伴随电子技术的高速发展,电磁环境日益恶化,大量的电子设备在这种电磁环境中很难正常工作。另一方面,电子设备的迅速增加,又进一步导致电磁环境的恶化。因此,现代电子产品设计技术中,如何选用干扰抑制滤波器件,是我们每一位电子产品设计人员必须面对的问题,本文对此进行了详细的阐述。
穿心电容器-馈通滤波器
馈通滤波器常用于移动通讯设备、雷达导航等一些高频处理模块中,与屏蔽结构体配合,处理输入或输出的低频信号,是其他形式的电容器不能替代的产品。现在电子线路的工作频率和周围环境中的电磁干扰频率越来越高,将滤波器安装在线路板上所暴露出的高频滤波不足的问题比较突出。要想在UHF或更高的频段获得更好的滤波效果,特别是保护屏蔽体不被穿透时,必须使用馈通型滤波器解决。
馈通型滤波器安装在金属面板上,具有很低的接地阻抗,并且利用金属面板隔离滤波器的输入和输出,因此滤波器具有非常好的高频滤波效果。馈通滤波器的电路结构分为C型(穿心电容)、L形(一个穿心电容加一个电感)、T形(两个电感加一个穿心电容)、π形(两个穿心电容加一个电感)等;滤波器的器件越多,则滤波器的过渡带越短,阻带的插入损耗越大。其中C型馈通滤波器一般成为穿心电容器。
伴随电子技术的高速发展,电磁环境日益恶化,大量的电子设备在这种电磁环境中很难正常工作。另一方面,电子设备的迅速增加,又进一步导致电磁环境的恶化。因此,现代电子产品设计技术中,如何选用干扰抑制滤波器件,是我们每一位电子产品设计人员必须面对的问题,本文对此进行了详细的阐述。
穿心电容器-馈通滤波器
馈通滤波器常用于移动通讯设备、雷达导航等一些高频处理模块中,与屏蔽结构体配合,处理输入或输出的低频信号,是其他形式的电容器不能替代的产品。现在电子线路的工作频率和周围环境中的电磁干扰频率越来越高,将滤波器安装在线路板上所暴露出的高频滤波不足的问题比较突出。要想在UHF或更高的频段获得更好的滤波效果,特别是保护屏蔽体不被穿透时,必须使用馈通型滤波器解决。
馈通型滤波器安装在金属面板上,具有很低的接地阻抗,并且利用金属面板隔离滤波器的输入和输出,因此滤波器具有非常好的高频滤波效果。馈通滤波器的电路结构分为C型(穿心电容)、L形(一个穿心电容加一个电感)、T形(两个电感加一个穿心电容)、π形(两个穿心电容加一个电感)等;滤波器的器件越多,则滤波器的过渡带越短,阻带的插入损耗越大。其中C型馈通滤波器一般成为穿心电容器。
在选用馈通滤波器电路形式时,一般依据下列情况:
1)对干扰的衰减量:滤波器的器件数量越多,一般对干扰信号的衰减越大。
2)有用信号与干扰信号在频率上的差别:有用信号与干扰信号的频率相差越小,需要滤波器的器件数量越多。
3)使用滤波器的电路的阻抗:一个基本的原则是,滤波器中的电容对着高阻抗电路,电感对着低阻抗电路。这里的所谓高低,可以50Ω为参考。
EMI抑制
铁氧体利用铁氧体(图2所示)在高频电磁场中的损耗很大,对干扰能量有较强吸收作用的特点,这种材料广泛应用于电子设备的干扰抑制方面。由于铁氧体对高频波的吸收作用(不是反射),可以降低电路中电感抑制电路的Q值,减小信号谐振问题。EMI抑制铁氧体与在低频或电源中使用的损耗小的电感材料特性正好相反。图3显示了在高频时电阻分量是如何对阻抗特性起决定作用的。
图4铁氧体的使用
将一个铁氧体磁环套在导线或电缆上就构成了一介简单、经济、便于安装的滤波器,如图4所示。铁氧体的作用是将导线周围的磁场集中起来,从而使导线的电感增加数百倍。铁氧体扼流圈的最大好处是它既不需要重新设计电路,也不需要重新设计结构,因此在设备的改进中广泛应用。生产厂家提供需多种不同内径规格的分体式铁氧体,一般内径从5mm~13mm不等。当信号线和回流线同时穿过铁氧体时,铁氧体对信号(差
模)没有影响,但会增加共模电流的阻抗。铁氧体的效果可以通过将电缆在铁氧体上多绕几圈或多用几个铁氧体来加强。但增加匝数的改进效果受到寄生电容的限制。
铁氧体的效果随着频率的升高而增加。铁氧体扼流圈的阻抗在10MHz处通常为几十欧姆,当频率超过100MHz时,阻抗升高到数百欧姆(具体值取决于形状和尺寸,铁氧体体积越大,阻抗越大)。不同厂家的产品或同一厂家的不同种类的铁氧体,其阻抗随频率的变化都有所不同。图5是尺寸相同(外径为5mm,长度为11mm)但材料不同的两种铁氧体的特性。
由于铁氧体扼流圈只不过是一个高损耗的电感,因此它只在低阻抗电路中才有作用。在高阻抗电路中使用,其效果很差甚至没有效果。大部分电路,特别是电缆,其阻抗随频率的变化很复杂,并且通常在10~1,000Ω范围内。因此单个铁氧体所提供的衰减很有限,一般在10dB左右,很少超过20dB。铁氧体扼流圈对于降低静电放电电流脉冲的快速上升率别有效,这种静电放电干扰可能会感应进内部电缆。瞬态参量会被铁氧体所吸收,而不是分流或反射到系统的其它部位。
图5两种不同材质的铁氧体特性
要充分发挥铁氧体的性能,下面一些注意事