静噪基础教程连载——EMI静噪滤波器(三):滤波器基本与实际特性因素

前面讨论的LC滤波器的频率特性是理论基本特性,因此可能存在与实际特性不同的情况。了解导致实际与基本特征存在差异的因素,有助于选择零件并进行灵活应用。本节介绍这些因素。

6-4-1. 滤波器实际工作的方式可能显著不同

(1) 滤波器的实际特性

滤波器的实际噪声消除能力不同于前面描述的基本特性,以此为例,图1和图2显示了使用旁路电容器时测量电源噪声的结果。

(2) 测试电路

图1展示了测试电路。使用以在20MHz运作的时钟振荡器电路作为噪声源。噪声沿着电源线传输,然后从形成直径12cm的环形线路发射出去。在电源线上安装1μF旁路电容器作为滤波器后,观察到噪声发生变化。

图1 测试电路

图1 测试电路 (使用滤波器消除噪声)

图1 测试电路 (使用滤波器消除噪声)

(3) 使用滤波器之前

图2显示测量结果。 (a) 呈现未使用滤波器时发射的噪声。在进行测量的30至1,000MHz范围内,几乎所有频率处都观察到了强噪声。

(4) 并非所有电容器都有相同的效果

(b) 显示一个三端电容器,作为理想滤波器如何运作的示例。根据图示,所有频率范围内的噪声发射得到完全抑制,并且噪声量非常低,以至于几乎观察不到。
(c) 展示使用MLCC (广泛使用的旁路电容器) 的情况,作为相对接近理想状态的实施示例。根据图示,与三端电容器相比,其消除噪声的能力显著受损。但是,所有频率处的噪声都得到抑制。
(d) 所示情况: 使用相同的MLCC,但是故意使装置出现问题,即连接极长的引线。该图表显示更弱的噪声抑制效果。

图2 测量所发射噪声的结果

图2 测量所发射噪声的结果

(5) 噪声不应可见,但是……

就电路图而言,示例 (b) 至 (d) 中使用的滤波器电路相同: 1μF旁路电容器。因此,它们都应该用作具有20dB/dec. 斜率的低通滤波器,而且其基本特性应与第6-3-2节完全相同。
图3显示1μF电容器的基本特性。在图2中测量的高于30MHz的频率中,存在至少70dB的插损。换句话说,如果电容器正常工作,图表中应看不见图2 (a) 中观察到的噪声。
然而,图2显示,在实际测量时,存在噪声残留的情况,并且电平根据使用的部件而显著变化。因此,在抑制噪声时确认实际特性很重要。

图3 带有1uF电容器的插损 (理论值)

图3 带有1uF电容器的插损 (理论值)

(6) 导致实际特性与基本特性不同的因素

这样,滤波器的实际特性与基本特性不同。所涉及的各种因素可以分为两类: 由滤波器本身性能的优劣引起的因素,以及由滤波器与其外部装置之间的相互作用引起的因素。
首先,滤波器本身的降噪效果与基本特性不同。下一节将阐述此问题。其次,滤波器与其外部装置之间的相互作用可能对滤波器的实际特性产生影响。后者可以各种方式变化,具体取决于滤波器的使用条件。因此,从理论的角度来说,精确地估计滤波器的实际特性是非常困难的

图4 滤波器实际特性分析

图4 滤波器实际特性分析

6-4-2. 滤波器的效果与其基本特性不同

图5显示简单电容器和电感器的频率特性和理论值之间的比较,作为滤波器的实际特性与其基本特性不同的示例。
如第6-3节所述,电容器和电感器用作LC滤波器的元件。图5显示重新编辑在6-3-7中所引入数据的结果,然后将测量的插损与理论值进行比较。在100MHz及以上的频率处,实际特性与理论值明显不同。
在显示与理论值不同的频率特性的区域中,仅仅观察这些部件的静电电容或电感,会发现差异不明显。电容器和电感器的实际特性将在接下来的章节中进行介绍。首先略微详细地讨论电容器,然后将相关知识用作讲述电感器和LC滤波器的基础。

图5 电容器和电感器的实际插损特性

图5 电容器和电感器的实际插损特性

“6-4. 滤波器基本与实际特性因素”- 要点

  • LC滤波器的实际降噪效果与其基本特性不同。
  • 用于产生LC滤波器的电容器和电感器的特性最终不同于理论值。

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