中心議題：

• 穿心電容器應(yīng)用環(huán)境說(shuō)明
• 饋通濾波器的使用方法
• 濾波器對(duì)EMI的作用

解決方案：

• 鐵氧體材料的阻抗越大濾波效果越好
• 將電源線與電源回流線同時(shí)穿過(guò)鐵氧體
• 根據(jù)頻率選擇不同磁導(dǎo)率的鐵氧體材料

伴隨電子技術(shù)的高速發(fā)展，電磁環(huán)境日益惡化，大量的電子設(shè)備在這種電磁環(huán)境中很難正常工作。另一方面，電子設(shè)備的迅速增加，又進(jìn)一步導(dǎo)致電磁環(huán)境的惡化。因此，現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)中，如何選用干擾抑制濾波器件，是我們每一位電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問(wèn)題，本文對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

穿心電容器-饋通濾波器

饋通濾波器常用于移動(dòng)通訊設(shè)備、雷達(dá)導(dǎo)航等一些高頻處理模塊中，與屏蔽結(jié)構(gòu)體配合，處理輸入或輸出的低頻信號(hào)，是其他形式的電容器不能替代的產(chǎn)品。現(xiàn)在電子線路的工作頻率和周?chē)h(huán)境中的電磁干擾頻率越來(lái)越高，將濾波器安裝在線路板上所暴露出的高頻濾波不足的問(wèn)題比較突出。要想在UHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透時(shí)，必須使用饋通型濾波器解決。

饋通型濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的接地阻抗，并且利用金屬面板隔離濾波器的輸入和輸出，因此濾波器具有非常好的高頻濾波效果。饋通濾波器的電路結(jié)構(gòu)分為C型（穿心電容）、L形（一個(gè)穿心電容加一個(gè)電感）、T形（兩個(gè)電感加一個(gè)穿心電容）、π形（兩個(gè)穿心電容加一個(gè)電感）等；濾波器的器件越多，則濾波器的過(guò)渡帶越短，阻帶的插入損耗越大。其中C型饋通濾波器一般成為穿心電容器。


圖1穿心電容

任何有引線的電容器的濾波效果都會(huì)受到接地電感的限制。如圖1所示，通過(guò)將電容器外表面直接用螺紋或焊接的方式接到金屬屏蔽體或面板上構(gòu)成電容器的接地。由于地電流分散在中心導(dǎo)體周?chē)?60°的范圍內(nèi)，實(shí)際上不存在引線電感，電容可以在很高的頻率范圍內(nèi)保持良好的性能。

饋通濾波器的使用方法有以下三種：

1）安裝在屏蔽體（屏蔽盒、屏蔽機(jī)箱等）的面板上。這是最基本的使用方法，當(dāng)有導(dǎo)線要穿過(guò)屏蔽體時(shí)，就需要在屏蔽體的面板上安裝饋通濾波器，使導(dǎo)線通過(guò)饋通濾波器穿過(guò)屏蔽體。
2）安裝在線路板的地線層上，可以利用線路板的地線層做隔離層和接地層。
3）安裝在電路之間的隔離板上。

當(dāng)條件不具備，饋通濾波器不能安裝在屏蔽體面板或地線面上時(shí)，安裝在金屬隔板上也具有普通電容（包括三端電容）不可比擬的高頻濾波作用。

饋通濾波器有焊接式安裝和螺紋安裝兩種。焊接式安裝的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省空間，濾波性能可靠。但在將濾波器焊接到面板上時(shí)，由于面板的熱容量遠(yuǎn)大于濾波器的熱容量，因此焊接的局部溫度有可能達(dá)到很高，容易造成饋通濾波器損壞。焊接時(shí)要注意控制焊接的時(shí)間和溫度。螺紋安裝方式簡(jiǎn)單易行，可以在面板上打通孔，用螺母將饋通濾波器擰緊；也可以直接在面板上打帶螺紋的孔，將饋通濾波器直接擰在箱體或面板上。安裝時(shí)要注意兩點(diǎn)，一是扭矩不能太大，饋通濾波器雖然從外表上看與螺釘一樣堅(jiān)固，但是由于內(nèi)部時(shí)空心的，扭矩過(guò)大會(huì)造成損壞。二是在安裝時(shí)要套上鋸齒墊片，這樣可以保持良好的接觸。

在選用饋通濾波器電路形式時(shí)，一般依據(jù)下列情況：

1)對(duì)干擾的衰減量：濾波器的器件數(shù)量越多，一般對(duì)干擾信號(hào)的衰減越大。
2)有用信號(hào)與干擾信號(hào)在頻率上的差別：有用信號(hào)與干擾信號(hào)的頻率相差越小，需要濾波器的器件數(shù)量越多。
3)使用濾波器的電路的阻抗：一個(gè)基本的原則是，濾波器中的電容對(duì)著高阻抗電路，電感對(duì)著低阻抗電路。這里的所謂高低，可以50Ω為參考。


圖2EMI抑制鐵氧體               圖3鐵氧體隨頻率變化的阻抗分量

EMI抑制

鐵氧體利用鐵氧體（圖2所示）在高頻電磁場(chǎng)中的損耗很大，對(duì)干擾能量有較強(qiáng)吸收作用的特點(diǎn)，這種材料廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的干擾抑制方面。由于鐵氧體對(duì)高頻波的吸收作用（不是反射），可以降低電路中電感抑制電路的Q值，減小信號(hào)諧振問(wèn)題。EMI抑制鐵氧體與在低頻或電源中使用的損耗小的電感材料特性正好相反。圖3顯示了在高頻時(shí)電阻分量是如何對(duì)阻抗特性起決定作用的。


圖4鐵氧體的使用

將一個(gè)鐵氧體磁環(huán)套在導(dǎo)線或電纜上就構(gòu)成了一介簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、便于安裝的濾波器，如圖4所示。鐵氧體的作用是將導(dǎo)線周?chē)拇艌?chǎng)集中起來(lái)，從而使導(dǎo)線的電感增加數(shù)百倍。鐵氧體扼流圈的最大好處是它既不需要重新設(shè)計(jì)電路，也不需要重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)備的改進(jìn)中廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)廠家提供需多種不同內(nèi)徑規(guī)格的分體式鐵氧體，一般內(nèi)徑從5mm～13mm不等。當(dāng)信號(hào)線和回流線同時(shí)穿過(guò)鐵氧體時(shí)，鐵氧體對(duì)信號(hào)（差
模）沒(méi)有影響，但會(huì)增加共模電流的阻抗。鐵氧體的效果可以通過(guò)將電纜在鐵氧體上多繞幾圈或多用幾個(gè)鐵氧體來(lái)加強(qiáng)。但增加匝數(shù)的改進(jìn)效果受到寄生電容的限制。

鐵氧體的效果隨著頻率的升高而增加。鐵氧體扼流圈的阻抗在10MHz處通常為幾十歐姆，當(dāng)頻率超過(guò)100MHz時(shí)，阻抗升高到數(shù)百歐姆（具體值取決于形狀和尺寸，鐵氧體體積越大，阻抗越大）。不同廠家的產(chǎn)品或同一廠家的不同種類(lèi)的鐵氧體，其阻抗隨頻率的變化都有所不同。圖5是尺寸相同（外徑為5mm，長(zhǎng)度為11mm）但材料不同的兩種鐵氧體的特性。

由于鐵氧體扼流圈只不過(guò)是一個(gè)高損耗的電感，因此它只在低阻抗電路中才有作用。在高阻抗電路中使用，其效果很差甚至沒(méi)有效果。大部分電路，特別是電纜，其阻抗隨頻率的變化很復(fù)雜，并且通常在10～1,000Ω范圍內(nèi)。因此單個(gè)鐵氧體所提供的衰減很有限，一般在10dB左右，很少超過(guò)20dB。鐵氧體扼流圈對(duì)于降低靜電放電電流脈沖的快速上升率別有效，這種靜電放電干擾可能會(huì)感應(yīng)進(jìn)內(nèi)部電纜。瞬態(tài)參量會(huì)被鐵氧體所吸收，而不是分流或反射到系統(tǒng)的其它部位。


圖5兩種不同材質(zhì)的鐵氧體特性

要充分發(fā)揮鐵氧體的性能，下面一些注意事項(xiàng)十分重要：

1)鐵氧體磁環(huán)（磁珠）的效果與電路阻抗有關(guān)：電路的阻抗越低，則鐵氧體磁環(huán)或磁珠的濾波效果越好。因此，在一般鐵氧體材料的產(chǎn)品手冊(cè)中，并不給出鐵氧體材料的插入損耗，而是給出鐵氧體材料的阻抗，鐵氧體材料的阻抗越大，濾波效果也越好。

2)電流的影響：當(dāng)穿過(guò)鐵氧體的導(dǎo)線中流過(guò)較大的電流時(shí)，濾波器的低頻插入損耗會(huì)變小，高頻插入損耗變化不大。要避免這種情況發(fā)生，在電源線上使用時(shí)，可以將電源線與電源回流線同時(shí)穿過(guò)鐵氧體。

3)鐵氧體材料的選擇：根據(jù)要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導(dǎo)率的鐵氧體材料。鐵氧體材料的磁導(dǎo)率越高，低頻的阻抗越大，高頻的阻抗越小。

4)鐵氧體磁環(huán)的尺寸確定：磁環(huán)的內(nèi)外徑差越大，軸向越長(zhǎng)，阻抗越大。但內(nèi)徑一定要包緊導(dǎo)線。因此，要獲得大的衰減，在鐵氧體磁環(huán)內(nèi)徑包緊導(dǎo)線的前提下，盡量使用體積較大的磁環(huán)。

5)共模扼流圈的匝數(shù)：增加穿過(guò)磁環(huán)的匝數(shù)可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會(huì)減小。盲目增加匝數(shù)來(lái)增加衰減量是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤。當(dāng)需要抑制的干擾頻帶較寬時(shí)，可在兩個(gè)磁環(huán)上繞不同的匝數(shù)。

6)電纜上鐵氧體磁環(huán)的個(gè)數(shù)：增加電纜上的鐵氧體磁環(huán)的個(gè)數(shù)，可以增加低頻的阻抗，但高頻的阻抗會(huì)減小。這是因?yàn)榧纳娙菰黾拥木壒省?br />
7)鐵氧體磁環(huán)的安裝位置：一般盡量靠近干擾源。對(duì)于屏蔽機(jī)箱上的電纜，磁環(huán)要盡量靠近機(jī)箱的電纜進(jìn)出口。與電容式濾波連接器一起使用效果更好：由于鐵氧體磁環(huán)的效果取決于電路的阻抗，電路的阻抗越低，則磁環(huán)的效果越明顯。因此當(dāng)原來(lái)的電纜兩端安裝了電容式濾波連接器時(shí)，其阻抗很低，磁環(huán)的效果更明顯。