滤波器_品慧电子

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村田磁珠代理代理商销售村田muRata品牌的电子元器件，包括村田贴片陶瓷电容、村田安规电容、村田可调电容、村田高频电感、村田绕线电感、村田功率电感、村田薄膜电感、村田NTC热敏电阻、村田陶瓷振荡子、村田射频测试线、村田射频头、村田EMI滤波器、村田磁珠等等。

村田静噪元件/EMI静噪滤波器包含以下系列：

片状铁氧体磁珠（BLM***）、片状EMIFIL电容器型（NFM***）、电容排型片状EMIFIL（NFA***）、片状EMIFIL LC复合型（NFW***）、片状EMIFIL RC复合型（NFR***）、片状EMIFIL RC复合排列型（NFA***）、片状共模扼流线圈（DLW***）、铁氧体磁珠（BL02***）、引线型EMIFIL（DSS***）铁氧体磁芯（FSRB***）

“片状铁氧体磁珠”主要应用于一般电路、高速信号线、电源、数字接口、GHz频带电路等。

常用村田贴片磁珠料号如下：

BLM15HD102SN1D 、BLM15HG102SN1D、BLM15HD102SN1D、BLM15HD601SN1D、BLM15HD182SN1D、BLM15HB121SN1D、BLM15HB221SN1D、BLM15HG601SN1D、BLM15AG100SN1D、BLM15AG700SN1D、BLM15AG121SN1D、BLM15AG221SN1D、BLM15AG601SN1D、BLM15AG102SN1D、BLM15BD750SN1D、BLM15BD121SN1D、BLM15BD221SN1D、BLM15BD471SN1D、BLM15BD601SN1D、BLM15BD102SN1D、BLM15BD182SN1D、BLM15BB050SN1D、BLM15BB100SN1D、BLM15BB220SN1D、
BLM15BB470SN1D、BLM15BB750SN1D、BLM15BB121SN1D、BLM15BB221SN1D、BLM15BC121SN1D、BLM15BC241SN1D、BLM15BA050SN1D、BLM15BA100SN1D、BLM15PX121SN1D、BLM15PG100SN1D、BLM15PD300SN1D、BLM15PD600SN1D、BLM15PD800SN1D、BLM15PD121SN1D、BLM15EG121SN1D、BLM18AG102SN1D、BLM18AG121SN1D、BLM18AG151SN1D、BLM18AG221SN1D、BLM18AG331SN1D、BLM18AG471SN1D、BLM18AG601SN1D、BLM18BA050SN1D、BLM18BA100SN1D、BLM18BA121SN1D、BLM18BA220SN1D、BLM18BA470SN1D、BLM18BA750SN1D、BLM18BB050SN1D、BLM18BB100SN1D、BLM18BB121SN1D、BLM18BB220SN1D、 BLM18BB221SN1D、BLM18BB331SN1D、BLM18BB470SN1D、BLM18BB471SN1D、BLM18BB600SN1D、BLM18BB750SN1D、BLM18BD102SN1D、BLM18BD121SN1D、BLM18BD151SN1D、BLM18BD152SN1D、BLM18BD182SN1D、BLM18BD221SN1D、BLM18BD222SN1D、BLM18BD252SN1D、BLM18BD331SN1D、BLM18BD421SN1D、BLM18BD470SN1D、BLM18BD471SN1D、BLM18BD601SN1D、BLM18EG121SN1D、BLM18EG221SN1D、BLM18EG471SN1D、BLM18EG601SN1D、BLM18HD102SN1D、BLM18HD471SN1D、BLM18HD601SN1D、BLM18HE102SN1D、BLM18HE152SN1D、BLM18HE601SN1D、BLM18HG102SN1D、BLM18HG601SN1D、BLM18HK102SN1D、BLM18HK331SN1D、BLM18HK471SN1D、BLM18HK601SN1D、BLM18KG221SN1D、BLM18KG331SN1D、BLM18KG471SN1D、BLM18KG601SN1D、BLM18PG121SN1D、BLM18PG181SN1D、BLM18PG221SN1D、BLM18PG300SN1D、BLM18PG331SN1D、BLM18PG471SN1D、BLM18PG600SN1D、BLM18RK102SN1D、BLM18RK121SN1D、BLM18RK221SN1D、BLM18RK471SN1D、BLM18RK601SN1D、BLM21AG102SN1D、BLM21AG121SN1D、BLM21AG151SN1D、BLM21AG221SN1D、BLM21AG331SN1D、BLM21AG471SN1D、BLM21AG601SN1D、BLM21BB050SN1D、BLM21BB121SN1D、BLM21BB151SN1D、BLM21BB201SN1D、BLM21BB221SN1D、BLM21BB331SN1D、BLM21BB471SN1D、BLM21BB471SN1D、BLM21BB750SN1D、BLM21BD102SN1D、BLM21BD121SN1D、BLM21BD151SN1D、BLM21BD152SN1D、BLM21BD182SN1D、BLM21BD221SN1D、BLM21BD331SN1D、BLM21BD421SN1D、BLM21BD471SN1D、BLM21BD601SN1D、BLM21BD751SN1D、BLM21PG121SN1D、BLM21PG220SN1D、BLM21PG221SN1D、BLM21PG300SN1D、BLM21PG331SN1D、BLM21PG600SN1D、BLM21RK102SN1D、BLM21RK121SN1D、BLM21RK221SN1D、BLM21RK471SN1D、BLM21RK601SN1D、BLM31PG121SN1L、BLM31PG330SN1L、BLM31PG391SN1L、BLM31PG500SN1L、BLM31PG601SN1L、BLM41PG102SN1L、BLM41PG181SN1L、BLM41PG471SN1L、BLM41PG600SN1L、BLM41PG750SN1L、

“片状EMIFIL电容器型”主要应用于高速信号、低失真型、大电流用等

常用滤波电容型号如下：

NFM21PC105B1A3、NFM3DPC223R1H3L、NFE31PT221D1E9L、NFM18CC223R1C3D、NFM18PC105R0J3、NFM21PC474R1C3D、NFM3DCC101U1H3L、NFM41PC204F1H3L、NFM21PC104R1E3D、NFM21CC223R1H3D、NFM21PC224R1C3D、NFM3DCC471R1H3、NFM21CC222R1H3B、NFE31PT222Z1E9、NFE61PT101Z1H9L、NFE61PT472C1H9L、NFW31SP506X1E4、NFM41PC204F1H3、NFM41CC223R2A3L、NFM18PC104R1C3B、NFM18PC105R03J、

“片状共模扼流线圈”

常用共模扼流线圈常用料如下：

DLW21HN900SQ2L、DLW21SN670SQ2L、DLW5BTN102SQ2L、DLP31SN221SL2、DLW5BTN142SQ2L、DLW5BSN152SQ2L、DLW5BSN191SQ2L、DLW5BTN101SQ2L、DLW5BSN302SQ2L、DLP31SN121ML2L、DLP11SN121SL2、

“引线型滤波器”有电容器内藏标准型与方块型EMIFIL

电容器内藏标准型常用料号如下：

DSS6NZ82A103Q55B、DSS6NC52A102Q55B、DSS6NC52A471Q55B、DSS9NC52A222Q55B、DSS9HB32E222Q55B、
DSS6NC52A102Q93A

方块型EMIFIL常用料号如下：

BNX002-01、BNX022-01

大功率开关电源的EMC测试分析及正确选择EMI滤波器

中心议题：开关电源产生电磁干扰的机理 EMI滤波器的正确选择开关电源电磁干扰解决办法

解决方案：正确选择EMI滤波器进线电抗器+EMI滤波器

开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点，广泛应用于各个领域。由于开关电源固有的特点，自身产生的各种噪声却形成一个很强的电磁干扰源。所产生的干扰随着输出功率的增大而明显地增强，使整个电网的谐波污染状况愈加严重。对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁，因此解决开关电源的电磁干扰是减小电网污染的必要手段，本文对一台15kW开关电源的EMC测试，分析其测试结果，并介绍如何合理地正确选择EMI滤波器，以达到理想的抑制效果。

1 开关电源产生电磁干扰的机理

图1为所测的15kW开关电源的传导骚扰值，由图中可以看出在0、15～15MHz大范围超差。这是因为开关电源所产生的干扰噪声所为。开关电源所产生的干扰噪声分为差模噪声和共模噪声。

图1未加任何抑制措施所测得的传导骚扰

1.1共模噪声

共模噪声是由共模电流，IcM所产生，其特征是以相同幅度、相同相位往返于任一电源线（L、N）与地线之间的噪声电流所产生。图2为典型的开关电源共模噪声发射路径的电原理图。

图2 共模噪声电原理图

由于开关电源的频率较高，在开关变压器原、副边及开关管外壳及其散热器（如接地）之间存在分布电容。当开关管由导通切换到关断状态时，开关变压器分布电容（漏感等）存储的能量会与开关管集电极与地之问的分布电容进行能量交换，产生衰减振荡，导致开关管集电极与发射极之间的电压迅速上升。这个按开关频率工作的脉冲束电流经集电极与地之问的分布电容返回任一电源线，而产牛共模噪声。

1.2差模噪声

差模噪声是由差模电流IDM昕产生，其特征是往返于相线和零线之间且相位相反的噪声电流所产生。

1.2.1差模输入传导噪声

图3为典型的开关电源差模输入传导噪声的电原理图。

其一是当开关电源的开关管由关断切换到导通时，回路电容C 通过开关管放电形成浪涌电流，它在回路阻抗上产生的电压就是差模噪声。

图3差模输入传导噪声电原理图

其二是工频差模脉动噪声，它是由整流滤波电容c 在整流电压上升与下降期问的充放电过程中而产生的脉动电流与放电电流，也含有大量谐波成分构成差模噪声。

以上两种差模噪声都返回到输入端的交流电网，所以称为输入传导噪声，它不仅污染电网，还给其它接人电网的电子、电气设备造成危害，还直接导致输入功率因数的下降。

1.2.2 差模输出传导噪声

第三种差模噪声是输出传导噪声，它是整流输出部分二极管由正偏转为反偏时，反向电流与二极管结电容、分布电感产生尖峰电压而造成的差模噪声，图4为典型的半波整流滤波电路：

图4 差模输出传导噪声电原理图

2 EMI滤波器的正确选择

EMI滤波器是以工频为导通对象的反射式低通滤波器，插入损耗和阻抗特性是重要技术指标。EMI滤波器在正常工作时处于失配状态，因为在实际应用中，它无法实现匹配。如滤波器输入端阻抗（电网阻抗）是随着用电量的大小而改变的。滤波器输出端的阻抗。（电源阻抗）是随着负载的大小而改变的。要想获得最佳的EMI抑制效果，必须根据滤波器的两端所要连接的源端阻抗特性和负载阻抗特性来选择EMI滤波器的电路结构和参数，即遵循输入、输出端阻抗失配原则。一般选用方法是：

（1）低的源阻抗和低的负载阻抗：选取（T）n 滤波器结构；（2）高的源阻抗和高的负载阻抗：选取（π ）n“滤波器结构；（3）低的源阻抗和高的负载阻抗：选取（LC）n“滤波器结构；（4）高的源阻抗和低的负载阻抗：选取（CL）滤波器结构。

若不能满足阻抗失配的原则，就会影响滤波器的插损性能，严重时甚至引起谐振，在某些频点处出现干扰放大现象，所以，阻抗失配连接原则是应用EMI滤波器必须遵循的原则。

针对图l所测得的传导骚扰值，可以看出在0.15～15MHz范围内严重超差，最大值超过限值近40dB，而且尖峰较为密集。说明电源所产生的浪涌电压和浪涌电流较大，即电源的du／dt、di／dt很大，也就是产生的_F扰能量很大。开关电源共模噪声等效电路呈高阻抗容性，而差模等效电路高、低阻抗同时存在。针对这种情况，EMI滤波器的电路结构选为二级共模电感和一个单独的差模电感型式，这样既可以滤除共模噪声，又可以滤除差模噪声。插入损耗为40dB，所测得的传导骚扰值如图5所示。

图5加EMI滤波器后所测的传导骚扰

由图5可以看出，传导骚扰值在某些频段处还有超差，效果不十分理想，这是因为，传导接受机所测得的传导骚扰值是个综合参数，它无法判断出在0.15—15MHz频率范围内，共模干扰和差模干扰孰重孰轻，一般讲：在0.15～0.5MHz低端差模干扰分量很大，在0.5～5MHz共模干扰和差模干扰同时存在，在5～30MHz之间共模分量较大。原因之二是由于滤波器的电感和电容元件都受其分布参数的影响，频率愈高所受的影响愈大。滤波器内部电感、电容的装配工艺、接地质量也会对插入损耗产生很大的影响。原因之三是，由于滤波器电感会受到电流浪涌的影响，它工作的峰值电流比额定电流要大一倍左右，在重载和满载时，差模电感容易产生磁饱和现象，致使电感量迅速下降，导致插入损耗性能变坏。

3 较为理想的解决办法

针对以上情况，在EMI滤波器前端再串接一个一定值的电感，在交流电路中电感的数值 X= wL=2πrfL，电感就是一个电抗器，所以此电感也称为进线电抗器。由X =2πrfL可知，它的感抗与频率成正比，对于低频电流可以畅通无阻地通过进线电抗器，对于高频电流进线电抗器呈高阻抗、高压降。因此，进线电抗器可作为电流的低通（高阻）滤波器。

并且，开关电源所产生的谐波电压大部分都降在了进线电抗器上。所以，串接进线电抗器不但使传导骚扰值整体下降了，还使电压谐波得到了改善。当电感值选为6mH时，其抑制效果如图6所示。所以对已定型的大功率开关电源，选择进线电抗器+EMI滤波器，不失为解决其电磁骚扰的比较理想的方法。

图6进线电抗器+EMI滤波器后所测的传导骚扰

4 结语

大功率开关电源产生电磁干扰是一个复杂的问题，电源产生电磁干扰以传导干扰的危害尤为严重。根据电磁干扰产生的机理，正确选择EMI滤波器是有效抑制传导干扰的关键所在，其目的就是有效地抑制开关电源对电网的传导干扰，又可以降低从电网引入的传导干扰，使开关电源的电磁兼容性达到国家标准规定的限值要求。

电调谐LC滤波器的研究与设计

中心议题：电调谐LC滤波器的研究与设计了解变容二极管谐振回路

解决方案：可采用LC电调谐振滤器设计方法采用Q值较高的器件调谐元件设计补偿低Q值的幅度均衡器

1 引言

通信对抗系统需要在复杂的信息环境下实现对信号的处理，需要滤波器实现信号的选择，滤波器主要应用于分离信号、抑制干扰，这是滤波器最广泛和最基本的应用。在这种应用中，他使所需要频率的信号顺利通过，对不需要的频率产生抑制。当前的通信系统随着实际的需要，要求滤波器低插损、低带内波动、高信号选择性，同时体积尽可能小，以满足灵敏度和动态范围的要求。电调滤波器具有体积小、工作频带宽的优点，可很好地抑制二阶组合信号，有着广阔的应用前景。

本文利用微波电路CAD设计软件，结合可靠的设计理论来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算，极大地提高设计准确性和效率，有效缩短研制周期，降低成本。Agilent公司的ADS软件由于其强大的功能而广泛应用于射频微波电路的仿真和优化设计。

2 理论分析

100～250 MHz的电调滤波器可采用LC电调谐振滤器设计方法，改变变容二极管的可调电容进行电调滤波，根据带宽，插入损耗，幅度一致性的综合要求对滤波器进行优化设计。

LC电调谐滤波器实际上就是同步调谐滤波器，他由若干个中心频率调谐于W0的并联谐振回路组成之所以用并联形式，由于串联时偏置回路复杂，至少需要一个电阻且电感的杂散电容不易被吸收。选择同步调谐滤波器的一个关键要素在于这种滤波器能够以简单的电路形式实现电调谐，而其他形式的滤波器并非不能实现电调谐而是要实现电调谐的电路较复杂，且所需变容管种类多，其电特性也极不易同时满足需要。设计LC电调谐滤波器实际相当于设计谐振放大器，只是这里变容管成为电路的核心。现对变容管谐振电路略做讨论和分析。

2.1 变容二极管谐振回路

图1和图2给出2种基本变容二极管并联谐振回路。

在图1所示电路中，调谐电压通过扼流电感和偏置电阻RB加到变容管上，串联电容CS使交流电路闭合，同时把变容管的负极与并联电感隔离开，从而使调谐电压能正确加载。电路中还并联了一个固定电容Cp。放在偏置电阻前的退耦电容容量很大，相当于交流接地，故在后续的讨论中可不予考虑。对高频交流信号而言，偏置电阻和串联电容是并联的。通过网络变换将其变换到并联谐振回路中，该等效并联电阻RC为：

可见由偏置电阻RB引起的阻性损耗RC是频率的函数。如果串联电容CS的值不是充分大，则有可能导致调谐电路的带宽和频率无关。

图2表明所示为调谐电压直接加载到变容二极管上时的情况，此时由偏置电阻RB产生的并联损耗电阻可以表示为：

该假设具备一般的代表意义，因为实际电路中，串联电容GS的值取通常取得尽可能大，而并联电容Cp取值则尽量小。这种电路中，偏置电阻RB的影响要比在图1所示电路大。所以一般说来，图1比图2所示电路更为可取。但在希望通过偏置电阻RB增加谐振电路在频率高端处的衰减时例外。

2.2 变容管谐振回路中的并联和串联电容

电容通常和变容二极管串联，为了闭合交流电路，同时考虑到加直流电压的便利，一般把变容管的一端和电路其他部分隔开，使调谐电压能直接加在二极管上，串联电容CS应尽量大以便有效电容变化不受影响，然而在一些情况下却不是如此，例如在接收机的振荡电路中，中频和接收频率处于同一数量级时，串联电容的影响必需考虑。在变容管结电容Ctot串联一个电容CS后，调谐电容值减少为：

此时，调谐电容的有效Q值增加到(Q是变容管的品质因素)

有效电容变化比减少为：

式(8)中Cmax，Cmin分别是变容二极管的最大结电容值和最小结电容值。另一方面，由于串联电容分压，加在变容二极管上的交流电压幅度减小，这样调谐电压的下限值变小，必然是变容二极管的最大结电容Cmax，可用电容变化比就更高，因此串联电容产生的影响要比上式估计值略低。

图1到图2所示的并联电容Cp总是存在的。因为电感线圈匝间电容是不可避免的，每个电感均有其自电容，把这个自电容等效为并联的电容Cp，且认为是无耗的，则总的调谐电容值升高。如果CS足够大，可以忽略他的影响，则得到有效调谐电容为：

由式(11)不难看出，即使并联电容相Cp当小，也能引起有效电容变比的明显下降。因此设计电路时就必须使电感的自电容尽可能地小。

2.3 变容管谐振回路的调谐范围

考虑图1所示变容管谐振电路，不难看出回路的频率调谐范围依赖于变容管的有效电容变比和电路中并、串联电容的大小。

经过简单的计算可得到如下调谐比表达式：

在多数情况下，串联电容取值足够大，他的影响可以忽略。上式可以简化为：

由式(13)可得到要获得规定的频率调谐范围时，谐振电路中所需要变容管的参数——最大结电容和最小结电容比。

2.4 变容管谐振回路的跟踪

一些设备要求在调谐时，2个或多个同时调谐的电路之间的频率关系保持恒定，即称之为跟踪(Tracking)。这要求各变容管在任意调谐电压时的偏差均很小。在要求覆盖相同的频率宽度，但各自的起止频率不同时。(比如超外差式接收机中本振和射频电路就是这样)，就需要特别留意减小跟踪误差。根据前述对不同的变容管，可以通过串联或并联不同的电容来减小跟踪误差，其所必须预先考虑的频偏可描述为：

电路仿真

通常，电调谐滤波采用双极点调谐滤波，谐振回路分为串联谐振回路和并联谐振回路，通过电感或电容进行耦合。此电调滤波器采用的是并联谐振回路，用电感进行耦合。在进行仿真之前，需要建立仿真模型和设计各种参数。基于以上模型，利用ADS软件对电调滤波器进行电路设计和仿真。由于系统要求对该电调滤波器进行AGC控制，所以在仿真时加入双栅FET。传输函数S21、频率范围设在10～350 MHz、电容在2.6～39 pF之间变化，仿真使用的放大器是NE25118。最终的ADS模型仿真结果如下面两组曲线所示。若LC滤波器不使用放大器，仿真结果中可以看出滤波器的插损在2～3 dB左右。

4 试验结果及讨论

仿真后依照仿真的结果选择印制板材料FR4，厚度，设计PCB微带线宽高比，在进行结构设计及装配时，一定要考虑结构紧凑、合理，最后用惠普公司的网络分析仪来测试滤波器。

元件品质因素Q不够大，会在截至范围内使频率响应下凹或变圆滑，有限的Q值也将引起任意阻带的零点附近的抑制变差，使得滤波器的插入损耗增加。所以使用Q值较大的变容二极管和电感时，滤波器波形得到明显改善，但由于实际原因，测试时用的是国产变容管ZTV9800，Q值较低，所以对波形有一定的影响。由于考虑到在系统中，对此电调滤波器将进行AGC控制，即电路自适应地调整信号通道增益的装置能保证模拟信号不超出模拟器件的线型范围，所以项目采用工作频率在100～1 300 MHz的双栅FETS888T作为放大器，由于实际采用的放大器和设计时用的放大器存在差异，放大倍数也不相同，故测试结果和仿真结果相比，得到的S21值不同，且波形也存在一定差异，这些问题有待进一步解决。图5，图6为在各个调谐电压(DC)下的测试结果。

加上不同的直流偏压时，变容二极管的电容值会发生改变，单个谐振器的谐振频率也发生变化，滤波器的中心频率相应地发生移动，从而实现滤波器的电调。

从测试中可以看出，调谐频率100～250 MHz，随着中心频率的增大，相对带宽虽略有所增大但变化不大，都是窄带滤波器。在增益方面，放上放大器以后，100～250 MHz频段内增益在7.5～12 dB之间，全频段幅度一致性在4 dB以内，带外抑制大于40 dB，并具有良好的温度性能和较小的插入损耗(选用GaAs高Q值的变容管可得到进一步改善)，符合实用要求，也和仿真结果相符合。

在理论上，滤波器的波形左右两边应该是大致对称的，但在测试结果中100 MHz左右有一个很陡的衰减是因为放大器的下限工作频率在100 MHz以上，所以100 MHz以下的信号没有得到放大而造成的。若能采用工作频率的起始频率在100 MHz以下的放大器，上图低频段的波形将会改善很多。值得一提的是，在有源滤波器中选择放大器时要慎重考虑放大器的直流失调和摆率限制等问题。

5 结语

电调滤波器的设计是一个需要不断研究并且完善的领域，设计中可以看出电调滤波器调谐元件的Q值对滤波器的性能影响非常大，所以采用Q值较高的器件调谐元件或设计补偿低Q值的幅度均衡器很有必要。在采用电压调谐时，选用的隔直电容也会参加调谐，当电调滤波器指标要求较高时，也应该慎重选择。此电调滤波器体积小，只有30 mm×30 mm×15 mm。其主要性能均达到设计要求，且调试简单，稳定可靠，成本低廉，同时也可使小型化系列产品更加完善。

抗干扰滤波器在电磁兼容设计中的作用

议题：滤波措施不完善导致的干扰问题？如何用滤波器解决干扰问题

大多数电子产品设计师对干扰滤波器的认识一般局限在：“电子产品要通过电源线传导发射试验和电源线抗扰度试验，必须在电源线上使用干扰滤波器”。而对于干扰滤波器的其它作用了解很少，这就导致了产品设计完毕后，往往不能通过其它试验项目，例如辐射发射、辐射抗扰度、信号线上的传导敏感度等试验。实际上，电磁干扰滤波器对于顺利大部分电磁兼容试验以及保证产品的功能都是十分重要一类器件。本文介绍由于滤波措施不完善导致的电磁干扰问题及相应的解决办法。

滤波措施不完善导致的干扰问题

当出现下面这些干扰问题时，往往是由于滤波措施不完善。

1.设备的机箱或机柜屏蔽十分完善，但是仍然产生超标的辐射发射；

2.独立的设备没有任何电磁干扰的问题（辐射发射和抗扰度完全合格），但是当连接上必要的外接电缆时，出现干扰问题；

3.在信号电缆线上注入电快速脉冲时，出现故障；

4.不能通过辐射抗扰度试验;

5.不能通过电缆束上的传导敏感度试验;

6.不能通过静电放电试验；

7.电缆中的导线之间或电缆之间相互干扰，导致设备不能实现预定功能。

用滤波器解决干扰问题

下面就如何用滤波器解决上述问题的方案作简单介绍。

1）虽然机箱或机柜屏蔽很好，但是辐射发射超标，或者不能通过辐射抗扰度试验

这是由于机箱或机柜上的外拖电缆起着天线的作用。天线的一个特性是互易性，也就是说：一个天线如果具有很高的辐射效率，那么它的接收效率也很高。因此，设备的外拖电缆既能产生很强的辐射，也能有效的将空间电磁波接收下来，传进设备，对电路形成干扰。由于某种原因，在外拖电缆上形成了干扰电流，这些电流从机箱内传导出来，并以电缆作为辐射天线辐射电磁波。解决这种问题的方法就是在电缆的端口处安装一只滤波器，将干扰电流滤除掉。

2）独立的设备没有任何电磁干扰的问题（辐射发射和抗扰度完全合格），但是当连接上必要的外接电缆时，出现干扰问题；

这个问题与第一类问题的本质相同，就是外拖电缆相当于天线。当没有电缆时，相当于没有辐射天线和接收天线，因此容易通过辐射发射和抗扰度试验，但是当拖上电缆后，这些电缆作为辐射天线和接收天线，导致设备的辐射增强、对外界空间干扰的敏感度提高。解决方法就是在电缆的端口处安装滤波器，将这些导体从空间接收到的电磁能量在它们到达电子线路之前滤除掉，另一方面，阻止电子线路中的干扰能量进入这些导体后借助导体辐射。

3）在信号电缆线上注入电快速脉冲时，出现故障；

我们知道电快速脉冲的频率是很高的，这些干扰通过电容耦合钳耦合进电缆，在电缆上形成干扰电流，这些电流一方面直接流进电路，对电路形成干扰，另一方面产生辐射，对电路形成干扰。解决方法就是采用屏蔽电缆和加装滤波器。

4）不能通过电缆束上的传导敏感度试验

电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验，自然也可以通过在电缆端口处滤波的方式来解决。

5）不能通过静电放电试验；

静电放电对设备电路的影响很大程度上是由于静电放电电流周围的高频电磁场，这些电磁场由于频率很高，因此很容易被导线所接收，对电路形成干扰净，某设备在做静电放电试验时，发现当在活动面板上进行放电时，电路出现故障。经检查，发现面板后面是一束电缆，面板上的静电放电电流产生的电磁场在电缆束上感应出了噪声电流，形成干扰。在电缆的端口处安装滤波器后，问题解决。

随着开关电源的普遍应用，在电源线入口处安装滤波器已经是项必要的措施。因为开关电源工作在大功率脉冲状态，它会产生很强的电磁辐射，这些辐射感应到线路上形成传导发射。如果不使用滤波器，就没有可能通过满足电磁兼容试验。

在设计中，往往将干扰滤波器分为电源线干扰滤波器和信号线干扰滤波器两类。从电路上讲，这两类滤波器是相同的，都是低通滤波器，之所以这样来划分，主要是因为两者除了都有对电磁干扰有尽量大的抑制作用外，分别还有一些特殊的考虑。信号滤波器还要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。电源滤波器除了要保证满足安全方面的要求外，还要注意当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和（导致滤波器性能下降）。

如何正确选择微波滤波器

中心议题：选择微波滤波器的考虑因素

解决方案：

不同的响应曲线适合特定的应用场合
不同类型滤波器的性能水平可以通过共同的一组指标进行比较
电压驻波比衡量滤波器与它所在系统的特征阻抗匹配程度

微波滤波器搭建起来很简单，但理解起来比较复杂。它们在系统中完成一个基本的功能：阻止某些信号，通过其它信号。但可以用许多不同的方式实现这种功能，而且有许多不同的副作用，例如系统幅度和相位响应失真等。因此在选择滤波器之前，了解它们之间的差异很有帮助。

滤波器有各种配置：低通、高通、带通和带阻或频带抑制滤波器。如同名字的含义那样，低通滤波器对截止点以下信号的衰减最小，同时抑制截止点以上的信号。高通滤波器与此相反。带通滤波器在围绕中心频率的通带内有最小的衰减，对通带以上和以下信号有很高的抑制。带阻滤波器与此相反，阻止围绕中心频率的窄带宽内的信号，允许所有其它信号通过。此外，具有不同频率范围的一对带通滤波器可以组合起来形成双路器(diplexer)，或将三个带通滤波器组合起来形成三路器(triplexer)，而低通和高通滤波器可以组合形成双工器。

理想情况下，滤波器对设计要通过的信号的衰减应为0dB，对设计需要抑制的信号的衰减应无穷大。在实际应用中，电介质基板材料、导体、无源器件和连接器都会造成损耗和非理想的滤波器行为。因此针对指定应用选择哪种滤波器需要考虑许多因素。

滤波器响应类型包括巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔和椭圆形滤波器，每种滤波器都有不同的响应曲线，适合特定的应用场合。例如，巴特沃斯滤波器为了最大限度在保证通带内幅度变化最小，牺牲了从通带到阻带的陡峭过渡。切比雪夫滤波器从通带到阻带的过渡非常陡峭，是一种具有高品质因数(高Q)的滤波器，但在幅度平坦度和通带插损方面有一定的妥协。贝塞尔滤波器有很好的幅度和瞬态响应，但牺牲了阻带衰减指标。因此贝塞尔滤波器公认具有线性相位特性，在整个通带内具有平坦的群时延。椭圆形滤波器从通带到阻带的变化也很陡峭，代价是通带幅度波动和通带群时延变化较大。

不同类型滤波器的性能水平可以通过共同的一组指标进行比较，包括插损、抑制、VSWR和电源处理能力。插损与滤波器通带内的信号有关，是指输出信号与输出信号幅度之间的差异(单位dB)。如前所述，理想的通带插损应为0dB，但实际数据较高，通常在1dB以上，具体取决于信号频率和滤波器类型。

滤波器的阻带是指一段频率范围，在这个频率范围内需要将信号衰减一定的值。这个衰减值可能是20dB或更高，取决于滤波器制造商如何表征他们的滤波器。对于某个指定应用，抑制程度至少应将无用信号的幅度降低到足够小，例如低于同一系统中接收器前端的灵敏度。在一些滤波器类型中，阻带抑制值可能为80dB或更高。

滤波器的截止频率将通带和阻带明确分隔开来。截止频率被定义为插损(或抑制)等于3dB或半功率点的频率。低通或高通滤波器都只有一个截止频率。带通或带阻滤波器则有两个截止频率，在带通滤波器中位于通带之上和之下，在带阻滤波器中位于阻带或陷带两边。此外，对带通滤波器而言，中心频率一般是低端截止频率和高端截止频率的几何平均值。例如，某个带通滤波器的低端截止频率是2400MHz，高端截止频率是2500MHz，那么其中心频率将是 2450MHz，3dB带宽为100MHz。

滤波器的电压驻波比(VSWR)是衡量滤波器与它所在系统的特征阻抗匹配程度的一个指标。滤波器某个端口的VSWR是当另外一个端口精确匹配系统特征阻抗 (高频系统中一般为50Ω)时从该端口看进去的阻抗。因此，一个滤波器的指标通常同时包括输入VSWR和输出VSWR的典型值和最大值，分别代表滤波器与它所连接的源和负载阻抗的匹配程度。VSWR用与1的比例值表示，如1.50:1，但也可以表示为滤波器的反射损耗(单位dB)。如果一个滤波器在通带和阻带上都呈现阻抗匹配，那么这个滤波器就被认为是吸收型滤波器，当只在通带上做到阻抗匹配时，这个滤波器被认为是反射型滤波器。后一种滤波器在阻带上有较高的VSWR，如20.0:1或更高。滤波器的电源处理能力通常与滤波器的物理尺寸、工作频率范围、滤波器技术、基板材料类型、封装类型、材料的散热极限有关。最大功率极限也是信号类型(如连续波(CW)或脉冲信号)以及该信号使用的调制类型的一个函数。

许多公司都提供有关滤波器规格书上写的那些简明参考材料的可下载白皮书或应用笔记，包括Anatech Electronics公司的《如何规范射频和微波滤波器》，该文对不同滤波器类型进行了卓有成效的概述；同样这家公司的《集总元件(LC)滤波器》，该文对这些流行的射频滤波器进行了回顾；Mini-Circuits公司的应用笔记《滤波器：介绍、术语定义、问答》，这个应用笔记介绍了滤波器技术指标的含义，并提供了基于该公司紧凑型滤波器的一些应用例子。

滤波器类型有许多种，包括位于低频和高频的固定和可调类型，例如基于分立电感(L)和电容(C)的集总元件滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、腔体滤波器、声表面波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器、薄膜体声波谐振(FBAR)滤波器、微机电系统(MEMS)滤波器甚至有源的半导体可调滤波器。集总元件或LC滤波器通常工作于频率约3GHz以下的应用。这些滤波器的尺寸取决于工作频率和LC元件的尺寸。

螺旋式滤波器由一系列磁性耦合腔体组成，也属于LC滤波器，同样受限于仅通带格式下的约3GHz频率。虽然比传统的LC滤波器具有更陡峭的响应，但输入功率受限于约5W。

陶瓷滤波器是在很薄的陶瓷基板上制造的，使用分立型或集成式元件组成谐振电路。根据陶瓷基板的介电常数。陶瓷滤波器可以做得特别小，介电常数越高的材料可以做出越小的滤波器。使用批量生产方法可以使成本做得很低，也能把尺寸做小。陶瓷滤波器工作频率受限于约6GHz，功率电平受限于约5W，但非常适合做成要求小尺寸的带通和带阻滤波器。腔体滤波器可以处理高达约500W的功率电平，并具有突出的插损性能。腔体滤波器的工作频率可以高达约30GHz。与LC 和陶瓷滤波器相比，它们的体积较大，价格也较贵，因为它们一般是从铝块加工而成的。

SAW、BAW和FBAR滤波器采用半导体制造技术制造，使用光蚀刻工艺产生精细图案，而MEMS滤波器采用这些工艺形成三维结构。所有这些滤波器都可以小至2x2mm，虽然在电源处理能力方面有所限制。SAW、BAW和FBAR滤波器通常用于蜂窝通信手机，工作频率最高约为3GHz。MEMS滤波器的工作频率有可能做到18GHz以上。

基于磁性材料的EMI滤波器设计

中心议题：基于磁性材料的EMI滤波器设计共模电感磁芯差模电感磁芯磁性材料的温度特性

引言

开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程虽然能完成正常的能源传递，但却是一种电磁骚扰源。它产生的EMI信号有很宽的频率范围，又有较高的幅度，因而会严重影响其他电子设备的正常工作。

1 EMI滤波电路

开关电源的开关频率及其谐波的主要表现是电源线上的干扰，称之为传导干扰。传导干扰分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是由载流导体与大地之间的电位差产生的，其特点是两条线上的干扰信号电压是同电位同相的；而差模干扰则是由载流导体之间的电位差产生的，其特点是两条线上的干扰信号电位相同，但相位相反。事实上，针对不同的干扰信号，EMI滤波电路也分为抗共模干扰滤波电路和抗差模干扰滤波电路，图1所示是其滤波电路。

图 l中，LC1、LC2、Cy1、Cy2构成共模滤波电路。LC1和LC2为共模滤波电感，而Ld1、Ld2、Cx1、Cx2则可构成差模滤波电路，Ld1 和Ld2为差模滤波电感。在这个滤波电路中，共模滤波电感和差模滤波电感起着举足轻重的作用，其性能优劣直接决定EMI滤波器的成败，而共模滤波电感和差模滤波电感的性能好坏主要是由磁芯的特性所决定，所以，分析EMI滤波器中所用的磁芯特性，其意义相当重大。

一般而言，磁性材料根据其特性及应用可分为软磁、硬磁、压磁等，其中软磁应用最为广泛，几乎所有感性器件(电感、变压器、传感器等)都离不开软磁材料，目前，滤波电感应用最多的磁芯也是软磁材料。磁性材料的选择除了要正确选择其基本的磁参数(如Bs、μi、Tc)外，还要仔细选定它们的电特性(如电阻率、频宽、阻抗等)。根据EMI 滤波器的特点，共模滤波电感和差模滤波电感的磁芯选择应遵守以下几点：

第一、初始磁导率要高(μi>2000)；

第二、要有低矫顽磁力Hc，以减小磁滞损耗；

第三、电阻率ρ高，以减小高频下的涡流损耗；

第四、ωc要高，适当的截止频率可以展宽频段；

第五、Tc要高，以适应各类工作环境；

第六、应具有某一特定的损耗频率响应曲线，这样，在需要衰减EMI信号的频段内其损耗较大，因而可以把EMI衰减到最低电平，而在需要传输信号的频段内损耗应较小，这样，信号容易通过。

2 共模电感磁芯

EMI 滤波器需要抑制的频率范围通常在10kHz～50 MHz之间。为了使共模滤波电路在此频率范围内都能提供适当的衰减，磁芯在此频率范围内的阻抗必须都要很高。共模磁芯的总阻抗(Zs)由串联感性阻抗 (Xs)和串联阻性阻抗(Rs)两部分组成。在低频部分，磁芯阻抗主要以感性阻抗为主，随着频率的增加，阻性阻抗逐步增加，渐渐起主要作用，图2所示是频率与阻抗的关系曲线。图中，两种阻抗的结合，可使磁芯在此全频范围内提供合适的总阻抗(Zs)。

共模电感线圈如图l中Lcl，Lc2是绕在一只磁芯上的两组独立的线圈，所绕圈数相同，绕向相反。这样，当EMI滤波器接入电路后，两组线圈产生的磁通在磁芯中将相互抵消，故不会使磁芯饱和。对于干扰信号而言，共模磁芯一般工作在低磁场区域，所以，共模滤波电感选用的磁性材料要求具有较高的初始磁导率μi。如果只针对滤波器的插入损耗这一指标，则初始磁导率μi越高，滤波电路呈现的感抗就越大，所得到的插入损耗指标就越好。但在整个电路中，还要综合考虑磁性材料在电路中的其它特性，如频率阻抗特性、居里温度、磁材的形状等等。μi值不同的各种磁性材料，在不同频率下的阻抗特性也不一样，故要根据所需要的频率范围来选取合适μi值的磁性材料。图3所示是不同类型的高μi软磁材料在同样条件下的频率与阻抗关系曲线，该曲线反映出电感磁芯的插入损耗变化趋势。其它的性能参数(如电感值、体电阻等)如表1所列。

在图3中，曲线IV是外国专门用于抗共模干扰用的电感磁芯(Mn-Zn铁氧体PC40)所呈现的阻抗特性，曲线Ⅲ是国产铁氧体(R4 KB)的阻抗特性。在低频段(100 Hz～10 kHz)，由于材料本身电阻率高，交流等效电阻小，电路中感抗起了主要作用，说明铁氧体材料在这个频段内对干扰信号的抑制作用较小。超微晶(曲线Ⅱ)和金属磁性材料薄膜合金1J851(曲线I)材料由于材料本身的电阻率比较低，随频率增加时，其涡流损耗也增加，其等效阻抗Z比铁氧体大得多。在10～100 kHz的频段内，四种材料的Z都在增加，只是铁氧体材料的变化斜率要比超微晶(曲线Ⅱ)和金属磁性材料薄膜合金1J851更陡，说明在这一频段内，它们对干扰信号的抑制都在不断地增强。

当频率在100 kHz～1 MHz频段时，铁氧体材料Z急增，而金属磁性材料和超微晶仍然平稳上升，在1 MHzl／寸，进口铁氧体达到峰值，Z最大，说明在这一频段内，铁氧体材料对干扰噪声的抑制效果最好。所以，制造共模滤波器时所选用的电感材料一定要根据电路要求的抑制频段范围来选择，这是非常重要的。同时，从表1与图3所示曲线对比可以看出，并不是电感量越高越好，而应考虑它的电参数，更不能简单用增加线圈匝数的方法来增加电感，因为这样会增加高频寄生电容。

目前，在大多数情况下，共模磁芯材料一般选择使用铁氧体。铁氧体主要分为两种：镍锌铁氧体和锰锌铁氧体。镍锌材料磁芯的特性是其初始磁导率较低，但是它能在很高的频率时维持其磁导率不变。因为镍锌材料磁芯的初始磁导率较低，所以，它在低频时不能产生足够高的阻抗，故对低频<5 MHz时，干扰信号的抑制作用较小，因而主要使用在干扰信号在高频(大于10 MHz)的滤波器中。锰锌材料磁芯在低频(50 MHz下，特别是10 MHz以下)时有很高的磁导率，有些磁芯的磁导率能超过5000，故适合使用在10 kHz～50 MHz的EMI滤波器中。当系统中需要EMI滤波器抑制的干扰信号频率在10 MHz以内时，可选用的共模磁芯材料主要是锰锌材料的铁氧体磁芯。

差模电感磁芯

由于EMI滤波器的输出电流较大，如果使用太高磁导率的材料，将很容易导致磁饱和，所以，为了适应差模抗干扰滤波器的电感磁芯需要，应选用有较高饱和磁感应强度的磁芯。为提高差模电感的饱和磁感应强度，可以选用磁性材料本身就具有很高饱和磁感应强度的磁芯(如复合磁粉芯等)；也可以用在磁芯开气隙的方法来降低磁导率，以提高磁芯的抗饱和能力(如铁氧体PC40磁芯等)。然而，在磁芯开气隙处，除了有很强的交变漏磁场会引起新的辐射干扰外，由于磁致伸缩(磁致伸缩效应是指磁化使磁材料产生机械应变的效应)，还会在气隙处产生新的噪声和环境污染，因此，在使用时要特别注意。

目前较为理想的差模滤波电感材料是复合磁粉芯。它是将金属软磁粉末经绝缘包裹压制退火而成，相当于把一集中的气隙分散成微小孔穴均匀分布在磁芯中，这样不但材料的抗饱和强度会增加，而且磁芯的电阻率也会比原来增加几个数量级且各向同极性，因此也就改善了金属磁性材料不能在高频下使用的缺陷。这也是国外新型差模滤波电感都采用金属磁粉芯，而越来越少使用开口铁氧体磁芯的原因。

图 4所示是Magnetic公司的SF30与SF70金属磁粉芯及55930镍铁磁粉芯的频率一阻抗变化曲线。不同磁性能的磁芯，其阻抗与频率变化是不一样的。由图4可以看出，铁磁粉芯SF70和镍铁磁粉芯55930在干扰频率小于2 kHz时，其阻抗很小且基本不变，表示对这一频段的干扰信号衰减很小。铁磁粉芯SF30在小于60 kHz时，对干扰信号的衰减也很小，但到2 MHz附近的吸收则迅速增强，在接近10 MHz时吸收最强，而SF70在100kHz以后曲线的斜率变化不大。由此可见，不同性能的材料对干扰信号的吸收频段也不一样。因此在实际设计中，必须根据实际所需抑制的干扰信号频段进行磁芯材料的选择。

4 磁性材料的温度特性

选择电感的磁芯材料不但要考虑其磁特性，还要考虑其温度特性，包括高低温下的磁性变化和磁性材料的居里温度特性。磁芯由铁磁性(亚铁磁性或反铁磁性)转变成顺磁性的温度称为居里温度。在图5所示的 μ-T曲线上，80％μmax与20％μmax连线与μ=1的交叉点相对应的温度，即为居里温度Tc。

由于磁性材料到了居里温度点后就失去磁性。因而此时将会对电路产生巨大的损害，严重时会烧毁电路，所以磁性材料的工作温度必须在居里温度之下。例如：在一些产品中，其工作温度为-55～+125℃。正常工作时，由于电路的损耗会导致发热，从而使磁芯内部的温度升高，此时磁芯的最高温度将可能达到140℃，所以，选择的磁性材料的居里温度必须高于这个温度点，并要进行降额设计，以留有足够的余量。通常而言，磁性材料的μi值越高，则居里温度越低；反之μi越低，居里温度越高，所以，要综合考虑μi值和居里温度来选择磁性材料。

中小功率的EMI滤波器产品中选用最多的磁芯材料是日本TDK公司的PC40 (它是目前业界广泛使用的较好的材料之一)，它的初始磁导μi随温度的变化曲线如图6所示。从图中可看出，温度变化对μi的影响是很大的，磁芯温度在 90～150℃的区间内，有一段平坦区，这时它的μi大约在4100左右；当温度低于90℃后，μi值会随着温度的降低而逐渐减小，到0℃时，μi值只有 2000左右，进到负温区后，μi值还会进一步减小；而当温度高于150℃后，μi值则会随着温度的升高而增加，当达到240℃时，μ的最大值为5600 左右；从240℃开始，μi值又渐渐减小，当温度达到居里温度点250℃时，材料失去磁性。

5 结束语

对于许多类型的电子系统，EMI是个较为棘手的问题。随着开关电源的不断小型化和高频化，相应的EMI滤波器也在不断改进和发展，以适应开关电源不断发展的需要。EMI滤波器的改进和发展需要磁性材料的支撑，相信磁性材料的性能改进，一定会对EMI滤波器乃至整机系统实现较好的电磁兼容环境带来更大的帮助。

滤波器的原理及作用

滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。随着电子及手机市场的不断发展被越来越被广泛生产和使用。

滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系为XL·XC=K2。

故L型滤波器又称为K常数滤波器。倘若一滤波器的构成部分，较K常数型具有较尖锐的截止频率（即对频率范围选择性强），而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率者，称为m常数滤波器。所谓截止频率，亦即与滤波器有尖锐谐振的频率。通带与带阻滤波器都是m常数滤波器，m为截止频率与被衰减的其他频率之衰减比的函数。每一m常数滤波器的阻抗与K常数滤波器之间的关系，均由m常数决定，此常数介于0～1之间。当m接近零值时，截止频率的尖锐度增高，但对于截止频的倍频之衰减率将随着而减小。最合于实用的m值为0.6。至于那一频率需被截止，可调节共振臂以决定之。m常数滤波器对截止频率的衰减度，决定于共振臂的有效Q值之大小。若达K常数及m常数滤波器组成级联电路。

以上就是滤波器的原理及作用。

自适应滤波器的原理与设计

一、什么是自适应滤波器？

根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。这样的滤波器就称之为自适应滤波器。

自适应滤波器具有在未知环境下良好的运作并跟踪输入统计量随时间变化的能力。尽管对于不同的应用有不同的实现结构，但是他们都有一个基本的特征：输入向量X(n)和期望响应d(n)被用来计算估计误差e(n)，即e(n)=d(n)-X(n)，并利用此误差信号构造一个自适应算法的性能函数（比如均方误差MSE），并随数据的不断输入自适应地更新此性能函数，目标是最小化此性能函数，在此过程中不断地更新调整滤波器的滤波参数，使得这个参数在前面的最小化性能函数所使用的准则下最优，从而达到滤波效果，实现自适应过程。自适应滤波器主要应用有：预测、辨识、反建模、干扰抵消。

实现自适应滤波器的算法有很多，比较经典的有：LMS，RLS。其中LMS算法是属于梯度类算法，在1996年被Hassibi等证明了在准则下为最优，失调系数和收敛性可以通过合理的选取收敛因子u，但是如果输入相关矩阵的特征值比较分散时，算法的收敛性变差，故而后来又出现一些改进算法，比如NLMS。RLS是递推算法，准则是最小二乘准则，属于精确分析，相对于LMS滤波，RLS对于非平稳信号的适应性要强很多。

自适应滤波器可以由不同的结构来实现。目前主要有两种结构：FIR、IIR。前者也可以称为横向结构，易于实现，但是存在收敛性差的问题，后者主要是存在系统可能不稳定的问题。

电源噪声滤波器的基本原理与应用方法

随着现代科学技术的飞速发展，电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛，它们在运行中产生的高密度、宽频谱的电磁信号充满整个空间，形成复杂的电磁环境。复杂的电磁环境要求电子设备及电源具有更高的电磁兼容性。于是抑制电磁干扰的技术也越来越受到重视。接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大措施，下面主要介绍在电源中使用的EMI滤波器及其基本原理和正确应用方法。

电源设备中噪声滤波器的作用

电子设备的供电电源，如220V/50Hz交流电网或115V/400Hz交流发电机，都存在各式各样的EMI噪声，其中人为的EMI干扰源，如各种雷达、导航、通信等设备的无线电发射信号，会在电源线上和电子设备的连接电缆上感应出电磁干扰信号，电动旋转机械和点火系统，会在感性负载电路内产生瞬态过程和辐射噪声干扰；还有自然干扰源，比如雷电放电现象和宇宙中天电干扰噪声，前者的持续时间短但能量很大，后者的频率范围很宽。另外电子电路元器件本身工作时也会产生热噪声等。

这些电磁干扰噪声，通过辐射和传导耦合的方式，会影响在此环境中运行的各种电子设备的正常工作。

另一方面，电子设备在工作时也会产生各种各样的电磁干扰噪声。比如数字电路是采用脉冲信号（方波）来表示逻辑关系的，对其脉冲波形进行付里叶分析可知，其谐波频谱范围很宽。另外在数字电路中还有多种重复频率的脉冲串，这些脉冲串包含的谐波更丰富，频谱更宽，产生的电磁干扰噪声也更复杂。

各类稳压电源本身也是一种电磁干扰源。在线性稳压电源中，因整流而形成的单向脉动电流也会引起电磁干扰；开关电源具有体积小，效率高的优点，在现代电子设备中应用越来越广泛，但是因为它在功率变换时处于开关状态，本身就是很强的EMI噪声源，其产生的EMI噪声既有很宽的频率范围，又有很高的强度。这些电磁干扰噪声也同样通过辐射和传导的方式污染电磁环境，从而影响其它电子设备的正常工作。

对电子设备来说，当EMI噪声影响到模拟电路时，会使信号传输的信噪比变坏，严重时会使要传输的信号被EMI噪声所淹没，而无法进行处理。当EMI噪声影响到数字电路时，会引起逻辑关系出错，导致错误的结果。

对于电源设备来说，其内部除了功率变换电路以外，还有驱动电路、控制电路、保护电路、输入输出电平检测电路等，电路相当复杂。这些电路主要由通用或专用集成电路构成，当受电磁干扰而发生误动作时，会使电源停止工作，导致电子设备无法正常工作。采用电网噪声滤波器可有效地防止电源因外来电磁噪声干扰而产生误动作。

图1电磁干扰信号示意图

图2电源滤波器的基本电路图

另外，从电源输入端进入的EMI噪声，其一部分可出现在电源的输出端，它在电源的负载电路中会产生感应电压，成为电路产生误动作或干扰电路中传输信号的原因。这些问题同样也可用噪声滤波器来加以防止。

在电源设备中采用噪声滤波器的作用如下：
（1）防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电
路的工作；
（2）防止外来电磁噪声干扰电源的负载的工作；
（3）抑制电源设备本身产生的EMI；
（4）抑制由其它设备产生而经过电源传播的EMI。

开关电源本身在工作时以及电子设备处于开关工作状态时，都会在电源设备的输入端出现终端噪声，产生辐射及传导干扰，也会进入交流电网干扰其它的电子设备，所以必须采取有效措施加以抑制。在抑制EMI噪声的辐射干扰方面，电磁屏蔽是最好的方式。而在抑制EMI噪声的传导干扰方面，采用EMI滤波器是很有效的手段，当然应配合良好的接地措施。

在国际上各个国家都实行了严格的电磁噪声限制规则，如美国有FCC，德国有FTZ，VDE等标准。如电子设备不满足噪声限制规则，则产品就不能出售和使用。

由于上述种种原因，在电源设备中必须要设计使用满足要求的电网噪声滤波器。

EMI噪声和滤波器的类型

在电源设备输入引线上存在二种EMI噪声：共模噪声和差模噪声，如图1所示。把在交流输入引线与地之间存在的EMI噪声叫作其共模噪声，它可看作为在交流输入线上传输的电位相等、相位相同的干扰信号，即图1的电压V1和V2。而把交流输入引线之间存在的EMI噪声叫作差模噪声，它可看作为在交流输入线传输的相位差180°的干扰信号，即图1中的电压V3。共模噪声是从交流输入线流入大地的干扰电流，差模噪声是在交流输入线之间流动的干扰电流。对任何电源输入线上的传导EMI噪声，都可以用共模和差模噪声来表示，并且可把这二种EMI噪声看作独立的EMI源来分别抑制。

在对电磁干扰噪声采取抑制措施时，主要应考虑抑制共模噪声，因为共模噪声在全频域特别在高频域占主要部分，而在低频域差模噪声占比例较大，所以应根据EMI噪声的这个特点来选择适当的EMI滤波器。

电源用噪声滤波器按形状可分为一体化式和分立式。一体化式是将电感线圈、电容器等封装在金属或塑料外壳中；分立式是在印制板上安装电感线圈、电容器等，构成抑制噪声滤波器。到底采用哪种形式要根据成本、特性、安装空间等来确定。一体化式成本高，特性较好，安装灵活；分立式成本较低，但屏蔽不好，可自由分配在印制板上。

噪声滤波器的基本结构

电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器，它无衰减地将交流电传输到电源，而大大衰减随交流电传入的EMI噪声；同时又能有效地抑制电源设备产生的EMI噪声，阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备。

单相交流电网噪声滤波器的基本结构如图2所示。它是由集中参数元件组成的四端无源网络，主要使用的元件是共模电感线圈L1、L2，差模电感L3、L4，以及共模电容CY1、CY2和差模电容器CX。若将此滤波器网络放在电源的输入端，则L1与CY1及L2与CY2分别构成交流进线上两对独立端口之间的低通滤波器，可衰减交流进线上存在的共模干扰噪声，阻止它们进入电源设备。共模电感线圈用来衰减交流进线上的共模噪声，其中L1和L2一般是在闭合磁路的铁氧体磁芯上同向卷绕相同匝数，接入电路后在L1、L2两个线圈内交流电流产生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通饱和，又使这两个线圈的电感值在共模状态下较大，且保持不变。

差模电感线圈L3、L4与差模电容器CX构成交流进线独立端口间的一个低通滤波器，用来抑制交流进线上的差模干扰噪声，防止电源设备受其干扰。

图2所示的电源噪声滤波器是无源网络，它具有双向抑制性能。将它插入在交流电网与电源之间，相当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障，这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用，从而在各种电子设备中获得了广泛应用。

噪声滤波器的主要设计原则

共模电感线圈使用的磁芯有环形、E形和U形等，材料一般采用铁氧体，环形磁芯适用于大电流小电感量，它的磁路比E形和U形长，没有间隙，用较少的圈数可获得较大的电感量，由于这些特点它具有较佳的频率特性。而E形磁芯的线圈泄漏磁通小，故当电感漏磁有可能影响其它电路或其它电路与共模电感有磁耦合，而不能获得所需要的噪声衰减效果时应考虑采用E形磁芯作成共模电感。

差模电感线圈一般采用金属粉压磁芯，由于粉压磁芯适用频率范围较低，在几十kHz～几MHz，其直流重叠特性好，在大电流应用时电感量也不会大幅下降，最适合作为差模电感。

图2中，电源噪声滤波器使用二种电容器，CX、CY1和CY2，它们在滤波器中的作用不同，还有不同的安全等级要求，因此其性能参数直接与滤波器的安全性能有关。

差模电容CX接在交流电进线两端，它上面除加有额定交流电压以外，还会叠加交流进线之间存在的各种EMI峰值电压。所以该电容器的耐压及耐瞬态峰值电压的性能要求较高，同时要求该电容器失效后，不能危及后面电路及人身安全。CX电容器的安全等级又分为X1和X2两类，X1类适用于一般场合，X2类适用于会出现高的噪声峰值电压的应用场合。

共模电容CY接在交流电进线与机壳地之间，要求它们在电气和机械性能上，应有足够大的安全余量，万一它们发生击穿短路，将使设备机壳带上危险的交流电，如设备的绝缘或接地保护失效，可能使操作人员遭受电击，甚至危及人身安全。因此对CY电容器的容量要进行限制，使其在额定频率的电压下漏电流小于安全规范值。另外还要求其应有足够的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量，并且万一发生电压击穿它应处于开路状态，而不会使设备机壳带电。

综上所述，在设计和选择电网噪声滤波器时，因为它们工作在高电压、大电流、恶劣的电磁干扰环境中，首先必须考虑所用电感器和电容器的安全性能。对于电感线圈，其磁芯、绕线的材料，绝缘材料和绝缘距离、线圈温升等都应予重视。对于电容器，其电容种类、耐压、安全等级、容量、漏电流等都应优先考虑，特别要求选择经过国际安全机构安全认证的产品。

滤波器的安全性能参数

滤波器与漏电流

电网滤波器漏电流定义为：在额定交流电压下，滤波器外壳到交流进线任一端的电流。如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的，则漏电流的值，主要取决于共模电容CY的漏电流，即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小，涉及到人身安全，国际上各国对此都有严格的标准规定。对于220V/50Hz交流电网供电，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

滤波器与试验电压

对于交流电网噪声滤波器，试验电压分为两种：一种是加在交流进线两端，即线—线试验电压。若电感线圈及引线是绝缘良好的，它主要取决于电容器CX的耐压；另一种是加在交流进线任一端与机壳地之间，即线—地试验电压。它主要取决于CY的耐压。

漏电流和试验电压都是噪声滤波器的安全性能参数，是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全性能的具体表现，并且与设备及人身安全紧密相关。因此在电网噪声滤波器的设计、生产和使用中，都要特别加以重视，把这些技术参数的认证和检验放在首位。

滤波器的技术参数及正确使用

（1）插入损耗是噪声滤波器的重要技术参数之一，在设计和选用时应予主要考虑。在滤波器的安全、常规电气性能、环境及机械等条件都满足要求时，应尽量选择插入损耗值大些。

插入损耗的定义如图3所示，当没接滤波器时，信号源输出电压为V1，当滤波器接入后，在滤波器输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗相等，都是50Ω，则滤波器的插入损耗为：
IL=20log(V1/V2）(1)

图3插入损耗的定义

图4滤波器网络结构的选择

图5公共阻抗耦合的等效电路

因为电源噪声滤波器能衰减共模和差模噪声，所以它即有共模插入损耗，又有差模插入损耗。

但在实际选用滤波器时，应注意产品手册给出的插入损耗曲线，都是按照标准规定，在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。因为实际的滤波器两端阻抗不一定在全频率范围内是50Ω，所以它对EMI信号的衰减，并不等于产品手册中给出的插入损耗值。特别当使用安装不当时，还会远远小于标准给定的插入损耗。

（2）电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实际应用中为使它有效地抑制噪声应合理配接。按图4所示组合来选择滤波器的网络结构和参数，才能得到较好的EMI抑制效果。

当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等时，在此端口上会产生反射，两个阻抗相差越大，端口产生的反射也越大。当滤波器两端阻抗都与外部阻抗不相等时，则EMI信号将在其输入和输出端都产生反射。这时电源滤波器对电磁干扰噪声的衰减，就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关，可利用这点更有效地抑制电磁干扰噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器时，要注意滤波器阻抗的正确连接，以造成尽可能大的反射，使滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配，从而得到更好的电磁干扰抑制性能。

（3）在电源滤波器的实际应用中，要求其外壳与系统地之间有良好的电气连接，且应使接地线尽量短，因为过长的接地线会加大接地电阻和电感，而严重削减滤波器的共模抑制能力，同时也会产生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示，接地线过长，则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也过大，负载上电压为：
V0=VZ＋Vg=VZ＋(Ii－IO)Zg(2)

式中：Ii为滤波器交流输入电路的噪声电流；

IO为滤波器输出电路的噪声电流。

由式（2）可知，电磁干扰信号经过滤波器衰减后，在输出端的噪声电流大大小于输入端的噪声电流，即公共接地阻抗引起的压降(Ii－IO)Zg将很大，在Zg上将产生一个很高的电磁干扰电压，经过公共接地回路耦合到滤波器的输出端，从而大大减弱噪声滤波器对EMI噪声的抑制能力。

减小公共阻抗耦合的最好方法，就是借助设备的电磁屏蔽，把噪声滤波器的输入端与输出端隔离开，同时滤波器的接地线要尽量短，这样既把滤波器输入与输出端间存在的电磁耦合降到最低程度，又不破坏设备的屏蔽结构对于电磁干扰噪声的抑制作用。

理想的电源噪声滤波器安装方式如图6所示。

（4）综上所述，电源噪声滤波器的使用应注意如下几点：
①滤波器应尽量靠近设备交流电入口处安装，应使未经过滤波器的交流进线在设备内尽量短；
②滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免引线感抗和容抗在较低频率上产生谐振；
③滤波器接地线上有大的电流流过，会产生电磁辐射，应对滤波器进行良好的屏蔽和接地；
④滤波器的输入线和输出线不能捆扎在一起，布线时尽量增大其间距离，以减小它们之间的耦合，可加隔板或屏蔽层。

图6滤波器的正确安装方法

结语

电磁干扰滤波器的设计和选用，主要依据噪声干扰特性和系统电磁兼容性的要求，在了解电磁干扰的频率范围，估计干扰的大致量级的基础上进行。首先要了解滤波器的使用环境(使用电压、负载电流、环境温湿度、振动冲击、安装方式和位置等)，要重点考虑其安全性能参数，因为关系到设备及人身安全。还要使滤波器对EMI噪声产生最佳的抑制效果。应根据接入电路的要求，以产生最大阻抗不匹配的原则来选择滤波器的网络结构和参数。为了获得最佳的电磁噪声衰减特性，滤波器应该正确地安装在电子设备上。

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