EMI濾波元件與濾波器的種類

　　濾波器的種類繁多，除了一些傳統(tǒng)的電感、電容及其組合外，還有多種新技術(shù)產(chǎn)品，其用法各不相同。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，可把它們分為三大類：

　?、?在交、直流電源部分使用的濾波器：電源濾波器、磁環(huán)和磁珠等；

　?、?在信號(hào)線上使用的濾波器：信號(hào)濾波器、磁環(huán)和磁珠、穿心電容、濾波連接器（即濾波器陣列）等；

　?、?在印刷電路板上使用的濾波器：去耦電容、片狀（表面安裝式）濾波器、磁珠等。

　　3） 電感器與電感型濾波器

　　線圈與其回流部分就可構(gòu)成一個(gè)傳統(tǒng)的電感器，通常有單線圈或多線圈式的。電感器可按其環(huán)繞的磁芯來(lái)分類，最常見(jiàn)的兩種類型是空氣磁芯和磁性磁芯。磁性磁芯電感器（簡(jiǎn)稱磁芯電感）又可按其磁芯是開路或閉路作進(jìn)一步分類。另外，目前廣泛應(yīng)用的鐵氧體磁環(huán)（或磁珠），雖然在物理概念上講起變壓器的作用，它也更象一個(gè)隨頻率變化的可變電阻，但是人們通常還是把它當(dāng)作電感器來(lái)考慮。

　　實(shí)際應(yīng)用中的電感器，其繞制導(dǎo)線中必然含有寄生的串聯(lián)電阻及繞線間的分布電容，因此應(yīng)用中會(huì)在某些頻率上產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。衡量電感器性能的主要參數(shù)有：分布電容、有效電感、品質(zhì)因數(shù)Q、自諧振頻率和飽和電流等。這些都是應(yīng)用中應(yīng)該考慮的。

　　① 普通線圈式電感器

　　具有同樣體積和匝數(shù)的開路磁芯電感比空氣芯電感有大得多的電感量和Q值，閉路磁芯情況會(huì)更好。電感器的一個(gè)重要特性是產(chǎn)生雜散磁場(chǎng)和對(duì)雜

　　散磁場(chǎng)敏感?？諝庑净蜷_路磁芯電感器最容易引起干擾。，因?yàn)槠浯磐◤碾姼衅鲾U(kuò)展到相當(dāng)大的距離。就對(duì)磁場(chǎng)的敏感度而言，磁芯電感器比空氣芯電感器敏感得多，而開路磁芯是最敏感的，因?yàn)榇判荆ǖ痛抛柰罚┘辛送獠看艌?chǎng)并引起更多的磁通流過(guò)線圈。

　　普通電感型濾波器一般只用于低頻濾波。在高頻條件下，其插入損耗開始降低。這是因?yàn)殡S著頻率的增加，當(dāng)頻率超過(guò)電感器的自諧振頻率后，寄生電容的阻抗開始降低從而引起電感器的阻抗降低。這樣一來(lái)，高頻噪聲便得不到良好的抑制而通過(guò)電感器引起噪聲泄漏。

　?、?鐵氧體磁環(huán)電感器

　　空心鐵氧體磁環(huán)可以套在導(dǎo)線上，而帶引線的鐵氧體磁珠則串聯(lián)在導(dǎo)線中。帶引線的鐵氧體磁環(huán)具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如圖6所示，因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁芯可提供一個(gè)良好的回流端，從而其寄生電容較小。不帶引線的鐵氧體磁環(huán)情況一樣。所以，鐵氧體磁環(huán)電感器具有良好的高頻特性，其工作頻率可達(dá)1GHz或更高。它可以應(yīng)用在低阻抗電路中的高頻濾波和去耦。

　　4） 脈沖電壓吸收器

　　對(duì)瞬態(tài)脈沖電壓（如靜電放電、浪涌、脈沖群等）的干擾，可采取濾波或吸收的措施。但濾波器對(duì)幅值較大的瞬態(tài)電壓抑制能力有限，有效的辦法就是采用脈沖電壓吸收器。脈沖電壓吸收器有避雷管、壓敏電阻和瞬變電壓吸收二極管（TVS）。目前市場(chǎng)上已有片狀式的壓敏電阻及TVS陣列供應(yīng)。（因?yàn)閲?yán)格地講，脈沖電壓吸收技術(shù)并不屬于濾波的范疇，所以這里不再對(duì)其做詳細(xì)介紹。如有需要，請(qǐng)參考相關(guān)資料及產(chǎn)品手冊(cè)。）

　　5） 復(fù)合型濾波器

　　在實(shí)際應(yīng)用中，若單一元件型濾波器達(dá)不到理想的濾波效果，就可以考慮使用復(fù)合型的濾波器。復(fù)合型濾波器可看作是若干個(gè)單一元件型濾波器的級(jí)聯(lián)?，F(xiàn)時(shí)市場(chǎng)上還有將幾個(gè)濾波元件組合在一起的器件供應(yīng)。下面對(duì)幾種常用的復(fù)合型濾波器做簡(jiǎn)單介紹。

　?、?交流電源濾波器

　　典型的交流電源濾波器如圖9所示?？梢钥闯觯瓤梢苑乐箯耐獠侩娫磥?lái)的噪聲進(jìn)入設(shè)備，也抑制了設(shè)備自己的電磁發(fā)射進(jìn)入共用電網(wǎng)。圖示的這個(gè)交流電源濾波器用到了共模扼流圈以抑制共模噪聲，另外還用到幾個(gè)電容器。直接跨接在電源線兩極之間的電容器用來(lái)抑制差模噪聲，俗稱X電容，而跨接在火線或零線與地線之間的一對(duì)電容器用來(lái)抑制共模噪聲，俗稱Y電容。

　?、?信號(hào)線EMI抑制濾波器

　　信號(hào)線EMI抑制濾波器是特殊設(shè)計(jì)的品質(zhì)優(yōu)良的復(fù)合型濾波器件。圖10所示的是村田公司的產(chǎn)品。用于高速信號(hào)線上的濾波器應(yīng)具有“陡峭”的插入損耗特性曲線，要求它能將噪聲從信號(hào)中分離出去，而不使信號(hào)波形產(chǎn)生失真。這是因?yàn)?，在高速信?hào)線中的噪聲頻率與信號(hào)頻率比較接近，若采用三端電容器或其他簡(jiǎn)單的濾波器可能對(duì)信號(hào)和噪聲同時(shí)進(jìn)行壓縮而造成信號(hào)波形的畸變。在這種情況下，就應(yīng)采用特制的信號(hào)線EMI抑制濾波器。

　?、?Block Type/塊狀型濾波器

　　這也是一種性能優(yōu)良的濾波器件，它組合了鐵氧體磁珠、穿心（旁路）電容和獨(dú)石電容。它具有較高的額定電流和工作可靠性。圖11所示的是村田公司的產(chǎn)品。

　?、?SMT T-Type/SMT T型濾波器

　　如圖12所示，這類T型濾波器是以三端電容為主體的組合了鐵氧體磁珠的濾波器件。特別的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)保證了它具有較高的額定電流和額定電壓，并具有極寬的溫度適應(yīng)范圍和工作可靠性。在有特殊要求的情況下，它特別適合在直流電源線和信號(hào)線上使用。

　?、?具有浪涌吸收功能的EMI抑制濾波器

　　村田公司生產(chǎn)的這類型片狀式的或引線式的三端濾波器，可以簡(jiǎn)單理解為壓敏電阻與電容、電感的組合器件

　?、?其他特殊用途的濾波器件

　　目前市場(chǎng)上還有為一些特定用途而專門設(shè)計(jì)的濾波器件供應(yīng)，詳見(jiàn)其產(chǎn)品手冊(cè)。

　　2） 電容器與電容型濾波器

　　按照電容器內(nèi)絕緣介質(zhì)材料的種類，電容器可分為電解電容、紙介電容、聚酯樹酯電容、陶瓷（獨(dú)石）電容、聚苯乙烯聚丙烯電容等，另還有新型的穿心電容、三端口電容等。不同類型的電容器其特性不同，它可能滿足某一規(guī)范但不man

　　足其他規(guī)范。有時(shí)為了在較寬的頻段提供濾波，經(jīng)常將兩種不同類型的電容器并聯(lián)使用。表征電容器的主要技術(shù)參數(shù)包括：工作頻率、寄生電阻、寄生電感、溫度敏感性、失效方式以及容量與體積的比值等。只有首先掌握了這些特性，才能正確地選擇濾波電容的種類及參數(shù)。

　?、?鋁電解電容與鉭電解電容

　　鋁電解電容的容體比較大，串聯(lián)電阻較大，感抗較大，對(duì)溫度mingan。它適用于溫度變化不大、工作頻率不高（不高于25kHz）的場(chǎng)合，可用于低頻濾波。鋁電解電容具有極性，安裝時(shí)必須保證正確的極性，否則有爆炸的危險(xiǎn)。

　　與鋁電解電容相比，鉭電解電容在串聯(lián)電阻、感抗、對(duì)溫度的穩(wěn)定性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，它的工作電壓較低。

　　② 紙介電容和聚酯薄膜電容

　　其容體比較小，串聯(lián)電阻小，感抗值較大。它適用于電容量不大、工作頻率不高（如1MHz以下）的場(chǎng)合，可用于低頻濾波和旁路。使用管型紙介電容器或聚酯薄膜電容器時(shí)，可把其外殼與參考地相連，以使其外殼能起到屏蔽的作用而減少電場(chǎng)耦合的影響。

　?、?云母和陶瓷電容

　　其容體比很小，串聯(lián)電阻小，電感值小，頻率/容量特性穩(wěn)定。它適用于電容量小、工作頻率高（頻率可達(dá)500MHz）的場(chǎng)合，用于高頻濾波、旁路、去耦。但這類電容承受瞬態(tài)高壓脈沖能力較弱，因此不能將它隨便跨接在低阻電源線上，除非是特殊設(shè)計(jì)的。

　?、?聚苯乙烯電容器

　　其串聯(lián)電阻小，電感值小，電容量相對(duì)時(shí)間、溫度、電壓很穩(wěn)定。它適用于要求頻率穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，可用于高頻濾波、旁路、去耦。

　　⑤ 穿心電容（有時(shí)稱作Feed-through/旁路電容）

　　穿心電容的結(jié)構(gòu)是地電極圍繞在介質(zhì)周圍而信號(hào)線穿過(guò)介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)保證了它的電感值很小，高頻性能極好，工作電流和工作電壓也可以很高。它適用于高頻及安裝在屏蔽殼體上的場(chǎng)合。目前它被廣泛應(yīng)用于軍用設(shè)備和移動(dòng)通訊手機(jī)中。使用穿心電容時(shí)，應(yīng)注意必須將其外殼良好接地，只有這樣才能達(dá)到預(yù)期的濾波效果

　?、?三端電容

　　在高頻線路中，因?yàn)橐话愕碾娙萜鞯囊€具有電感分量，所以影響了其高頻特性。而三端口電容在結(jié)構(gòu)上可以做到與電容器串聯(lián)的剩余電感分量很小，因此其插入損耗特性優(yōu)于兩端口電容，從而改善了電容器的高頻特性。三端口電容有引線式的和片狀式的

　?、?片狀固態(tài)電容器陣列

　　片狀固態(tài)電容器陣列可以看作是幾個(gè)三端電容的集成，因而同樣具有三端片狀固態(tài)電容器一樣的濾波特性。它也是通過(guò)其兩端“地電極”而接地。村田公司現(xiàn)有4線、6線和8線式的片狀固態(tài)電容器陣列供應(yīng)。片狀固態(tài)電容器陣列中各信號(hào)線之間的串?dāng)_很低，可達(dá)-40dB以上。顯然，使用陣列式濾波器可明顯簡(jiǎn)化印制板板的設(shè)計(jì)、減少對(duì)印制板的占用面積，同時(shí)也方便了濾波器的安裝

　　3） 電容器與電容型濾波器

　　按照電容器內(nèi)絕緣介質(zhì)材料的種類，電容器可分為電解電容、紙介電容、聚酯樹酯電容、陶瓷（獨(dú)石）電容、聚苯乙烯聚丙烯電容等，另還有新型的穿心電容、三端口電容等。不同類型的電容器其特性不同，它可能滿足某一規(guī)范但不滿

　　足其他規(guī)范。有時(shí)為了在較寬的頻段提供濾波，經(jīng)常將兩種不同類型的電容器并聯(lián)使用。表征電容器的主要技術(shù)參數(shù)包括：工作頻率、寄生電阻、寄生電感、溫度敏感性、失效方式以及容量與體積的比值等。只有首先掌握了這些特性，才能正確地選擇濾波電容的種類及參數(shù)。

　　① 鋁電解電容與鉭電解電容

　　鋁電解電容的容體比較大，串聯(lián)電阻較大，感抗較大，對(duì)溫度敏感。它適用于溫度變化不大、工作頻率不高（不高于25kHz）的場(chǎng)合，可用于低頻濾波。鋁電解電容具有極性，安裝時(shí)必須保證正確的極性，否則有爆炸的危險(xiǎn)。

　　與鋁電解電容相比，鉭電解電容在串聯(lián)電阻、感抗、對(duì)溫度的穩(wěn)定性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，它的工作電壓較低。

　　② 紙介電容和聚酯薄膜電容

　　其容體比較小，串聯(lián)電阻小，感抗值較大。它適用于電容量不大、工作頻率不高（如1MHz以下）的場(chǎng)合，可用于低頻濾波和旁路。使用管型紙介電容器或聚酯薄膜電容器時(shí)，可把其外殼與參考地相連，以使其外殼能起到屏蔽的作用而減少電場(chǎng)耦合的影響。

　?、?云母和陶瓷電容

　　其容體比很小，串聯(lián)電阻小，電感值小，頻率/容量特性穩(wěn)定。它適用于電容量小、工作頻率高（頻率可達(dá)500MHz）的場(chǎng)合，用于高頻濾波、旁路、去耦。但這類電容承受瞬態(tài)高壓脈沖能力較弱，因此不能將它隨便跨接在低阻電源線上，除非是特殊設(shè)計(jì)的。

　　④ 聚苯乙烯電容器

　　其串聯(lián)電阻小，電感值小，電容量相對(duì)時(shí)間、溫度、電壓很穩(wěn)定。它適用于要求頻率穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，可用于高頻濾波、旁路、去耦。

　?、?穿心電容（有時(shí)稱作Feed-through/旁路電容）

　　穿心電容的結(jié)構(gòu)是地電極圍繞在介質(zhì)周圍而信號(hào)線穿過(guò)介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)保證了它的電感值很小，高頻性能極好，工作電流和工作電壓也可以很高。它適用于高頻及安裝在屏蔽殼體上的場(chǎng)合。目前它被廣泛應(yīng)用于軍用設(shè)備和移動(dòng)通訊手機(jī)中。使用穿心電容時(shí)，應(yīng)注意必須將其外殼良好接地，只有這樣才能達(dá)到預(yù)期的濾波效果

　?、?三端電容

　　在高頻線路中，因?yàn)橐话愕碾娙萜鞯囊€具有電感分量，所以影響了其高頻特性。而三端口電容在結(jié)構(gòu)上可以做到與電容器串聯(lián)的剩余電感分量很小，因此其插入損耗特性優(yōu)于兩端口電容，從而改善了電容器的高頻特性。三端口電容有引線式的和片狀式的

　?、?片狀固態(tài)電容器陣列

　　片狀固態(tài)電容器陣列可以看作是幾個(gè)三端電容的集成，因而同樣具有三端片狀固態(tài)電容器一樣的濾波特性。它也是通過(guò)其兩端“地電極”而接地。村田公司現(xiàn)有4線、6線和8線式的片狀固態(tài)電容器陣列供應(yīng)。片狀固態(tài)電容器陣列中各信號(hào)線之間的串?dāng)_很低，可達(dá)-40dB以上。顯然，使用陣列式濾波器可明顯簡(jiǎn)化印制板板的設(shè)計(jì)、減少對(duì)印制板的占用面積，同時(shí)也方便了濾波器的安裝

　?、?片狀鐵氧體電感器陣列

　　與片狀固態(tài)電容器陣列一樣，片狀鐵氧體電感器陣列也有4線、6線和8線式的，同樣也具有相似的優(yōu)良特性。

　?、?交、直流扼流圈

　　共模扼流圈是由兩個(gè)繞向相同、匝數(shù)相同的繞組及磁芯構(gòu)成的電感器，一般常用雙線并繞而成，如圖8所示。信號(hào)電流或電源電流在兩個(gè)繞組中流過(guò)時(shí)方向相反，產(chǎn)生的磁通量相互抵消，扼流圈呈現(xiàn)低阻抗。共模噪聲電流（包括地環(huán)路引起的騷擾電流，也處稱作縱向電流）流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)方向相同，產(chǎn)生的磁通量同向相加，扼流圈呈現(xiàn)高阻抗，從而起到抑制共模噪聲的作用。

　　在一些特別的情況下，電源濾波電路中也可能用到同芯閉環(huán)對(duì)稱差模扼流圈，以抑制線路中頻率較高的差模噪聲。扼流圈在交、直流電源濾波電路和信號(hào)電路中都會(huì)用到。

　　鐵氧體磁環(huán)對(duì)抑制共模電流非常有用。如果配對(duì)的兩根導(dǎo)線（信號(hào)線和地線）穿過(guò)鐵氧體磁環(huán)，鐵氧體磁環(huán)僅抑制不希望存在的EMI電流，而對(duì)有用的差模電流沒(méi)有影響。鐵氧體磁環(huán)套在同軸電纜上也同樣有效。

　　鐵氧體磁環(huán)最明顯的缺點(diǎn)是阻抗不高。另外，在應(yīng)用中還要注意到以下幾點(diǎn)：

　　a） 當(dāng)環(huán)或珠的長(zhǎng)度接近λ/4時(shí)（λ為濾除噪聲對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)），它將變得無(wú)效。

　　b） 鐵氧體磁珠的端-端電容（典型值為1~3pF）在某些頻率上對(duì)其串聯(lián)阻抗旁路，使其對(duì)噪聲的衰減無(wú)效。

　　c） 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)一定范圍時(shí)，鐵氧體磁環(huán)出現(xiàn)飽和，效率降低。

　　d） 當(dāng)鐵氧體磁環(huán)套在多根電纜上時(shí)，可能增加相鄰導(dǎo)線之間的感性交擾。

　?、?片狀鐵氧體磁珠電感器

　　圖7是一個(gè)片狀鐵氧體磁珠電感器的示意圖。簡(jiǎn)單的片狀鐵氧體磁珠的內(nèi)部引線是直線型的，所以它的阻抗值較小。而內(nèi)部引線為盤繞式的片狀鐵氧體磁珠具有相對(duì)較高的阻抗值。