淺析EMI信號濾波器

一、什么是ＥＭＩ信號濾波器，它的作用。

　　ＥＭＩ信號濾波器是用在各種信號線（包括直流電源線）上的低通濾波器。它的作用是濾除導線上各種工作所不需要的高頻干擾成份。

　　線路板上的導線是最有效的接收和輻射天線，由于導線的存在，往往會使線路板產(chǎn)生過強的電磁輻射。同時，這些導線又能接收外部的電磁干擾，使電路對干擾很敏感。在導線上使用信號濾波器是一個解決高頻電磁干擾輻射和接收很有效的方法，圖１（ａ）是沒有使用信號濾波器時脈沖信號的頻譜，可以看出，脈沖信號的高頻成份很豐富，這些高頻成份可以借助導線輻射，使線路板的輻射超標。（ｂ）是使用了濾波器以后，脈沖信號頻譜發(fā)生的變化。從圖中可以看出，脈沖信號的高頻成份大大減少了，由于高頻信號的輻射效率較高，隨著高頻成份的減少，線路板的輻射將大大改善。

圖１（ａ）沒有使用信號濾波器時脈沖信號的頻譜

圖１（ｂ）使用了濾波器以后脈沖信號的頻譜

信號濾波器的種類:

　　信號濾波器按安裝方式和外形分，有線路板安裝濾波器、貫通濾波器和連接器濾波器等三種。

　　線路板安裝濾波器適合于安裝在線路板上，具有成本低、安裝方便等優(yōu)點。但線路板安裝濾波器的高頻效果不是很理想。貫通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，具有很好的高頻濾波效果，特別適合于單根的導線穿過屏蔽體。連接器濾波器適合于安裝在屏蔽機箱上，具有較好的高頻濾波效果，用于多根導線（電纜）穿過屏蔽體。

從電路形式上分，有單個電容型、單個電感型、Ｌ型、π型等。濾波器的器件越多，從通帶到阻帶的過渡帶越窄。對于一般的民用設備，使用單個電容型或單個電感型就可以滿足要求。

二、信號濾波器在電子設備中的用途可分為以下幾種：

１、屏蔽殼體上的穿線

　　屏蔽殼體上不允許有任何導線穿過，屏蔽效能再高的屏蔽體，一旦有導線穿過屏蔽體，屏蔽體的屏蔽效能就會大幅度下降。這是因為導線充當了接收干擾和輻射干擾的天線。當有導線要穿過屏蔽體時，必須使用貫通濾波器，如圖３所示。這樣可以將導線接收到的干擾濾除到屏蔽體上，從而避免干擾穿過屏蔽體。

圖２　貫通濾波器的使用

２、設備內(nèi)部的隔離

　　現(xiàn)代的電子設備的體積越來越小，器件的安裝密度越來越大。這帶來的問題之一是電路間的相互干擾。特別是數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾、強信號電路與弱信號電路之間的干擾等，已成為影響電子設備指標的重要因素。解決這個問題的唯一途徑是對不同類型的電路進行隔離。當不同電路之間沒有任何連線時，這種隔離是很容易的，只要按照一般的屏蔽設計技術(shù)做就可以了。但當電路之間有互聯(lián)線時，必須對互聯(lián)線進行濾波，才能達到真正的隔離。這時要在互聯(lián)線上使用信號濾波器。

３、電纜濾波

　　設備中的電纜是接收干擾和輻射干擾最有效的天線。干擾主要通過電纜進出設備。解決電纜接收和輻射干擾的主要手段有屏蔽和濾波。雖然使用屏蔽電纜能夠有效地減小電纜的電磁干擾輻射和接收電磁干擾的能力，但屏蔽電纜的屏蔽效能對屏蔽層的端接方式依賴很大，并且屏蔽電纜的屏蔽層由于是金屬編織網(wǎng)構(gòu)成的，在高頻時屏蔽效能較差。為了改善這種狀況，在屏蔽電纜的兩端使用濾波器是有效的方法。圖３是一個電纜濾波的例子。圖３（ａ）是計算機設備的電纜沒有經(jīng)過濾波時的輻射頻譜，從圖可以看到，其輻射強度已經(jīng)超過ＣＩＳＰＲ規(guī)定的標準，這種設備是不能銷售的。圖３（ｂ）是在計算機的電纜上使用了連接器形式的信號濾波器后的輻射頻譜，可以看到，其輻射強度已大大減小，已經(jīng)滿足了ＣＩＳＰＲ標準Ｂ級的要求，可以上市銷售。

圖３　（ａ）沒有采取電纜濾波的輻射頻譜

圖３　（ｂ）采取了電纜濾波的輻射頻譜

三、什么是連接器濾波器，它的特點：

　　連接器濾波器也叫濾波器連接器，是一種做成連接器形狀，使用方式同普通連接器相同的濾波器。這種濾波器在外形和尺寸上通常與普通連接器相同，因此在安裝時，完全可以互換。但它的每個針或孔上有一個低通濾波器。濾波器的電路有單個電容的，也有Ｌ型或π型的。使用的電容器主要有三種：穿心電容、片狀電容和平板電容。

　　　連接器濾波器的主要特點是濾波特性好。這從圖4中可以看出，圖4（ａ）是在線路板上使用濾波器，目的是濾波電纜上的高頻成份，減小電纜的輻射。圖4（ｂ）是使用連接器濾波器，目的同線路板上的濾波器然濾波器將驅(qū)動電路上的高頻成份濾掉了，但機箱內(nèi)的干擾還會耦合到電纜上，傳導到機箱外，造成輻射。同樣，外界的干擾也會通過電纜傳導進機箱，干擾線路板上的電路。而連接器濾波器則不然，由于它直接安裝在機箱上，可以保證暴露在機箱外邊的電纜是經(jīng)過濾波的“干凈”電纜，不會產(chǎn)生輻射，同樣外界的干擾在進入機箱前就被濾除了，確保線路板不會受到干擾。兩者的實際濾波效果可以從圖５的比較中看出。圖５（ａ）是電纜沒有經(jīng)過濾波的設備產(chǎn)生的輻射，圖５（ｂ）是在線路板上連接電纜處安裝了濾波器后設備的輻射，圖５（Ｃ）是使用了連接器濾波器的結(jié)果。從圖中可以看出，連接器濾波器的濾波效果好于板上濾波器。

圖４　（ａ）在線路板上使用濾波器

圖４　（ｂ）使用連接器濾波器

四、如何選用信號濾波器

　　選擇信號濾波器的步驟分為濾波器形式的選擇、濾波器電路的選擇、濾波器截止頻率的選擇等三步。

１、濾波器形式的選擇

　　根據(jù)使用的場合，確定是板上濾波器、貫通濾波器還是連接器濾波器。當需要穿過屏蔽體的導線較多時，應選用濾波器陣列或連接器濾波器，可以提高可靠性、降低成本。當選用連接器濾波器時，與選用普通連接器時考慮的內(nèi)容相同，芯數(shù)、針或孔、安裝方式、鎖緊方式等。

２、濾波器的性能

　　根據(jù)設備超標的情況或要求的隔離度確定選用何種性能的濾波器，濾波器的性能越高，價格越高。π型濾波電路具有理想的干擾抑制效果，但價格很高。一般當信號是高速脈沖信號或?qū)﹄姶偶嫒萏匦砸蠛車溃ㄈ鐫M足軍標或ＴＥＭＰＥＳＴ）時，應選用π型濾波電路。圖１０是單個電容濾波和π型濾波時信號波形的比較。圖１１是單個電容濾波和π型濾波時頻譜的比較。從圖中，可以看出π型濾波器既能將高頻干擾有效地濾除，又能保證波形的形狀。

３、濾波器的截止頻率

　　根據(jù)信號的頻率選擇濾波器的截止頻率，必須保證電路工作所必須的信號頻率順利通過濾波器，一般對有用頻率的衰減要小于３ｄＢ。

４、其它

濾波器的工作電壓、電流、溫度范圍等。

五、使用信號濾波器時要注意的問題

　　使用信號濾波器時最重要的是保證濾波器有良好的接地，即保證有低的射頻阻抗。要做到這一點，在使用板上濾波器時，應盡量使接地線短。在使用貫通濾波器時，要確保濾波器的外殼與屏蔽體的良好電接觸，最好是使用焊接方式。在使用連接器濾波器時，要在連接器與屏蔽體之間使用射頻密封襯墊。