滤波器的选择与应用
滤波器使用方法

滤波器使用方法滤波器是一种常用的信号处理器件,广泛应用于通信、音频、图像等领域。
它的主要作用是对输入信号进行滤波处理,以滤除噪声、调整频率响应或改变信号形态。
本文将介绍滤波器的使用方法,包括滤波器的选择、参数设置和使用注意事项等方面。
一、滤波器的选择在选择滤波器时,需要根据具体的应用场景和需求来确定。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
根据信号的频率特性和滤波要求,选择合适的滤波器类型可以达到更好的滤波效果。
二、滤波器的参数设置在使用滤波器时,需要设置一些参数来调整滤波器的性能。
常见的参数包括截止频率、通带增益、阻带衰减等。
截止频率是滤波器的一个重要参数,它决定了滤波器的频率响应特性。
通带增益表示滤波器在通带内的信号增益,阻带衰减表示滤波器在阻带内的信号衰减程度。
根据实际需求,设置适当的参数可以实现所需的滤波效果。
三、滤波器的使用注意事项在使用滤波器时,需要注意以下几点:1.信号采样率:滤波器的输入信号采样率必须满足奈奎斯特采样定理,即采样率要大于信号最高频率的两倍,否则会发生混叠现象。
2.滤波器的阶数:滤波器的阶数决定了滤波器的频率响应特性和滤波效果。
一般来说,阶数越高,滤波器的性能越好,但计算复杂度也会增加。
3.滤波器的延迟:滤波器的处理过程会引入延迟,这在某些实时应用中可能会造成问题。
因此,在选择滤波器时需要考虑延迟对系统性能的影响。
4.滤波器的稳定性:滤波器的稳定性是指滤波器的输出不会发散或趋于无穷大。
在选择滤波器时,需要确保选择的滤波器是稳定的,以避免系统不稳定或产生不可预测的结果。
5.滤波器的实时性能:对于实时应用,滤波器的实时性能是一个重要考虑因素。
滤波器的计算复杂度和延时应该在可接受范围内,以保证系统的实时性能。
四、滤波器的调试和验证在使用滤波器之前,需要对滤波器进行调试和验证,以确保其性能和滤波效果符合要求。
常见的调试方法包括输入不同类型的测试信号,观察滤波器的输出是否符合预期;通过频率响应曲线对滤波器进行分析和评估;对滤波器进行实际应用测试,检查滤波效果和性能指标等。
滤波器的参数选择和影响因素分析

滤波器的参数选择和影响因素分析在信号处理领域中,滤波器被广泛应用于滤除噪声、提取特定频率范围的信号等任务。
而要选择适当的滤波器参数,需要考虑多个影响因素。
本文将对滤波器参数选择和影响因素进行深入分析。
一、滤波器参数选择的基本原则滤波器的参数选择过程中,需要根据实际需求和信号特性来确定。
以下是一些基本原则:1. 频率范围:滤波器的频率范围应与信号的频率范围相匹配。
如果需要滤除高频噪声,可以选择低通滤波器;如果需要提取特定频率范围的信号,可以选择带通滤波器。
2. 阶数:滤波器的阶数决定了其滤波效果的好坏。
一般来说,阶数越高,滤波器的陡峭度越高,对信号的滤波效果也越好。
但是阶数过高会导致滤波器的计算量增加,所以需要在计算量和滤波效果之间进行权衡。
3. 带宽:带宽是指滤波器对信号的频带范围。
根据需要滤除的噪声或提取的信号频带范围确定滤波器的带宽。
4. 通带和阻带衰减:通带衰减是指滤波器在通带内对信号的衰减程度。
阻带衰减是指滤波器在阻带内对信号的衰减程度。
根据信号要求和噪声水平,选择适当的通带和阻带衰减。
二、滤波器参数选择的影响因素分析1. 信号特性:信号的频率、幅度、相位等特性对滤波器参数选择有重要影响。
需要根据信号的特点来选择合适的滤波器类型、频率范围以及通带和阻带衰减等参数。
2. 噪声水平:噪声水平决定了滤波器对噪声的抑制能力要求。
如果噪声水平较高,需要选择阻带衰减较大的滤波器,以提高对噪声的滤波效果。
3. 计算量和实时性:滤波器的阶数和复杂度决定了其计算量。
在实际应用中,需要综合考虑滤波器的滤波效果和计算量,选择合适的阶数和类型。
4. 系统要求:滤波器通常作为整个系统中的一个模块,需要考虑与系统其他模块的兼容性和接口需求。
滤波器的参数选择要符合系统整体需求。
综上所述,滤波器参数选择涉及多个方面的考虑,包括频率范围、阶数、带宽、通带和阻带衰减等。
同时,还需要考虑信号特性、噪声水平、计算量和实时性以及系统要求等因素。
滤波器在航天航空中的应用与算法选择

滤波器在航天航空中的应用与算法选择导言:航天航空领域的发展对信号处理有着极高的要求。
在航天器的各个阶段,包括发射、飞行以及地面接受等过程中,信号往往存在着各种干扰和噪声,因此需要采用滤波器来对信号进行处理和优化。
滤波器在航天航空中起着重要的作用,本文将重点探讨滤波器在该领域中的应用以及算法选择。
一、滤波器在航天航空中的应用1. 发射阶段应用在航天器发射阶段,滤波器主要用于减少发射过程中的噪声和干扰,确保信号的准确传输。
其应用包括但不限于以下几个方面:(1)射频滤波器:用于滤除无线电频段以外的干扰信号,保障通信质量和频谱效率。
(2)电力滤波器:用于滤除电力系统中的谐波和干扰,保障设备的正常运行。
(3)燃料滤波器:用于滤除燃料中的杂质和颗粒物,防止燃烧系统阻塞或损坏。
2. 飞行阶段应用在航天器飞行阶段,滤波器主要用于处理导航、通信和遥测等信号,确保数据的可靠传输和正确解读。
以下是其主要应用领域:(1)导航滤波器:用于对导航信号进行处理和优化,提高飞行器的导航精度和稳定性。
(2)遥测滤波器:用于滤除遥测信号中的噪声和干扰,保障数据的准确传输和解析。
(3)通信滤波器:用于滤除通信信号中的干扰和多径效应,提高通信质量和可靠性。
3. 地面接收阶段应用在地面接收阶段,滤波器主要用于对接收到的信息进行解调、解调和解码等处理,确保数据的完整性和可用性。
以下是一些典型的应用场景:(1)解调滤波器:用于解调接收到的信号,将其转化为对应的基带信号进行后续处理。
(2)解调滤波器:用于滤除信号中的噪声和干扰,提高解调的准确度和可靠性。
(3)解码滤波器:用于对接收到的码流进行解码,恢复原始数据。
二、滤波器算法的选择在航天航空领域,滤波器的算法选择直接关系到信号处理的效果和系统性能。
根据不同的需求和应用场景,可以选择以下几种常见的滤波器算法:1. FIR滤波器FIR滤波器(Finite Impulse Response Filter)是一种常见的线性相位滤波器。
进行信号处理的装置滤波器的选择和使用注意事项

进⾏信号处理的装置滤波器的选择和使⽤注意事项凡是有能⼒进⾏信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信装备和各类控制系统中,滤波器应⽤极为⼴泛;在所有的电⼦部件中,使⽤最多,技术最复杂要算滤波器了。
滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和⽣产历来为各国所重视。
⽬录新晨阳滤波器滤波器选择和使⽤注意事项1. 如何选择电源线⼲扰滤波器?有的顾客以为EMI滤波器的插⼊损耗越⾼越好,滤波⽹络的级数越多越好。
其实这并不是选择滤波器的正确⽅法。
此外,级数越多的滤波⽹络,价格越贵,体积和重量也越⼤。
其实选择和评估电源线滤波器的唯⼀办法是将其装到设备上进⾏试验。
正如上⾯所提到的滤波器,性能很⼤程度上取决于设备负载阻抗。
⽽不能单⼀从阻抗(50Ω)插⼊损耗数据来推导,它是⼀项滤波元件阻抗和设备阻抗的复杂函数,其量值及相位在频率范围内有变化。
滤波器选择试验所要求的传导辐射控制(FCC,VDE)及灵敏性控制的不同性能等级在设备上进⾏。
2. 是不是所有具有相同电路及元件值的滤波⽹络,性能都相同?所有具有相同电路及元件值的滤波⽹络,性能并不⼀样.元件值是在某⼀频率(通常为1KHz)时指定和测得的,⽽滤波器的性能是在整个频率范围内都需要的,⽽不仅仅在元件测量时的频率。
元件的结构形式及接⼊滤波器的⽅法,对滤波器的性能都是相当重要的。
3. 安装对滤波器的性能重要吗?安装及接线对滤波器的性能影响较⼤。
电源线滤波器最好安装在设备的电源线输⼊端。
滤波器是⾼频信号的障碍,其作⽤决不能因离散电容耦合电源输⼊线和电源输出线或受保护设备的任何其它导体⽽失效。
在安装电源滤波器时,要注意以下⼏点:1)电源滤波器的外壳和设备地之间必须有良好的电⽓连接。
不要把滤波器安装在绝缘材料板或喷漆表⾯上,要安装在⾦属机壳上。
还要避免使⽤长接地线,这样会⼤⼤增加接地电感和电阻,从⽽严重降低滤波器的共模抑制性能。
⽐较好的⽅法是:⽤⾦属螺钉和弹簧(星⾏)垫圈将滤波器的⾦属屏蔽外壳牢牢固定在系统电源⼊⼝处的机壳上,或⽤铜编织⿇花接地带和地点相连。
如何选择和使用合适的电源滤波器

如何选择和使用合适的电源滤波器电源滤波器是电子设备中非常重要的一个组成部分,它能够过滤电源中的干扰信号和杂波,确保设备正常运行和提供稳定的电源。
本文将讨论如何选择和使用合适的电源滤波器。
一、电源滤波器的作用电源滤波器主要的作用是过滤电源中的干扰信号和杂波,从而确保电子设备能够正常运行和提供稳定的电源。
二、选择合适的电源滤波器的因素在选择合适的电源滤波器时,需要考虑以下几个因素:1. 频率范围:根据设备所处的电源频率范围选择相应的电源滤波器。
一般来说,工业设备使用的电源频率为50Hz,而家用设备使用的电源频率为60Hz。
2. 滤波等级:滤波等级越高,滤波效果越好。
一般来说,滤波等级可以分为三级,即C级、L级和T级。
对于普通家用电子设备而言,C级电源滤波器已足够满足需求。
3. 额定电流:根据设备的额定电流选择合适的电源滤波器。
一般来说,电源滤波器的额定电流应大于设备的额定电流,以确保其能够正常工作。
4. 外壳材质:电源滤波器的外壳材质应具有良好的散热性能,以保证其能够长时间稳定运行。
常见的外壳材质有金属和塑料两种。
5. 尺寸:根据设备的空间限制选择合适尺寸的电源滤波器。
一般来说,电源滤波器的尺寸应尽量小巧,以节省空间。
三、正确使用电源滤波器的方法除了选择合适的电源滤波器外,正确使用电源滤波器也非常重要。
以下是正确使用电源滤波器的方法:1. 安装位置:将电源滤波器安装在离电源接口最近的地方,以最大程度地过滤掉电源中的干扰信号和杂波。
2. 接线方法:正确接线是确保电源滤波器能够正常工作的关键。
在接线时,应按照电源滤波器的接线图进行连接,确保每个引脚都连接到正确的位置。
3. 环境温度:电源滤波器的工作温度应在规定范围内,避免过高的温度会影响其正常工作。
因此,在使用过程中,要注意不要将电源滤波器暴露在高温环境中。
4. 定期检测:定期检测电源滤波器的工作状态,如果发现异常情况(如漏电等),应及时更换或修理。
四、结语选择和使用合适的电源滤波器对于电子设备的正常运行和提供稳定的电源至关重要。
滤波器在智能手机中的应用与算法选择

滤波器在智能手机中的应用与算法选择智能手机作为现代人们离不开的通信工具,其内部装有众多的电子元件和技术。
其中,滤波器作为一种重要的电子元件,在智能手机的设计和功能发挥着关键作用。
本文将探讨滤波器在智能手机中的应用,并介绍其中的算法选择。
一、滤波器的基本概念和作用滤波器是一种能改变信号频谱的装置,它能够通过选择特定的频率,并将该频率范围内的信号通过,而将其他频率范围的信号削弱或滤除。
在智能手机中,滤波器主要用于信号处理和通信系统中,起到抑制干扰,增强信号质量,提升通信性能的作用。
二、滤波器在智能手机中的应用1. 语音通话中的滤波器智能手机的一个主要功能就是进行语音通话。
而在语音通话中,滤波器广泛应用于音频输入、输出以及免提模式中。
通过使用合适的滤波器,能够去除噪声、杂音和回声,提高语音通话的清晰度和可听性。
2. 图像处理中的滤波器智能手机中的相机功能越来越强大,用户可以拍摄高质量的照片和视频。
而在图像处理中,滤波器被广泛用于去除模糊、降噪和增强图像细节等方面。
滤波器的选择和算法设计对于图像处理结果的质量至关重要。
3. 无线通信中的滤波器智能手机是基于移动通信网络进行通信的,而无线通信中的频域资源非常有限。
因此,在手机的无线通信模块中,滤波器被广泛应用于信号解调、频谱分析和信号调理等环节,以提高通信的可靠性和性能。
三、滤波器算法的选择在智能手机中选择合适的滤波器算法非常重要,这将直接影响到用户的使用体验。
以下介绍几种常见的滤波器算法选择:1. Finite Impulse Response (FIR) 算法FIR滤波器是一种在有限时间范围内对输入信号进行滤波的算法。
它具有线性相位和稳定性的特点,在通信中常被用于实现低通、高通、带通和带阻滤波等功能。
然而,FIR滤波器的计算量较大,对处理器的要求比较高。
2. Infinite Impulse Response (IIR) 算法IIR滤波器是一种具有无限冲击响应的滤波器算法。
电路中的滤波器有什么作用

电路中的滤波器有什么作用滤波器是一种电子元件,用于电路中对信号进行滤波处理。
它能够从输入信号中去除一定频率范围内的干扰或杂波,使得输出信号更加干净稳定。
在电子设备中,滤波器发挥着重要的作用,下面将介绍滤波器的具体作用和应用。
一、滤波器的作用1. 信号滤波:滤波器可以将特定频率范围内的信号进行滤波处理,去除掉其他频率的信号。
这对于需要特定频率范围的信号处理非常重要。
例如,在无线通信系统中,滤波器可以用于选择特定的频段,阻止其他频率的干扰信号传输。
2. 噪声消除:在电子设备中,常常会受到来自电源、其他电路等部分的噪声干扰。
滤波器可以去除这些噪声信号,使得输出信号更加干净,提高设备的性能和稳定性。
3. 频率选择:滤波器可以根据需要选择特定的频率范围,将该频率范围内的信号通过,而阻止其他频率的信号传输。
这在无线电接收机、音频处理等方面都有广泛的应用。
4. 波形整形:滤波器可以对信号的波形进行整形处理,使得输入信号的波形更加平滑。
这对于某些电子设备的正常工作是至关重要的。
二、滤波器的应用1. 通信系统:无线通信系统中常常需要对信号进行滤波处理,以选择特定的频率范围,去除噪声和干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
2. 音频处理:音频设备中常常使用滤波器进行音频信号的处理,例如对不同频段的音频信号进行增强或削弱,以实现音频效果的调节。
3. 图像处理:在数字图像处理中,滤波器常常用于对图像信号进行去噪、锐化、模糊等处理,以提高图像的质量和清晰度。
4. 电源滤波:在电力系统中,滤波器可以用于去除电源中的谐波和干扰,提供稳定的电源供电。
总结:滤波器在电子设备中的应用十分广泛,其作用包括信号滤波、噪声消除、频率选择和波形整形等。
通过滤波器的使用,可以提高电子设备的性能和稳定性,使得信号处理更加精确和可靠。
不同类型的滤波器具备不同的特点和应用范围,需要根据具体的信号处理需求选择合适的滤波器类型。
滤波器的各种应用介绍

滤波器的各种应用介绍滤波器是一种能够改变信号频谱特性的电子系统。
它广泛应用于各个领域,从音频处理到通信系统、生物医学工程以及图像处理等,为我们提供了许多重要的功能和应用。
以下是滤波器的一些常见应用介绍:1.音频处理:滤波器在音频处理中起到了关键作用。
音频滤波器用于消除背景噪音、调整音调、增强低音或高音等。
例如,在音频系统中,低通滤波器可用于消除混音带来的噪音;高通滤波器可用于消除低频噪音。
2.通信系统:滤波器在通信系统中用于信号调理、抑制噪声和干扰,以保证信号的可靠传输。
滤波器可以根据特定的频率范围选择性地通过或阻断信号。
常见的应用包括调频调幅(FM/AM)广播、移动通信系统等。
3.生物医学工程:滤波器在生物医学领域中扮演重要角色。
医学图像处理中使用滤波器来增强图像质量、去除噪声、增强边缘等。
同时,滤波器在心电图(ECG)和脑电图(EEG)等生物信号的处理与分析中也得到广泛应用。
4.显示技术:滤波器在显示技术中也起到了重要作用。
例如,彩色液晶显示器(LCD)使用彩色滤波器来产生像素之间的颜色。
另外,滤波器还可以用于图像后期处理,如边缘增强、降噪处理等。
5.音频设备:滤波器用于音频设备中,如均衡器、扬声器等。
均衡器用于调整音频信号的频率响应,使其更符合个人喜好或音频环境需求。
扬声器中的滤波器用于分频和调整音频信号的频谱特性。
6.视频设备:滤波器在视频设备中也有重要的应用。
例如,电视机、摄像机和监视器等设备中的滤波器用于降低或消除视频信号中的噪声和干扰。
此外,数字视频处理中的滤波器可以用于图像去噪、边缘增强等。
7.无线通信:滤波器在无线通信系统中也起到了关键作用。
无线通信系统需要滤除不同频段的干扰和噪声,以保证信号传输的可靠性。
滤波器可以用于无线局域网(WLAN)、蓝牙、射频调制解调器等设备中。
8.仪器测量:滤波器在仪器测量中常常用于消除电源噪声和其他干扰。
通过选择合适的滤波器类型和参数,可以有效地滤除信号中的干扰,提高测量数据的质量和准确性。
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滤波器的选择与应用电路设计人员如何确定在哪种场合该选用哪种滤波器呢?本文旨在帮助他们作出这种决定。
滤波器的选择看似神秘,但实质上并非如此。
不过在很多场合,即使竭尽全力采取以下所述方法来选择,也还是需要实验多个滤波器后才能挑出最合适的一只。
那么,为什么要煞费苦心去正确的选择滤波器呢?按这里提供的准则来进行滤波器的筛选,至少可满足滤波器的正确尺寸和类型的要求,因此,试用滤波器仅仅是用一只滤波器替换另一只滤波器,同时检查传导及辐射发射,看哪只滤波器具有最佳的费效比。
如果在设计过程中没有足够的耐心去选择滤波器,墨菲法则(好象所有的物理、医疗和财政方面的公式都是从这里派生出来的)表明:最终证明是最合适的滤波器会与产品的其它要求完全不兼容。
要么滤波器太大或太重而不能安装在铸塑模机壳内,需要一笔昂贵的重新制造模具的费用,要么需要一种不易实现的安装方法,要么由于滤波器的泄漏电流,将使推向市场的产品存在安全隐患问题。
确实,如果没有仔细选择正确型号及类型的滤波器,那么按照墨菲法则,挑选合适的滤波器将增加研发和生产费用,同时也会推迟产品的上市时间。
1. 滤波器有关指标的计算通过将产品的发射频谱与相关的电磁兼容标准比较,可以估算用滤波器控制发射所需要的衰减量。
对于抗扰性控制,可以通过比较外部电噪声(通常取自有关的电磁兼容抗扰度标准)与产品电子线路的敏感性以及干扰期间希望达到的性能等级来估算一个粗略值。
当明确知道一个产品实际的发射或敏感性能时,就可采取精确的计算而不去进行估测。
不过,如果不是在一个可控的50Ω阻抗环境中工作,在购买滤波器时,厂家提供的产品指标是靠不住的。
2. 阻抗问题滤波器的工作原理是在射频电磁波的传输路径上形成很大的特性阻抗不连续,将射频电磁波中的大部分能量反射回源处。
大多数滤波器的性能是在源和负载阻抗均为50的条件下测得的,这使我们直接联想到极为重要的一点,这就是滤波器的性能在实际情况下不可能达到最佳。
考察一个典型的电源线滤波器,它安装在交流电源线与作为电子产品直流电源的交-直流变换器之间。
白天,交流电源的阻抗在2~2kΩ间变化,取决于与它连接的负载以及所关心的频率。
连接到电子设备的电源线的特征阻抗大约在150Ω,当整流器在电源波形的尖峰附近导通时,相当于短路,而在其它时间,相当于开路。
滤波器参数是在50Ω的源和负载阻抗的测试环境下获得的,因为大多数射频测试设备采用50Ω的源、负载及电缆。
这种方法获得的滤波器性能参数是最优化的,同时也是最具有误导性的。
因为滤波器由电感和电容组成的,因此这是一个谐振电路。
其性能和谐振主要取决于源端及负载端的阻抗。
事实上,一只价格昂贵且50/50性能优秀的滤波器可能在实际中的性能还不如一只价格较低且50/50性能较差的滤波器好。
3. 电源线滤波器图1给出的单级电源线滤波器对源和负载的阻抗都很敏感,当工作在实际的源和负载阻抗条件下时,很容易产生增益,而不是衰减。
这种增益通常出现在150kHz~10MHz的频率范围内,幅度可以达到10 ~20dB。
因此,在产品上安装一个不合适的滤波器后,可能会增加发射强度和/或使敏感性变得更糟。
图1 典型的单级电源线滤波器图2所示的两级或更多级的滤波器,可以使内部接点保持在相对稳定的阻抗上,因此对负载及源的阻抗依赖不是很大,可以提供接近50/50指标的性能。
当然,这些滤波器体积更大,价格更高。
图2 典型的两级电源线滤波器为了解决阻抗问题,最好是购买生产厂家同时标明了在“匹配”的50/50测试系统中的指标和在“失配”条件下的指标的产品。
失配的数据是在源阻抗为0.1,负载阻抗为100的条件下,和相反的条件下,测得的。
一个窍门是用所有这些曲线中的最坏情况形成一条衰减曲线图,并将其作为滤波器的技术指标。
当采用这种方法来选择滤波器以满足产品的预期目的时,滤波器的性能通常能够达到希望的效果,甚至更好一些。
大多数电源线滤波器采用共模扼流圈和连接在相线间的X电容处理差模干扰。
如果滤波器用于解决开关电源、相位角功率控制器、马达驱动器等电路产生的低频高强度干扰问题,则通常需要比X电容所能提供的差模衰减更大的衰减,这时需要采用如图3所示的差模扼流圈。
由于磁芯会发生饱和现象,所以很难以较小的体积获得较大的电感量。
这些滤波器一般体积比较大而且也比较昂贵。
图3 开关电源转换器上使用的典型滤波器大多数电源线滤波器采用Y型电容,这些电容连接在相线与地线之间。
为了不超过相关安全标准限定的地线允许泄漏值,这些电容的值大约在几nF左右。
一般地,Y电容应连接到噪声干扰较大的导线上(例如,仪表灵敏模拟电路中的电源线,开关电源中的整流器等)。
对于医疗设备,特别是与病人身体接触的,要求地线泄漏电流值相当低,因此使用任意一种Y型电容都是不行的。
这时采用的滤波器需要更大的电感和/或采用多级级联,因此体积较大,价格较高。
(最好是在设备与病人相连的那一端采用电池供电,仅通过光耦或光纤与交流电源供电的设备相连。
)在较大的系统里,来自大量Y型小电容的地线泄漏会产生很大的地线电流,这样就会产生地线电压差,从而导致不同设备间的互连电缆上产生“嗡嗡”的交流声和瞬态高电平。
现代最佳解决方案是采用等势三维地线搭接,但许多陈旧的设施中不能实现这一点。
因此,决定用在大系统里的设备应使用Y电容很小或根本没有Y电容的滤波器。
最好是使用满足安全认证的电源线滤波器。
这些滤波器的安全性、可靠性、温度范围、额定电压和电流以及恰当的安全标准的应用均业已由厂家认证通过。
4. 信号线滤波器如果传导发射或辐射发射由不可避免的信号频谱引起,那么试图使用差模滤波器来减小这些发射并不是办法。
不过对所关心的信号频谱范围内的频率,采用共模滤波是可行的,因为有用的信号是差模而非共模。
信号线滤波器的技术指标中,一般都忽略了地线噪声。
驱动芯片会产生地线跳跃噪声,如果数字印刷电路板的地线面与机壳间的射频搭接不好,便会在所有导线中产生大量的数字0V噪声,因此,外封装上标有低转换速率的驱动芯片仍可能产生高电平的射频噪声。
低频模拟信号中使用的滤波器,尤其是当电子电路的灵敏度非常高时,需要采用如电源线滤波器一样的单级或多级电路。
然而,在多数情况下,信号是数字化的或高电平模拟信号,对干扰不很敏感,因此可采用R、L、C、RC、LC、T、或π型滤波器,如图4所示。
图4 各种信号线滤波器R和L滤波器的基本工作原理是产生一个高阻抗以反射干扰,但这通常仅能获得几个dB的衰减。
当源和负载阻抗都较低时,这种滤波器是最适合的。
L滤波器能产生谐振,因此最好由软铁氧体磁性材料做成(参见下述部分)。
由于电阻中存在0.2 pF左右的寄生旁路电容,因此R滤波器在高频时会失去滤波效能.C滤波器能产生一个低阻抗来反射干扰,通常用在源和负载阻抗都比较高的场合。
通常,C滤波器的性能曲线看起来都是比较理想的,但实际上远不是这样。
具有较大R值的RC滤波器是比较理想的,因为它不会产生明显的谐振。
但当信号频率在几kHz以上,或传输率在kB/s以上的电路中,高R值(最好是取10k左右)是不适合的。
LC、T和π型滤波器可以有更高的衰减值,但当它们连接到非50的源和负载阻抗的环境中时会发生谐振现象。
这个问题可以通过在电感上装入铁氧体来解决。
铁氧体在低频(有时可达10MHz左右)时呈电感特性,但在较高的频率处,它们失去了电感特性而表现出电阻特性。
铁氧体磁珠在100MHz时的有效阻抗超过1k,但直流时的阻抗则小于0.5,因而在无用频率处呈现高阻状态,在有用频率处呈现低阻状态。
现在可以采购到型号众多的SMD 铁氧体磁珠来满足各种频谱的需要。
射频滤波器的一个鲜为人知的特性就是当它不连接到良好的射频参考地时,其效果是很差的。
唯一能够作为射频参考地的是PCB上的实心地平面、金属板或金属壳体(“法拉第笼”),理想情况下,在被滤波的最高频率处,它们都不应有大于波长1/100的孔洞(空气中1GHz时3mm,或者在FR4纤维玻璃板中为1.5mm)。
滤波器中的电容与射频地之间的连线也应小于波长的1/100,同时还要保证电感很低。
这就是说,除非在极低的频率下,否则安全地的绿/黄色导线不能作为滤波器地线。
例如,如果装有2.2nF的Y型电容的电源线滤波器通过一根10cm长的绿/黄色导线接地,那么,在20MHz以上的频率时,由于地线电感的影响,其Y型电容将失效。
在估计绿/黄色导线地线的搭接性能时,可以假设导线的电感值约为1nH/mm。
滤波器唯一正确的连接是将滤波器壳壁直接与射频地参考面或壳体连接起来。
当然,只要有直接的射频地线搭接,那么出于安全考虑,装入绿/黄色导线也未尚不可。
如果滤波器要安装在PCB板上,其电容必须直接连接到地平面上。
如果没有地平面,安装含有电容的滤波器是劳而无功的。
如果滤波器安装在一个金属板或屏蔽壳体上,那么它必须是导电连接的,有时甚至有必要在滤波器安装面贴上一圈导电衬垫,以使滤波器壳体与其搭接的金属面间形成无缝隙的射频搭接。
军用信号滤波器一般属于C和π型,因为多数常见的军事设备都有一个很结实的、设计完善的射频地(金属浇注机箱)。
因此,这种场合使用的滤波器一般不会受到射频地不良所带来的影响。
不过,对民用品、商业用品及工业制品来说,射频地的完整性通常是一个严重的问题,因为得处处考虑产品成本。
因此,我发现在这种情况下,性能较好的信号线滤波器一般是RC、LC或T型的,将电阻或电感连接到外部导线上。
这将使射频参考地线上的射频电流比C或π型滤波器产生的射频电流小得多。
如果一条电缆有多束芯线,通常最好的办法是将所有的芯线穿过一个共模扼流圈。
如果减小敏感信号之间的串扰十分重要,则可以对芯线中各个信号分别采用共模扼流圈。
图5表明用于五芯电缆的五路共模扼流圈的一个例子。
表贴共模扼流圈在差不多5mm的正方体壳体内可达八路之多。
如果电源线滤波器不允许来自数字电路的900MHz的谐波泄漏到电源线中,这时就应考虑滤波器和屏蔽体的优化配合。
这些接近微波频率的谐波会使产品的辐射发射加强。
射频滤波器的另一个鲜为人知的特性就是要将滤波器与屏蔽视为一个整体,两者相辅相成。
错误的滤波器结构设计或安装方法很容易使产品辐射发射超标。
5. 滤波器的结构和安装如果欲在高频获得极佳的滤波性能,那么滤波器很容易由于其PCB走线和/或滤波与未滤波分界面上导线的射频泄漏而使其性能发生降级。
许多工程技术人员对滤波器周围的射频泄漏疑惑不解,滤波和未滤波走线及导线必须尽可能地彼此远离,而且没有其他走线或导线穿过附近滤波/未滤波的边界线,通常,对滤波器未滤干净的残余泄漏采用屏蔽技术是非常必要的。
如果外部电缆滤波后进入具有地平面的PCB板或用作射频地的一个工业仪表面板,滤波器应安装在电缆进出PCB板或仪表面板的位置上,并且要直接连接到射频地线上。