發(fā)布時(shí)間:2016-04-01 20:56:32
本節(jié)主要介紹了濾波器件的種類、濾波電路的方式以及濾波電路特殊的布局布線。
在PCB設(shè)計(jì)中,濾波包括專門的信號(hào)濾波器的設(shè)計(jì),也包括大量電源濾波電容的使用。有兩方面的原因會(huì)產(chǎn)生噪聲:一方面,當(dāng)電氣信號(hào)進(jìn)出設(shè)備時(shí),就會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)噪聲,通過其他方式并不能完全抑制進(jìn)出設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲;另一方面,集成芯片的輸出狀態(tài)的變化或其他原因會(huì)使芯片供電電源上產(chǎn)生一定的噪聲,并影響芯片本身或其他芯片的正常工作。通過以上兩方面的原因,則說明濾波是必不可少的部分。
常用的濾波器件有多種,包括電阻?電感?電容?鐵氧體磁珠等。
1. 電阻
電阻不能單獨(dú)用來做濾波的用途,它一般與電容結(jié)合起來組成RC濾波網(wǎng)絡(luò)使用,由于引線電感(ESL)與寄生電容的存在,因此電阻的高低頻特性有較大的差異。
2. 電感
電感由于引線電阻(ESR)和寄生電容的存在,使電感存在一個(gè)自諧振頻率fc,電感在低于fc的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為電感的特性,但在高于fc的頻率范圍內(nèi),則表現(xiàn)為電容的特性。
3. 電容
電容和電感類似,電容在低頻時(shí)表現(xiàn)為電容的特性,在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感的特性。
4. 鐵氧體磁珠
鐵氧體磁珠也是濾波常用的器件,用于電磁噪聲抑制的鐵氧體是一種磁性材料,由鐵?鎳?鋅氧化物混合而成,具有很高的電阻率,較高的磁導(dǎo)率。鐵氧體磁珠串接在信號(hào)或電源通路上,用于抑制差模噪聲,當(dāng)電流流過鐵氧體時(shí),低頻電流可以幾乎無衰減的通過,但高頻電流卻會(huì)受到很大的損耗,轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā),鐵氧體磁珠可以等效為電阻與電感的串聯(lián),但電阻值與電感值都是隨頻率而變化的。
鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性,鐵氧體在高頻時(shí)呈現(xiàn)電阻特性,相當(dāng)于品質(zhì)因數(shù)很低的電感,所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。
5. 共模電感
共模電感插入傳輸導(dǎo)線中,可以同時(shí)抑制每根導(dǎo)線對(duì)地的共模高頻噪聲。通常的做法是把兩個(gè)相同的線圈繞在同一個(gè)鐵氧體環(huán)上,鐵氧體磁損較小,繞制的方法使得兩線圈在流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對(duì)共模電流起到抑制作用,而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí),磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。
在EMC設(shè)計(jì)中,濾波的作用基本上是衰減高頻噪聲,所以濾波器通常都設(shè)計(jì)為低通濾波器,濾波電路的典型結(jié)構(gòu)形式如圖。
圖(a)為電感濾波器,適用于高頻時(shí)源阻抗和負(fù)載阻抗較小的場(chǎng)合。
圖(b)為電容濾波器,適用于高頻時(shí)源阻抗和負(fù)載阻抗較大的場(chǎng)合。
圖(c)和(d)為T型濾波器,前者適用于高頻時(shí)源阻抗較小?負(fù)載阻抗較大的場(chǎng)合;后者適用于高頻時(shí)源阻抗較大?負(fù)載阻抗較小的場(chǎng)合。
圖(e)為∏型濾波器,適用于高頻時(shí)源阻抗和負(fù)載阻抗均較大的場(chǎng)合。
圖(f)為T型濾波器,適用于高頻時(shí)源阻抗和負(fù)載阻抗都比較小的場(chǎng)合。
濾波電路在布局布線時(shí)必須嚴(yán)格注意:
1. 濾波電路的地應(yīng)該是一個(gè)低阻抗的地,同時(shí)不同的功能電路之間不能存在共地阻抗;
2. 濾波電路的輸入/輸出不能相互交叉走線,應(yīng)該加以隔離;
3. 在濾波電路的設(shè)計(jì)中,同時(shí)應(yīng)該注意使信號(hào)路徑最短?盡量簡潔;盡量減小濾波電容的等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻;
4. 接口濾波電路應(yīng)該盡量靠近接插件。
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