滤波 - EMI控制方法：屏蔽、滤波、接地

2滤波

　　滤波通常采用三种器件来实现：去耦电容、EMI滤波器和磁性元件。

　　2.1去耦电容

　　前面我们曾经分析过，当电路在很快的器件高低电平变换的时候，就会产生一系列的正弦谐波分量，这些正弦谐波分量就是我们所说的EMI成分，这些高频谐波会通过和其他设备之间的耦合通道对其他设备造成电磁干扰。合理使用去耦电容就能起到很好的抑制电磁干扰的效果，实际的电容是可以等效图3所示的模型：

　　

 

　　图3 电容的等效模型

　　其中等效串联电阻我们称之为ESR，等效串联电感我们称之为ESL，我们可以计算出这个等效电容的谐振频率为：

　　Fr=1/2π√LC

　　电容的滤波原理就是通过这个频率来确定。小于谐振频率的时，电容体现为容性，而当频率大于谐振频率的时，电容就体现为感性。所以，我们在滤除较为低频的噪声的时候，就应当选择电容值比较高的电容，想滤去频率较高的噪声，比如我们前面所说的EMI，则应该选择数值比较小的电容。所以，在实际中，我们通常放置一个1uf到10uf左右的去耦电容在每个电源输出管脚处，来抑制低频成分，而选取O.01uf到O.1uf左右的去耦电容来滤除高频部分(对去耦电容的特性分析请参考第五章电源完整性分析)。 为了获得最佳的EMI抑制效果，我们最好能在每组电源和地的引脚都能安装一个电容，但是如果电源在流出引脚前在Ic内部已经放置去耦电容，那么在引脚处就不必在和每个地之间连接一个电容了.但是这样对IC芯片的成本会相应提高。

　　图4是一个放置耦合电容和不放置耦合电容的EMI仿真比较：

　　

 

　　图4 去耦电容对抑制EMI的作用

　　2.2 EMI滤波器

　　EMI滤波一般是用在对电源线的滤波，它是用来隔离电路板或者系统内外的电源，它的作用是双向的，即可以作为输出滤波，也可以作为输入滤波.EMI滤波器是由电感和电容组成。比较常见的几种EMI滤波器有：穿心电容，L型滤波器，Ⅱ型滤波器，T型滤波器等。对于不同滤波器的选择，我们通常是通过滤波器接入端的阻抗大小来决定。如果电源线两端都为高阻，那么易选用穿心电容和Ⅱ型滤波器，但是Ⅱ型滤波器的衰减速度比穿心电容大;如果两端阻抗相差比较大，适宜选择L型滤波器，其中电感接入低阻如果两端都为低阻抗，那么就选用T型滤波器。

　　2.3 磁性元件

　　磁性元件是由铁磁材料构成的，有来抑制EMI，最常见的磁性元件有磁珠，磁环，扁平磁夹子。磁环和磁夹子一般用在连接线上，如图5所示。

　　

 

　　图5 磁性元件示意图

　　磁性元件的工作原理很简单，就是相当于在传输线上串入一电感，厂家一般会提供与图6类似的特性图，设计者必须根据需求来选择相应的磁性元件，在下图中，线上串接一个磁性元件的插入损耗可由下面这个公式计算得出：

　　Loss(dB)=20log[(Zs+Zf+Z1)/(Zs+Z1)]

　　

 

　　图6 磁性元件的特性图

　　由于磁性元件并不增加线路中的直流阻抗，这使得它非常适合用在电源线上做EMI抑制器件。由于磁珠很小也很容易处理，所以有时候也把它用在信号线上作为EMI抑制器件，但是它掩盖了问题的本质，影响了信号的上升下降时间，除非万不得以或者在设计的最后调试阶段，一般不推荐使用。