中心議題：

• 濾波器有關指標的計算
• 濾波器的阻抗問題
• 電源線濾波器的選型
• 信號線濾波器的選型
• 濾波器的結構和安裝

電路設計人員如何確定在哪種場合該選用哪種濾波器呢
？本文旨在幫助他們作出這種決定。

濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)看(kan)似(si)神(shen)秘(mi)

，但(dan)實(shi)質(zhi)上(shang)並(bing)非(fei)如(ru)此(ci)。不(bu)過(guo)在(zai)很(hen)多(duo)場(chang)合(he)，即(ji)使(shi)竭(jie)盡(jin)全(quan)力(li)采(cai)取(qu)以(yi)下(xia)所(suo)述(shu)方(fang)法(fa)來(lai)選(xuan)擇(ze)，也(ye)還(hai)是(shi)需(xu)要(yao)實(shi)驗(yan)多(duo)個(ge)濾(lv)波(bo)器(qi)後(hou)才(cai)能(neng)挑(tiao)出(chu)最(zui)合(he)適(shi)的(de)一(yi)隻(zhi)。

那(na)麼(me)

，為(wei)什(shen)麼(me)要(yao)煞(sha)費(fei)苦(ku)心(xin)去(qu)正(zheng)確(que)的(de)選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)呢(ne)？按(an)這(zhe)裏(li)提(ti)供(gong)的(de)準(zhun)則(ze)來(lai)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)篩(shai)選(xuan)，至(zhi)少(shao)可(ke)滿(man)足(zu)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)正(zheng)確(que)尺(chi)寸(cun)和(he)類(lei)型(xing)的(de)要(yao)求(qiu)，因(yin)此(ci)，試(shi)用(yong)濾(lv)波(bo)器(qi)僅(jin)僅(jin)是(shi)用(yong)一(yi)隻(zhi)濾(lv)波(bo)器(qi)替(ti)換(huan)另(ling)一(yi)隻(zhi)濾(lv)波(bo)器(qi)，同(tong)時(shi)檢(jian)查(zha)傳(chuan)導(dao)及(ji)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)，看(kan)哪(na)隻(zhi)濾(lv)波(bo)器(qi)具(ju)有(you)最(zui)佳(jia)的(de)費(fei)效(xiao)比(bi)。

如果在設計過程中沒有足夠的耐心去選擇濾波器，墨菲法則（好象所有的物理、醫療和財政方麵的公式都是從這裏派生出來的）表明：zuizhongzhengmingshizuiheshidelvboqihuiyuchanpindeqitayaoqiuwanquanbujianrong。yaomelvboqitaidahuotaizhongerbunenganzhuangzaizhusumojikenei，xuyaoyibiangguidezhongxinzhizaomojudefeiyong
，yaomexuyaoyizhongbuyishixiandeanzhuangfangfa，yaomeyouyulvboqidexieloudianliu
，jiangshituixiangshichangdechanpincunzaianquanyinhuanwenti。queshi，ruguomeiyouzaixixuanzezhengquexinghaojileixingdelvboqi，nameanzhaomofeifaze，tiaoxuanheshidelvboqijiangzengjiayanfaheshengchanfeiyong，tongshiyehuituichichanpindeshangshishijian。

1. 濾波器有關指標的計算

通tong過guo將jiang產chan品pin的de發fa射she頻pin譜pu與yu相xiang關guan的de電dian磁ci兼jian容rong標biao準zhun比bi較jiao，可ke以yi估gu算suan用yong濾lv波bo器qi控kong製zhi發fa射she所suo需xu要yao的de衰shuai減jian量liang。對dui於yu抗kang擾rao性xing控kong製zhi，可ke以yi通tong過guo比bi較jiao外wai部bu電dian噪zao聲sheng（通常取自有關的電磁兼容抗擾度標準）與產品電子線路的敏感性以及幹擾期間希望達到的性能等級來估算一個粗略值。

當明確知道一個產品實際的發射或敏感性能時


，就可采取精確的計算而不去進行估測。不過
，如果不是在一個可控的50Ω阻抗環境中工作，在購買濾波器時，廠家提供的產品指標是靠不住的。

2. 阻抗問題

濾lv波bo器qi的de工gong作zuo原yuan理li是shi在zai射she頻pin電dian磁ci波bo的de傳chuan輸shu路lu徑jing上shang形xing成cheng很hen大da的de特te性xing阻zu抗kang不bu連lian續xu，將jiang射she頻pin電dian磁ci波bo中zhong的de大da部bu分fen能neng量liang反fan射she回hui源yuan處chu。大da多duo數shu濾lv波bo器qi的de性xing能neng是shi在zai源yuan和he負fu載zai阻zu抗kang均jun為wei50的條件下測得的，這使我們直接聯想到極為重要的一點
，這就是濾波器的性能在實際情況下不可能達到最佳。

考察一個典型的電源線濾波器，它安裝在交流電源線與作為電子產品直流電源的交-直流變換器之間。白天
，交流電源的阻抗在2～2kΩ間變化，取決於與它連接的負載以及所關心的頻率。連接到電子設備的電源線的特征阻抗大約在150Ω，當整流器在電源波形的尖峰附近導通時，相當於短路，而在其它時間，相當於開路。

濾波器參數是在50Ω的源和負載阻抗的測試環境下獲得的，因為大多數射頻測試設備采用50Ω的源、負載及電纜。這種方法獲得的濾波器性能參數是最優化的，同時也是最具有誤導性的。

因為濾波器由電感和電容組成的
，因此這是一個諧振電路。其性能和諧振主要取決於源端及負載端的阻抗。事實上，一隻價格昂貴且50/50性能優秀的濾波器可能在實際中的性能還不如一隻價格較低且50/50性能較差的濾波器好。

3. 電源線濾波器

圖1geichudedanjidianyuanxianlvboqiduiyuanhefuzaidezukangdouhenmingan，danggongzuozaishijideyuanhefuzaizukangtiaojianxiashi，henrongyichanshengzengyi，erbushishuaijian。zhezhongzengyitongchangchuxianzai150kHz～10MHz的頻率範圍內
，幅度可以達到10 ～ 20dB。因此
，在產品上安裝一個不合適的濾波器後，可能會增加發射強度和/或使敏感性變得更糟。

圖1 典型的單級電源線濾波器[page]

圖2所示的兩級或更多級的濾波器


，可以使內部接點保持在相對穩定的阻抗上

，因此對負載及源的阻抗依賴不是很大
，可以提供接近50/50指標的性能。當然，這些濾波器體積更大，價格更高。

圖2 典型的兩級電源線濾波器

為了解決阻抗問題
，最好是購買生產廠家同時標明了在“匹配”的50/50測試係統中的指標和在“失配”條件下的指標的產品。失配的數據是在源阻抗為0.1，負載阻抗為100detiaojianxia，hexiangfandetiaojianxia，cedede。yigeqiaomenshiyongsuoyouzhexiequxianzhongdezuihuaiqingkuangxingchengyitiaoshuaijianquxiantu
，bingjiangqizuoweilvboqidejishuzhibiao。dangcaiyongzhezhongfangfalaixuanzelvboqiyimanzuchanpindeyuqimudeshi

，lvboqidexingnengtongchangnenggoudadaoxiwangdexiaoguo，shenzhigenghaoyixie。

大多數電源線濾波器采用共模扼流圈和連接在相線間的X電容處理差模幹擾。如果濾波器用於解決開關電源、相位角功率控製器
、馬達驅動器等電路產生的低頻高強度幹擾問題，則通常需要比X電容所能提供的差模衰減更大的衰減，這時需要采用如圖3所suo示shi的de差cha模mo扼e流liu圈quan。由you於yu磁ci芯xin會hui發fa生sheng飽bao和he現xian象xiang
，所suo以yi很hen難nan以yi較jiao小xiao的de體ti積ji獲huo得de較jiao大da的de電dian感gan量liang。這zhe些xie濾lv波bo器qi一yi般ban體ti積ji比bi較jiao大da而er且qie也ye比bi較jiao昂ang貴gui。

圖3 開關電源轉換器上使用的典型濾波器

大多數電源線濾波器采用Y型電容
，這些電容連接在相線與地線之間。為了不超過相關安全標準限定的地線允許泄漏值，這些電容的值大約在幾nF左右。一般地

，Y電容應連接到噪聲幹擾較大的導線上（例如

，儀表靈敏模擬電路中的電源線，開關電源中的整流器等）。

對於醫療設備，特別是與病人身體接觸的

，要求地線泄漏電流值相當低

，因此使用任意一種Y型電容都是不行的。這時采用的濾波器需要更大的電感和/或采用多級級聯，因此體積較大，價格較高。（最好是在設備與病人相連的那一端采用電池供電，僅通過光耦或光纖與交流電源供電的設備相連。）

在較大的係統裏
，來自大量Y型小電容的地線泄漏會產生很大的地線電流，這樣就會產生地線電壓差，從而導致不同設備間的互連電纜上產生“嗡嗡”的(de)交(jiao)流(liu)聲(sheng)和(he)瞬(shun)態(tai)高(gao)電(dian)平(ping)。現(xian)代(dai)最(zui)佳(jia)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)采(cai)用(yong)等(deng)勢(shi)三(san)維(wei)地(di)線(xian)搭(da)接(jie)，但(dan)許(xu)多(duo)陳(chen)舊(jiu)的(de)設(she)施(shi)中(zhong)不(bu)能(neng)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)點(dian)。因(yin)此(ci)
，決(jue)定(ding)用(yong)在(zai)大(da)係(xi)統(tong)裏(li)的(de)設(she)備(bei)應(ying)使(shi)用(yong)Y電容很小或根本沒有Y電容的濾波器。

最好是使用滿足安全認證的電源線濾波器。這些濾波器的安全性、可靠性、溫度範圍、額定電壓和電流以及恰當的安全標準的應用均業已由廠家認證通過。

4. 信號線濾波器

如(ru)果(guo)傳(chuan)導(dao)發(fa)射(she)或(huo)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)由(you)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)信(xin)號(hao)頻(pin)譜(pu)引(yin)起(qi)，那(na)麼(me)試(shi)圖(tu)使(shi)用(yong)差(cha)模(mo)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)減(jian)小(xiao)這(zhe)些(xie)發(fa)射(she)並(bing)不(bu)是(shi)辦(ban)法(fa)。不(bu)過(guo)對(dui)所(suo)關(guan)心(xin)的(de)信(xin)號(hao)頻(pin)譜(pu)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)頻(pin)率(lv)，采(cai)用(yong)共(gong)模(mo)濾(lv)波(bo)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)，因(yin)為(wei)有(you)用(yong)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)差(cha)模(mo)而(er)非(fei)共(gong)模(mo)。

xinhaoxianlvboqidejishuzhibiaozhong，yibandouhulveledixianzaosheng。qudongxinpianhuichanshengdixiantiaoyuezaosheng，ruguoshuziyinshuadianlubandedixianmianyujikejiandeshepindajiebuhao
，bianhuizaisuoyoudaoxianzhongchanshengdaliangdeshuzi0V噪聲，因此，外封裝上標有低轉換速率的驅動芯片仍可能產生高電平的射頻噪聲。
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低di頻pin模mo擬ni信xin號hao中zhong使shi用yong的de濾lv波bo器qi，尤you其qi是shi當dang電dian子zi電dian路lu的de靈ling敏min度du非fei常chang高gao時shi，需xu要yao采cai用yong如ru電dian源yuan線xian濾lv波bo器qi一yi樣yang的de單dan級ji或huo多duo級ji電dian路lu。然ran而er，在zai多duo數shu情qing況kuang下xia
，信xin號hao是shi數shu字zi化hua的de或huo高gao電dian平ping模mo擬ni信xin號hao
，對dui幹gan擾rao不bu很hen敏min感gan，因yin此ci可ke采cai用yongR、L、C、RC
、LC、T、或π型濾波器
，如圖4所示。

圖4 各種信號線濾波器

R和L濾波器的基本工作原理是產生一個高阻抗以反射幹擾，但這通常僅能獲得幾個dB的衰減。當源和負載阻抗都較低時，這種濾波器是最適合的。L濾波器能產生諧振，因此最好由軟鐵氧體磁性材料做成（參見下述部分）。由於電阻中存在0.2 pF左右的寄生旁路電容，因此R濾波器在高頻時會失去濾波效能。

C濾波器能產生一個低阻抗來反射幹擾
，通常用在源和負載阻抗都比較高的場合。通常
，C濾波器的性能曲線看起來都是比較理想的，但實際上遠不是這樣。

具有較大R值的RC濾波器是比較理想的，因為它不會產生明顯的諧振。但當信號頻率在幾kHz以上，或傳輸率在kB/s以上的電路中，高R值（最好是取10k左右）是不適合的。

LC
、T和π型濾波器可以有更高的衰減值
，但當它們連接到非50的源和負載阻抗的環境中時會發生諧振現象。這個問題可以通過在電感上裝入鐵氧體來解決。鐵氧體在低頻（有時可達10MHz左右）時呈電感特性，但在較高的頻率處，它們失去了電感特性而表現出電阻特性。鐵氧體磁珠在100MHz時的有效阻抗超過1k，但直流時的阻抗則小於0.5，因而在無用頻率處呈現高阻狀態，在有用頻率處呈現低阻狀態。現在可以采購到型號眾多的SMD鐵氧體磁珠來滿足各種頻譜的需要。

射頻濾波器的一個鮮為人知的特性就是當它不連接到良好的射頻參考地時
，其效果是很差的。唯一能夠作為射頻參考地的是PCB上的實心地平麵、金屬板或金屬殼體（“法拉第籠”），理想情況下，在被濾波的最高頻率處，它們都不應有大於波長1/100的孔洞（空氣中1GHz時3mm
，或者在FR4纖維玻璃板中為1.5mm）。

濾波器中的電容與射頻地之間的連線也應小於波長的1/100，同時還要保證電感很低。這就是說
，除非在極低的頻率下，否則安全地的綠/黃色導線不能作為濾波器地線。例如，如果裝有2.2nF的Y型電容的電源線濾波器通過一根10cm長的綠/黃色導線接地，那麼，在20MHz以上的頻率時

，由於地線電感的影響，其Y型電容將失效。

在估計綠/黃色導線地線的搭接性能時
，可以假設導線的電感值約為1nH/mm。濾lv波bo器qi唯wei一yi正zheng確que的de連lian接jie是shi將jiang濾lv波bo器qi殼ke壁bi直zhi接jie與yu射she頻pin地di參can考kao麵mian或huo殼ke體ti連lian接jie起qi來lai。當dang然ran
，隻zhi要yao有you直zhi接jie的de射she頻pin地di線xian搭da接jie
，那na麼me出chu於yu安an全quan考kao慮lv，裝zhuang入ru綠lv/黃色導線也未尚不可。

如果濾波器要安裝在PCB板ban上shang

，其qi電dian容rong必bi須xu直zhi接jie連lian接jie到dao地di平ping麵mian上shang。如ru果guo沒mei有you地di平ping麵mian

，安an裝zhuang含han有you電dian容rong的de濾lv波bo器qi是shi勞lao而er無wu功gong的de。如ru果guo濾lv波bo器qi安an裝zhuang在zai一yi個ge金jin屬shu板ban或huo屏ping蔽bi殼ke體ti上shang
，那na麼me它ta必bi須xu是shi導dao電dian連lian接jie的de，有you時shi甚shen至zhi有you必bi要yao在zai濾lv波bo器qi安an裝zhuang麵mian貼tie上shang一yi圈quan導dao電dian襯chen墊dian，以yi使shi濾lv波bo器qi殼ke體ti與yu其qi搭da接jie的de金jin屬shu麵mian間jian形xing成cheng無wu縫feng隙xi的de射she頻pin搭da接jie。

軍用信號濾波器一般屬於C和π型，因為多數常見的軍事設備都有一個很結實的、設計完善的射頻地（金屬澆注機箱）。因此
，這種場合使用的濾波器一般不會受到射頻地不良所帶來的影響。

不過，對民用品、商(shang)業(ye)用(yong)品(pin)及(ji)工(gong)業(ye)製(zhi)品(pin)來(lai)說(shuo)
，射(she)頻(pin)地(di)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)通(tong)常(chang)是(shi)一(yi)個(ge)嚴(yan)重(zhong)的(de)問(wen)題(ti)
，因(yin)為(wei)得(de)處(chu)處(chu)考(kao)慮(lv)產(chan)品(pin)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)，我(wo)發(fa)現(xian)在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，性(xing)能(neng)較(jiao)好(hao)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)濾(lv)波(bo)器(qi)一(yi)般(ban)是(shi)RC、LC或T型的，將電阻或電感連接到外部導線上。這將使射頻參考地線上的射頻電流比C或π型濾波器產生的射頻電流小得多。

如ru果guo一yi條tiao電dian纜lan有you多duo束shu芯xin線xian，通tong常chang最zui好hao的de辦ban法fa是shi將jiang所suo有you的de芯xin線xian穿chuan過guo一yi個ge共gong模mo扼e流liu圈quan。如ru果guo減jian小xiao敏min感gan信xin號hao之zhi間jian的de串chuan擾rao十shi分fen重zhong要yao，則ze可ke以yi對dui芯xin線xian中zhong各ge個ge信xin號hao分fen別bie采cai用yong共gong模mo扼e流liu圈quan。圖tu5表明用於五芯電纜的五路共模扼流圈的一個例子。表貼共模扼流圈在差不多5mm的正方體殼體內可達八路之多。

如果電源線濾波器不允許來自數字電路的900MHz的諧波泄漏到電源線中，這時就應考慮濾波器和屏蔽體的優化配合。這些接近微波頻率的諧波會使產品的輻射發射加強。

shepinlvboqidelingyigexianweirenzhidetexingjiushiyaojianglvboqiyupingbishiweiyigezhengti
，liangzhexiangfuxiangcheng。cuowudelvboqijiegoushejihuoanzhuangfangfahenrongyishichanpinfushefashechaobiao。
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5. 濾波器的結構和安裝

如果欲在高頻獲得極佳的濾波性能，那麼濾波器很容易由於其PCB走線和/或(huo)濾(lv)波(bo)與(yu)未(wei)濾(lv)波(bo)分(fen)界(jie)麵(mian)上(shang)導(dao)線(xian)的(de)射(she)頻(pin)泄(xie)漏(lou)而(er)使(shi)其(qi)性(xing)能(neng)發(fa)生(sheng)降(jiang)級(ji)。許(xu)多(duo)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)對(dui)濾(lv)波(bo)器(qi)周(zhou)圍(wei)的(de)射(she)頻(pin)泄(xie)漏(lou)疑(yi)惑(huo)不(bu)解(jie)
，濾(lv)波(bo)和(he)未(wei)濾(lv)波(bo)走(zou)線(xian)及(ji)導(dao)線(xian)必(bi)須(xu)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)彼(bi)此(ci)遠(yuan)離(li)
，而(er)且(qie)沒(mei)有(you)其(qi)他(ta)走(zou)線(xian)或(huo)導(dao)線(xian)穿(chuan)過(guo)附(fu)近(jin)濾(lv)波(bo)/未濾波的邊界線
，通常
，對濾波器未濾幹淨的殘餘泄漏采用屏蔽技術是非常必要的。

如果外部電纜濾波後進入具有地平麵的PCB板或用作射頻地的一個工業儀表麵板

，濾波器應安裝在電纜進出PCB板或儀表麵板的位置上
，並且要直接連接到射頻地線上。

如(ru)果(guo)外(wai)部(bu)電(dian)纜(lan)經(jing)濾(lv)波(bo)後(hou)進(jin)入(ru)屏(ping)蔽(bi)機(ji)櫃(gui)，濾(lv)波(bo)器(qi)應(ying)安(an)裝(zhuang)在(zai)機(ji)櫃(gui)的(de)壁(bi)上(shang)，並(bing)且(qie)要(yao)在(zai)安(an)裝(zhuang)孔(kong)的(de)周(zhou)圍(wei)一(yi)周(zhou)與(yu)櫃(gui)壁(bi)進(jin)行(xing)導(dao)電(dian)連(lian)接(jie)。隔(ge)離(li)式(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)（例如，穿心電容），但一般都比較貴而且難於安裝。

市場上也可以采購某些型號的濾波連接器，比如D型連接器（通常隻有1nF的電容
，不過磁珠
、T和π型濾波器也是有效的）。

就電源線濾波器（通常適用於0-400Hz的頻率，且性能基本不變）來說
，麵板安裝的濾波器通常采用IEC插座。將這種金屬外殼的帶IEC插座的濾波器安裝在屏蔽體上，如果濾波器殼體上沒有縫隙，並且按圖6所suo示shi的de辦ban法fa將jiang它ta四si周zhou電dian氣qi連lian接jie到dao屏ping蔽bi金jin屬shu件jian上shang，可ke在zai數shu十shi兆zhao赫he茲zi的de頻pin率lv範fan圍wei內nei獲huo得de較jiao好hao的de性xing能neng。有you些xie廠chang商shang僅jin一yi味wei追zhui求qiu濾lv波bo器qi能neng否fou在zai傳chuan導dao發fa射she測ce試shi頻pin率lv（達到30MHz）範圍內正常工作，這種濾波器的成本較低，但使濾波器的屏蔽完整性受到影響
，從而使產品不能通過電磁兼容標準中的輻射發射試驗。

圖5 屏蔽體上電源線濾波器的安裝方法

在大功率場合中，多數電源線濾波器采用螺釘接線方式
，從而使隔離板安裝不可能。圖5表明鏍釘安裝的濾波器采用“髒盒”方法，同時用一個外層屏蔽盒將其封裝在一個屏蔽的“髒盒”內。即使髒盒中的輸入和輸出電纜很短而且彼此遠離
，高頻仍然可以泄漏出去，因此需要對某一條電纜或所有電纜套裝磁環來解決。