- 穿心電容器應用環境說明
- 饋通濾波器的使用方法
- 濾波器對EMI的作用
- 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穿過鐵氧體
- 根據頻率選擇不同磁導率的鐵氧體材料
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伴隨電子技術的高速發展，電磁環境日益惡化，大量的電子設備在這種電磁環境中很難正常工作。另一方面，電子設備的迅速增加，又進一步導致電磁環境的惡化。因此，現代電子產品設計技術中，如何選用干擾抑制濾波器件，是我們每一位電子產品設計人員必須面對的問題，本文對此進行了詳細的闡述。
穿心電容器-饋通濾波器
饋通濾波器常用于移動通訊設備、雷達導航等一些高頻處理模塊中，與屏蔽結構體配合，處理輸入或輸出的低頻信號，是其他形式的電容器不能替代的產品。現在電子線路的工作頻率和周圍環境中的電磁干擾頻率越來越高，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，特別是保護屏蔽體不被穿透時，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構分為C型（穿心電容）、L形（一個穿心電容加一個電感）、T形（兩個電感加一個穿心電容）、π形（兩個穿心電容加一個電感）等；濾波器的器件越多，則濾波器的過渡帶越短，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受到接地電感的限制。如圖1所示，通過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成電容器的接地。由于地電流分散在中心導體周圍360°的范圍內，實際上不存在引線電感，電容可以在很高的頻率范圍內保持良好的性能。
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、屏蔽機箱等）的面板上。這是最基本的使用方法，當有導線要穿過屏蔽體時，就需要在屏蔽體的面板上安裝饋通濾波器，使導線通過饋通濾波器穿過屏蔽體。
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，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。焊接式安裝的優點是節省空間，濾波性能可靠。但在將濾波器焊接到面板上時，由于面板的熱容量遠大于濾波器的熱容量，因此焊接的局部溫度有可能達到很高，容易造成饋通濾波器損壞。焊接時要注意控制焊接的時間和溫度。螺紋安裝方式簡單易行，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。安裝時要注意兩點，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固，但是由于內部時空心的，扭矩過大會造成損壞。二是在安裝時要套上鋸齒墊片，這樣可以保持良好的接觸。
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在選用饋通濾波器電路形式時，一般依據下列情況：
1)對干擾的衰減量：濾波器的器件數量越多，一般對干擾信號的衰減越大。
2)有用信號與干擾信號在頻率上的差別：有用信號與干擾信號的頻率相差越小，需要濾波器的器件數量越多。
3)使用濾波器的電路的阻抗：一個基本的原則是，濾波器中的電容對著高阻抗電路，電感對著低阻抗電路。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）在高頻電磁場中的損耗很大，對干擾能量有較強吸收作用的特點，這種材料廣泛應用于電子設備的干擾抑制方面。由于鐵氧體對高頻波的吸收作用（不是反射），可以降低電路中電感抑制電路的Q值，減小信號諧振問題。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顯示了在高頻時電阻分量是如何對阻抗特性起決定作用的。
圖4鐵氧體的使用
將一個鐵氧體磁環套在導線或電纜上就構成了一介簡單、經濟、便于安裝的濾波器，如圖4所示。鐵氧體的作用是將導線周圍的磁場集中起來，從而使導線的電感增加數百倍。鐵氧體扼流圈的最大好處是它既不需要重新設計電路，也不需要重新設計結構，因此在設備的改進中廣泛應用。生產廠家提供需多種不同內徑規格的分體式鐵氧體，一般內徑從5mm～13mm不等。當信號線和回流線同時穿過鐵氧體時，鐵氧體對信號（差
模）沒有影響，但會增加共模電流的阻抗。鐵氧體的效果可以通過將電纜在鐵氧體上多繞幾圈或多用幾個鐵氧體來加強。但增加匝數的改進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，當頻率超過100MHz時，阻抗升高到數百歐姆（具體值取決于形狀和尺寸，鐵氧體體積越大，阻抗越大）。不同廠家的產品或同一廠家的不同種類的鐵氧體，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是一個高損耗的電感，因此它只在低阻抗電路中才有作用。在高阻抗電路中使用，其效果很差甚至沒有效果。大部分電路，特別是電纜，其阻抗隨頻率的變化很復雜，并且通常在10～1,000Ω范圍內。因此單個鐵氧體所提供的衰減很有限，一般在10dB左右，很少超過20dB。鐵氧體扼流圈對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感應進內部電纜。瞬態參量會被鐵氧體所吸收，而不是分流或反射到系統的其它部位。
圖5兩種不同材質的鐵氧體特性
要充分發揮鐵氧體的性能，下面一些注意事項十分重要：
1)鐵氧體磁環（磁珠）的效果與電路阻抗有關：電路的阻抗越低，則鐵氧體磁環或磁珠的濾波效果越好。因此，在一般鐵氧體材料的產品手冊中，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：當穿過鐵氧體的導線中流過較大的電流時，濾波器的低頻插入損耗會變小，高頻插入損耗變化不大。要避免這種情況發生，在電源線上使用時，可以將電源線與電源回流線同時穿過鐵氧體。
3)鐵氧體材料的選擇：根據要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導率的鐵氧體材料。鐵氧體材料的磁導率越高，低頻的阻抗越大，高頻的阻抗越小。
4)鐵氧體磁環的尺寸確定：磁環的內外徑差越大，軸向越長，阻抗越大。但內徑一定要包緊導線。因此，要獲得大的衰減，在鐵氧體磁環內徑包緊導線的前提下，盡量使用體積較大的磁環。
5)共模扼流圈的匝數：增加穿過磁環的匝數可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會減小。盲目增加匝數來增加衰減量是一個常見的錯誤。當需要抑制的干擾頻帶較寬時，可在兩個磁環上繞不同的匝數。
6)電纜上鐵氧體磁環的個數：增加電纜上的鐵氧體磁環的個數，可以增加低頻的阻抗，但高頻的阻抗會減小。這是因為寄生電容增加的緣故。
7)鐵氧體磁環的安裝位置：一般盡量靠近干擾源。對于屏蔽機箱上的電纜，磁環要盡量靠近機箱的電纜進出口。與電容式濾波連接器一起使用效果更好：由于鐵氧體磁環的效果取決于電路的阻抗，電路的阻抗越低，則磁環的效果越明顯。因此當原來的電纜兩端安裝了電容式濾波連接器時，其阻抗很低，磁環的效果更明顯。
