公式，如以下图所示， 图(a)变换成图(b)时，有： cbaaccacbacbbccbabaabYYYYYYYYYYYYYYYYYY* * *

19、； 根据上面公式，图(c)变换成图(d)时，有： 于是求得T形滤波器的传送函数为：SCRSCSCRSCRRZSCRRSCRY2*111 11*133；)2(2 111*1211SRCRSCRRZSCRRRRY；112)2(2)()()(*)()()(313313ioSRCSCRSRCRSCRZZZSIZZSIZSUSUSA 由此可以看出，T形RC滤波器与L形RC滤波器有一样的滤波特性。实践上往往将T形滤波器用于负载阻抗小的情况，这比运用L形和形滤波器时的负载电流要小得多，减轻了信号源的负担。 上述3种方式的RC滤波器制造简单，价钱廉价，体积小，对外界的磁场变化敏感低，广泛用于信号传输线路中的噪

20、声抑制。 lLC低通滤波器l 对于以下图 (a) 所示电路构造，假设设电感L的直流电阻为R，l 那么传送函数为： 其频率特性为：幅频特性为： 11)()1()(*1)()()(2ioSRCLCSSISCRSLSISCSUSUSALCRCjjA211)(222)1 ()(1)(LCRCA222)1 ()(lg20)(lg20LCRCA为了便于和RC低通滤波器相比较，设 那么当 时，那么有 RC1LC101)(lg20)(lg202RCALC1222)()(lg20)(lg20LCRCA22)(lg20LCLC2lg20假设令 那么 由此可见，LC低通滤波器比RC低通滤波器有更好的滤波性能。但是制

21、造电感线圈比较费事，不利于大规模消费，也不便于集成化和小型化，使其运用范围遭到局限。形LC低通滤波器 其构造如以下图(b)所示，其传送函数为： LC10202LC0lg40)(lg20A11)()1()(*1)()()(2ioSRCLCSSISCRSLSISCSUSUSA 由此可见，形与L形有一样的衰减系数。实践上，由于信号源不可防止含有内阻，当形滤波器和信号源衔接后，相当于L形RC滤波器和LC滤波器串联，有效地改善了滤波特性。T形LC低通滤波器 根据电工学中星形三角形变换原理，将T形电路滤波器变换成形电路，如以下图所示。 设图中Z1、Z3对应的电导抗为Y1和Y3，那么T形LC低通滤波器的传送

22、函数按下述步骤求出： 由于： 所以 1331313313/11/11)()()(*)(YYZZZZZSIZZSIZSA)(1*1*113RSLSCSLRSLRSCSLRYY111)(1)(2SRCLCSRSLSCSA 由此可见，T形滤波器与L形滤波器有一样的滤波特性。实践上往往将T形滤波器用于负载阻抗小的情形，这比运用L形、形滤波器时负载电流小，有效减轻了信号源的负担。 低通滤波器的构造选择 由上节分析可知，L形、形和T形滤波器具有一样的衰减系数，这是在没有思索输入、输出效应情况下讨论的。实践上系统的输入、输出效应总是客观存在的，即信号源总是有内阻抗，负载总是有输入阻抗，要根据信号源的内阻和负

23、载阻抗来选择低频滤波器的电路构造方式，如以下图所示。 低通滤波器的平衡构造与串联方式低通滤波器的平衡构造与串联方式 低通滤波器普通采用对称构造，以保证线低通滤波器普通采用对称构造，以保证线路平路平 衡，这有利于抑制共模干扰信号，如以下衡，这有利于抑制共模干扰信号，如以下图所示。图所示。 低通滤波器为了改善选频特性，可以实行级间串联。但前面在讨论滤波器的传送函数和频率特性时，都没有思索滤波器的负载的影响，即在没有负载电流情况下讨论的。但级联以后，由于后级成为前级的负载，导致总的频率特性与单级不同。以下图为两级RC低通滤波器的串联，后级成为前级的负载。传送函数为假设设 那么有：求解传送函数的特征方

24、程，即那么 1)(1)(21221122121SCRCRCRSCCRRSATCRCRCRCCRR2122112121,131)(22TSSTSA01322 TSSTTTTTTS25324932222, 1 这阐明在某一频率下能够发生振荡。由此可以看出，原来两个独立的一阶RC滤波器，串联后成了二阶网络。频率特性变化的根本缘由是后级成了前级的负载。 假设使后级的RC阻抗增大，对前级呵斥的负载效应忽略不计，那么构成了两个独立的网络串联，分析起来非常方便，如以下图( a )所示，后级的阻抗为后级的阻抗是前级阻抗的m倍。如以下图(b)所示，由于忽略了负载效应，同理可得222222221CRmCmRmZm

25、11)()1()(*1)()(112SRCSISCRSISCSUSUi1111)()(23SRCMCSMRSUSU令 那么1111)()(223SRCMCRSMSUSUoRCT 1lg60)()(lg2022TjUjUio 由此可得出结论：当RC低通滤波器串联任务时，假设后级的电阻是前级的m倍，其电容应减小为前级电容的l/m，那么当频率超越截止频率时，一级滤波器衰减20dB/十倍频程，二级滤波器衰减40dB/十倍频程，三级滤波器衰减为60dB/十倍频程。级数越多，衰减系数也就越大。4.3 常用滤波器元件常用滤波器元件4.3.1 电容器电容器实践电容器的特性实践电容器的特性 电容器是根本的滤波器

26、件，在低通滤波器电容器是根本的滤波器件，在低通滤波器中作为旁路器件运用。利用它的阻抗随频中作为旁路器件运用。利用它的阻抗随频率升高而降低的特性，起到对高频干扰旁率升高而降低的特性，起到对高频干扰旁路的作用。但是，在实践运用中一定要留路的作用。但是，在实践运用中一定要留意电容器的非理想性。意电容器的非理想性。 (1)实践电容器的等效电路实践电容器的等效电路 实践电容器的电路模型如以下图所示，它实践电容器的电路模型如以下图所示，它是由等效电感是由等效电感(ESL)、电容和等效电阻、电容和等效电阻(ESR)构成的串联网络。电感分量是由引线构成的串联网络。电感分量是由引线和电容构造所决议的，电阻是介质

27、资料所和电容构造所决议的，电阻是介质资料所固有的。固有的。 电感分量是影响电容频率特性的主要目的，因此，在分析实践电容器的旁路作用时，用LC串联网络来等效。 (2)对滤波特性的影响 实践电容器的特性如下页图所示，当角频率为1/时，会发生串联谐振，这时电容的阻抗最小，旁路效果最好。 超越谐振点后，电容器的阻抗特性呈现电感阻抗的特性随频率的升高而添加，旁路效果开场变差。这时，作为旁路器件运用的电容器就开场失去旁路作用。 理想电容的阻抗是随着频率的升高而降低，而实践电容的阻抗具有如上图所示的频率特性，在频率较低时，呈现电容特性，即阻抗随频率的添加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联

28、电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电容阻抗随着频率的升高而添加，这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗添加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至消逝。 电容的谐振频率由ESL和C共同决议，电容值或电感值越大，那么谐振频率越低，也就是电容的高频滤波效果越差。 ESL除了与电容器的种类有关外，电容的引线长度是一个非常重要的参数，引线越长，那么电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实践工程中，要使电容器的引线尽量短，电容器的正确安装方法和不正确安装方法如以下图所示。 (3)温度的影响 由于电容器中的介质参数遭到温度变化的影响，因此电容器的电容值也随着温度变化。不同的介质随温度

29、变化的规律不同，有些电容器的容量当温度升高时会减小70%以上，常用的滤波电容为瓷介质电容，瓷介质电容器有超稳定型：COG或NPO，稳定型：X7R，和通用型：Y5V或Z5U共3种。不同介质的电容器的温度特性如以下图所示。 (4)电压的影响 电容器的电容量不仅随着温度变化，还会随着任务电压变化，这一点在实践工程中必需留意。不同介质资料的电容器的电压特性如图5.24所示。从图中可以看出，X7R电容器在额定电压形状下，其容量降为原始值的70%，而Y5V电容器的容量降为原始值的30%。 综合思索温度和电压的影响时，电容的变化如以下图所示。l 电容器的种类及选用 l (1)按介质资料分类l 云母电容器(C

30、Y)l 纸介电容器(CZ)l 陶瓷电容器(CC)l 塑料介质电容器(CB和CL)l 电解电容器(CD)l (2) 按接入方式分类l 三端电容器 l 穿心电容器 l 片状电容器 l电容器运用本卷须知l (1)留意电容器的耐压l (2)留意环境温度l (3)留意电解电容器极性l (4)留意电容器产生的干扰噪声l电容器的型号及容量表示法l 电容器的型号普通由四部分组成。l 第一部分：主称(用字母C表示)。l 第二部分：资料(用字母表示)，例如：Z纸介；Y云母；C瓷介；B聚苯乙烯；L涤纶；D铝(电解)；A钽(电解)。 第三部分：分类(普通用数字表示，个别类型用字母表示)，例如：电容器(云母、有机) 1

31、，2非密封；3，4密封。 第四部分：序号(用数字表示)。电容器的单位以F、F、nF和pF表示。它们之间的关系是l F103mF106F；1F103nF106pF。因此，1F10-6 F，1 nF10-9F，1 pF10-12F。国际电工委员会规定电容量的表示法为：m 代表 103, 代表10-6，n代表10-9，p代表10-12。用二位数字表示有效数字，再用一个字母表示数值的量级。如1p21.210121.2pF，220n22010-90.2210-60.22F，333.310-63.3F，2m22.210-3220010-62200F。 另一种表示方法是用3位有效数字表示电容量，最后用一个字

32、母表示误差。3位数字中的前两位表示有效值，第三位表示10n的n值，n = l8，特殊情况n9时，不表示109。而表示为 101。 例如，“102表示10102 = l 000pF “103表示10103 = 10 000pF = 0.0lF “223表示22103 = 22 000pF = 0.022F “474表示47104 = 470 000pF = 0.47F “159表示15l01pF = l.5pF 有效数字后面的字母表示误差值，由于制造电容的资料不同，误差范围也不同，有的误差很大。 4.3.2 电感实践电感的特性 一段导线就构成了一个电感。要获得较大的电感量，需求将导线绕成线圈。线

33、圈的芯材可以有两种，一种是非磁性的(空气)，一种是磁性的。磁性磁芯又有闭合磁路的和开放磁路的。 实践电感的等效电路、频率特性如以下图所示。4.3.3 铁氧体EMI抑制元件铁氧体的特性 导线穿过铁氧体磁芯构成的电感的阻抗虽然在方式上是随着频率的升高而添加，但是在不同频率上，其机理是完全不同的。铁氧体的等效电路在低频和高频时是不同的。低频时是一个电感，高频时是随频率变化的电阻。 当穿过铁氧体的导线中流过电流时，会在铁氧体磁芯中产生磁场，当磁场的强度超越一定量值时，磁芯发生饱和，磁导率急剧降低，电感量减小。因此，当滤波器中流过较大的电流时，滤波器的低频插入损耗会发生变化。高频时，磁芯的磁导率曾经较低

34、，并且高频时主要靠磁芯的损耗特性任务，因此，电流对滤波器的高频特性影响不大。铁氧体的运用 铁氧体的运用主要有以下3方面： (1) 低电平信号运用； (2) 电源变换与滤波； (3) 电磁骚扰抑制。 l 铁氧体EMI抑制元件的运用l 铁氧体抑制元件广泛运用于PCB、电源线和数据l 线上。l (1)铁氧体EMI抑制元件在PCB上的运用l (2)铁氧体EMI抑制元件在电源线上的运用l (3)铁氧体抑制元件在信号线上的运用l 铁氧体EMI抑制元件的选择l 铁氧体抑制元件有多种资料、外形和尺寸供选择。l 为选择适宜的抑制元件，使其对噪音的抑制更有l 效，设计者必需知道需求抑制的EMI信号的频率l 和强度

35、、要求抑制的效果即插入损耗值以及允许l 占用的空间，包括内径、外径和长度尺寸。 铁氧体抑制元件选择的原那么是，在运用空间允许的条件下，选择尽量长、尽量厚和内孔尽量小的铁氧体抑制元件。铁氧体EMI抑制元件的安装 同样的铁氧体抑制元件，由于安装的位置不同，其抑制效果会有很大区别。 在大部分情况下，铁氧体抑制元件应安装在尽能够接近骚扰源的地方。这样可以防止噪音耦合到其他地方，在那些地方噪音能够更难以抑制。但是在I/O电路中，在导线或电缆进入或引出屏蔽壳的地方，铁氧体器件应尽能够安装在接近屏蔽壳的进出口处，以防止噪音在经过铁氧体抑制元件之前耦合到其他地方。还有一点要留意的是，铁氧体磁管穿在电缆上后要用

36、热缩管封好。 4.3.4 滤波衔接器 电缆产生的辐射尤其严重。电缆之所以会辐射电磁波，是由于电缆端口处有共模电压存在，电缆在这个共模电压的驱动下，好像一根单极天线，如以下图所示。减小电缆上共模高频电流的一个有效方法是在电缆的端口处运用低通滤波器，滤除电缆上的高频共模电流。传统上都是将滤波器安装在线路板上的电缆端口处，如以下图所示。 滤波器的这种安装方式有一个问题，就是经过滤波后的信号线在机箱内较长，容易再次感应干扰信号，构成新的共模电流，导致电缆辐射。滤波衔接器是处理这个问题的理想器件。滤波衔接器的每个插针上有一个低通滤波器，可以将插针上的共模电流滤掉。这些滤波衔接器往往在外形和尺寸上与普通衔

37、接器一样，可以直接替代普通衔接器。由于衔接器安装在电缆进入机箱的端口处，因此滤波后的导线不会再感应上干扰信号，如以下图所示。滤波衔接器的优点 (1)滤波衔接器可以将电缆中的干扰电流滤除，从而彻底消除电缆的辐射要素。 (2)滤波衔接器抑制电缆辐射的效果比屏蔽电缆更稳定。 (3)运用滤波衔接器后，可以降低对电缆端接的要求，防止运用价钱昂贵的高质量屏蔽电缆，从而降低本钱。l运用滤波衔接器的本卷须知l (1)滤波器的接地l (2)一切针都要滤波l (3)屏蔽机箱l实验结果l 我们在计算机上分别运用普通衔接器和滤波衔接器进展辐射发射研讨。从这些结果中可以看出，当运用屏蔽机箱时，主要的辐射源是电缆。这时运用滤波衔接器可以使辐射发射降低10dB30dB。l 以下图左是测试环境的背景，以这个作为参考。右图是计算机经过普通衔接器衔接上打印电缆时的宽带发射。 以下图是运用了滤波衔接器后的辐射情况，可以看出，辐射曾经明显减小。假设将电缆拔下，辐射的情况与以下图根本一样。因此，可以以为电缆产生的辐射曾经根本消除。剩余的辐射是其他缘由呵斥的，比如电源线的辐射。要消除这些剩余的干扰，需求改换一个性能更好的