静噪基础教程连载——EMI静噪滤波器(一)

6-1. 简介

有两种用于抑制噪声的基本方法: 滤波器和屏蔽。两者之间具有相互支持的关系;尽管通常需要使用两种方法,但如果噪声很小,则可以简化。屏蔽通常由金属制成。由于屏蔽必须覆盖整个电子设备,所以尺寸往往很大。这意味着它们还可能增加设备的成本和重量。滤波器是电子元件;巧妙使用滤波器可以简化屏蔽,并能帮助降低电子设备的成本和重量。


本章简要概述了滤波器的工作原理,并解释了典型的电路配置,以便为娴熟使用滤波器提供良好的知识基础。用于消除电磁噪声的滤波电路通常被称为EMI静噪滤波器,但在此将其简称为“滤波器”。

图1 本文涉及的主题

图1 第6章涉及的主题

6-2. EMI静噪滤波器

6-2-1. EMI静噪滤波器的运行

在噪声传输路径上安装滤波器将电路工作所需的组件 (在图1中表示为“信号”) 与噪声分离。这样,滤波器将仅消除噪声。
为将信号与噪声分离,需要有一些分离标准。为此,通常使用频率分布的差异 (如图1 (b) 所示) 。不过,也存在使用传输模式或电压差异的情况。表1列出了典型滤波器执行此功能所使用的信息。

图1 滤波器运行

图1 滤波器运行

表1 信号与噪声分离

表1 信号与噪声分离

6-2-2. 按频率布局的四个滤波器

如图2所示,主要有四种滤波器按频率分离噪声。通常难以提前缩小目标噪声频率,因此常用低通滤波器作为EMI静噪滤波器。

图2 主要滤波器频率特征

图2 主要滤波器频率特征

6-2-3. 如何衡量滤波器效果

(1) 插损

滤波器的降噪效果由插损来表示。如图3所示,将滤波器插入连接50欧姆信号源与负载的电路中,然后测量负载侧 (B至C) 的电压变化。测量值通常以dB表示。

图3 插损测量电路

图3 插损测量电路

(2) dB

dB (decibel) 是一个用于表示比率的单位。如表2所示,将噪声降低到1/10的能力表示为20dB,而将噪声降低到1/100的能力表示为40dB。每次噪声降至1/10时,dB增加20 (用于插损) 。

表2 插损和降噪效果

表2 插损和降噪效果

使用dB非常方便,因为它可以通过加法表示大的比率。测量噪声的结果通常也用dB表示。例如,40dBμV表示1μV为0dB的电压,因此意味着100μV。

(3) 要牢记的数值

当噪声加倍时,dB以6dB的步幅变化。当噪声增加十倍时,dB的变化量为20dB。这两个数值经常使用,因此记住它们可能非常有用。
但是请注意,这些数字在表示电压时使用。关于功率,十倍的增加导致10dB的变化。这是因为功率与电压平方成比例关系 (P=V2/R) 。

(4) S参数替换

当滤波器被认为是线性电路时,可以由在50Ω系统上测量的S参数传输系数 (S21或S12) 之绝对值替代插损。这是因为对于两个测量,在滤波器之前和之后连接50Ω测量系统。只要可能,我们使用以S-parameter测量的值作为插损。

“6-2. EMI静噪滤波器”- 要点

  • EMI静噪滤波器主要使用噪声与信号频率的差异来分离噪声。
  • 某些EMI静噪滤波器使用噪声与信号传输模式或电压的差异来分离噪声。
  • 插损通常用作噪声滤波器消除噪声效果的一个指标。

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