設計實例:超寬帶EMI濾波器
發布時間:2013-03-07 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】文中介紹的超寬帶EMI濾波器在(zai)頻(pin)率(lv)高(gao)端(duan)的(de)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)是(shi)利(li)用(yong)電(dian)介(jie)質(zhi)或(huo)磁(ci)介(jie)質(zhi)的(de)電(dian)損(sun)耗(hao)或(huo)磁(ci)損(sun)耗(hao)將(jiang)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)熱(re)量(liang),從(cong)而(er)實(shi)現(xian)濾(lv)波(bo)的(de)效(xiao)果(guo)。我(wo)們(men)在(zai)濾(lv)波(bo)器(qi)中(zhong)填(tian)充(chong)的(de)電(dian)磁(ci)介(jie)質(zhi)對(dui)於(yu)低(di)頻(pin)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)吸(xi)收(shou)作(zuo)用(yong)較(jiao)弱(ruo),不(bu)會(hui)造(zao)成(cheng)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)的(de)大(da)幅(fu)度(du)衰(shuai)減(jian)。
近十幾年來,作為微波實驗基礎設施的屏蔽室,其應用的頻率範圍不斷擴展,頻率高端已由1GHz增加到18GHz,甚至40GHz,預計未來的趨勢還會增加到60GHz,甚至100GHz。weibaozhengpingbishizaizhenggeshiyongpinduanfanweidepingbixiaoneng,jibuyindianyuanxianhuoxinhaoxiandeyinruershiganraoxinhaoyebeiyinruhuoyinchupingbishi,zhejiuyaoqiupingbishidedianyuanlvboqihexinhaolvboqizaitongyangdepinduanfanweijuyouguidingdecharusunhao。
超寬帶EMI濾波器的設計思路
超寬帶EMI濾波器在頻率低端采用LC反射式濾波原理,在頻率高端采用高性能吸波材料的吸收式濾波原理。濾波器設計過程中,先根據需求方提供的通帶截止頻率、阻(zu)帶(dai)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)和(he)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)規(gui)定(ding)對(dui)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)低(di)頻(pin)端(duan)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)機(ji)建(jian)模(mo),這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)所(suo)需(xu)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)的(de)數(shu)目(mu)以(yi)及(ji)相(xiang)應(ying)的(de)元(yuan)件(jian)值(zhi),進(jin)而(er)畫(hua)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)路(lu)圖(tu)。由(you)於(yu)EMI濾(lv)波(bo)器(qi)隻(zhi)需(xu)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)的(de)截(jie)止(zhi)頻(pin)率(lv)和(he)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao),沒(mei)有(you)特(te)別(bie)的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)限(xian)製(zhi),因(yin)而(er)低(di)頻(pin)端(duan)建(jian)模(mo)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)電(dian)路(lu)簡(jian)單(dan)並(bing)且(qie)元(yuan)器(qi)件(jian)較(jiao)少(shao)的(de)切(qie)比(bi)雪(xue)夫(fu)濾(lv)波(bo)響(xiang)應(ying),可(ke)減(jian)小(xiao)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)和(he)重(zhong)量(liang)。
低頻端僅能解決100MHz以下的頻段,100MHz以上的頻段由於電路中導線的分布電感和電感線圈的分布電容等分布參數的影響導致LClvbodianluxingnengxiajiangshenzhiwanquanshixiao。gaopinduandechulifangfashijiagongyiduankongxintongzhouxian,zaitongzhouxiandeneiwaidaotizhijiantianchongcisunhaohediansunhaohengaodexibocailiao,jianggaopinganraoxinhaozaichuanbolujingzhongshuaijiandiao。tongzhouxianneiwaidaotizhijiantianchongdedianjiezhihuocijiezhi,rutieyangti、導電碳黑等多為導體,會導致同軸線內外導體短路,為此需要在內外導體之間增加一層絕緣層。
低頻端的LC濾波電路在100MHz以下的頻段具有較好的插入損耗性能,但是由於電路中的電感線圈和電容都是集總參數元件,當工作頻率高到100MHzshi,dianganxianquanzhongdefenbudianronghedianrongqizhongdefenbudianganhuibianchengzhanzhudaodiweidecanshu,shizheleilvboqidecharusunhaoxingnengmingxianehua。zaigaopinshi,tianchongxibocailiaodetongzhouxianquejuyoulianghaodecharusunhaotexing。ruoyaoqiucongdipin10kHz到微波波段40GHz都具有良好的EMI抑製性能,則需要將兩種濾波器串接使用,這樣就形成了頻率低端的反射式濾波和頻率高端的吸收式濾波的超寬帶EMI濾波器的設計思路。
超寬帶EMI濾波器設計的應用舉例
我們以電源濾波器為例,假設需求方有如下的技術要求:通帶截止頻率fp=1kHz,阻帶起始頻率fs=10kHz,通帶內衰減小於3dB,阻帶內衰減大於100dB,並且阻帶要延伸到40GHz的上限頻率。
先(xian)處(chu)理(li)低(di)頻(pin)端(duan)部(bu)分(fen),采(cai)用(yong)切(qie)比(bi)雪(xue)夫(fu)逼(bi)近(jin)進(jin)行(xing)建(jian)模(mo)。切(qie)比(bi)雪(xue)夫(fu)濾(lv)波(bo)器(qi)又(you)稱(cheng)為(wei)等(deng)波(bo)紋(wen)濾(lv)波(bo)器(qi),這(zhe)種(zhong)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)衰(shuai)減(jian)在(zai)通(tong)帶(dai)內(nei)呈(cheng)現(xian)等(deng)起(qi)伏(fu)特(te)性(xing),起(qi)伏(fu)的(de)大(da)小(xiao)標(biao)誌(zhi)著(zhe)衰(shuai)減(jian)對(dui)理(li)想(xiang)均(jun)勻(yun)特(te)性(xing)的(de)最(zui)大(da)偏(pian)離(li)程(cheng)度(du);過渡帶內的衰減具有比巴特沃斯濾波器更快的增長速率;阻帶內的衰減在不考慮分布參數的條件下將呈現出單調增加的趨勢。根據以上的技術要求可以確定切比雪夫濾波器的階數為5,元器件的連接方式分為T型和π型兩種。T型(xing)電(dian)路(lu)奇(qi)數(shu)項(xiang)元(yuan)件(jian)為(wei)電(dian)感(gan),偶(ou)數(shu)項(xiang)元(yuan)件(jian)為(wei)電(dian)容(rong),這(zhe)樣(yang)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)感(gan)數(shu)目(mu)較(jiao)多(duo),在(zai)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)實(shi)際(ji)製(zhi)作(zuo)中(zhong)影(ying)響(xiang)濾(lv)波(bo)器(qi)體(ti)積(ji)的(de)主(zhu)要(yao)是(shi)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)的(de)大(da)小(xiao),采(cai)用(yong)T型電路很容易造成濾波器體積龐大,不易放置,因此元器件的連接多半采用的是π型電路。π型電路奇數項元件為電容,偶數項元件為電感,其電路圖如圖1所示。

圖1:EMI濾波器π型電路的電路圖
圖中C1=6.4μF,L2=3.5mH,C3=8.4μF,L4=3.5mH,C5=6.4μF。假設輸入端和輸出端的負載電阻都為50Ω,對圖1的電路進行拉普拉斯變換,可以求出此LC濾波電路在低頻端插入損耗的頻率響應,其結果如圖2所示。通帶內插入損耗具有起伏特性,但都不會高於3dB;過渡

圖2:電源濾波器低頻段插入損耗的頻率響應曲線
帶插入損耗從3dB迅速上升到100dB;阻帶內插入損耗呈現單調上升的趨勢。
對dui高gao頻pin端duan的de處chu理li,先xian加jia工gong一yi定ding長chang度du的de同tong軸zhou線xian,然ran後hou在zai內nei外wai導dao體ti之zhi間jian填tian充chong吸xi波bo材cai料liao,由you於yu吸xi波bo材cai料liao一yi般ban都dou具ju有you導dao電dian性xing能neng,因yin此ci需xu要yao保bao證zheng內nei外wai導dao體ti之zhi間jian的de絕jue緣yuan性xing能neng。將jiang低di頻pin端duan的deLC濾波電路和高頻端的介質同軸線串接,用金屬殼體屏蔽封裝,便得到超寬帶EMI濾波器。表1給出了此濾波器插入損耗的檢測數據,阻帶內的插入損耗都大於100dB,滿足預先的要求。

表1:超寬帶EMI濾波器插入損耗的測試數據
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
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- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
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