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      PCB設計

      PCB電路板關于濾波的設計

      發布時間:2016-04-01 20:56:32

      本節主要介紹了濾波器件的種類、濾波電路的方式以及濾波電路特殊的布局布線。

      在PCB設計中,濾波包括專門的信號濾波器的設計,也包括大量電源濾波電容的使用。有兩方面的原因會產生噪聲:一方面,當電氣信號進出設備時,就會產生傳導噪聲,通過其他方式并不能完全抑制進出設備的傳導噪聲;另一方面,集成芯片的輸出狀態的變化或其他原因會使芯片供電電源上產生一定的噪聲,并影響芯片本身或其他芯片的正常工作。通過以上兩方面的原因,則說明濾波是必不可少的部分。

      濾波器件

      常用的濾波器件有多種,包括電阻?電感?電容?鐵氧體磁珠等。

      1. 電阻

      電阻不能單獨用來做濾波的用途,它一般與電容結合起來組成RC濾波網絡使用,由于引線電感(ESL)與寄生電容的存在,因此電阻的高低頻特性有較大的差異。

      2. 電感

      電感由于引線電阻(ESR)和寄生電容的存在,使電感存在一個自諧振頻率fc,電感在低于fc的頻率范圍內表現為電感的特性,但在高于fc的頻率范圍內,則表現為電容的特性。

      3. 電容

      電容和電感類似,電容在低頻時表現為電容的特性,在高頻時表現為電感的特性。

      4. 鐵氧體磁珠

      鐵氧體磁珠也是濾波常用的器件,用于電磁噪聲抑制的鐵氧體是一種磁性材料,由鐵?鎳?鋅氧化物混合而成,具有很高的電阻率,較高的磁導率。鐵氧體磁珠串接在信號或電源通路上,用于抑制差模噪聲,當電流流過鐵氧體時,低頻電流可以幾乎無衰減的通過,但高頻電流卻會受到很大的損耗,轉變成熱量散發,鐵氧體磁珠可以等效為電阻與電感的串聯,但電阻值與電感值都是隨頻率而變化的。

      鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性,鐵氧體在高頻時呈現電阻特性,相當于品質因數很低的電感,所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。

      5. 共模電感

      共模電感插入傳輸導線中,可以同時抑制每根導線對地的共模高頻噪聲。通常的做法是把兩個相同的線圈繞在同一個鐵氧體環上,鐵氧體磁損較小,繞制的方法使得兩線圈在流過共模電流時磁環中的磁通相互疊加,從而具有相當大的電感量,對共模電流起到抑制作用,而當兩線圈流過差模電流時,磁環中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。

      濾波電路

      在EMC設計中,濾波的作用基本上是衰減高頻噪聲,所以濾波器通常都設計為低通濾波器,濾波電路的典型結構形式如圖。

      PCB濾波設計

      圖(a)為電感濾波器,適用于高頻時源阻抗和負載阻抗較小的場合。

      圖(b)為電容濾波器,適用于高頻時源阻抗和負載阻抗較大的場合。

      圖(c)和(d)為T型濾波器,前者適用于高頻時源阻抗較小?負載阻抗較大的場合;后者適用于高頻時源阻抗較大?負載阻抗較小的場合。

      圖(e)為∏型濾波器,適用于高頻時源阻抗和負載阻抗均較大的場合。

      圖(f)為T型濾波器,適用于高頻時源阻抗和負載阻抗都比較小的場合。

      濾波電路的布局與布線

      濾波電路在布局布線時必須嚴格注意:

      1. 濾波電路的地應該是一個低阻抗的地,同時不同的功能電路之間不能存在共地阻抗;

      2. 濾波電路的輸入/輸出不能相互交叉走線,應該加以隔離;

      3. 在濾波電路的設計中,同時應該注意使信號路徑最短?盡量簡潔;盡量減小濾波電容的等效串聯電感和等效串聯電阻;

      4. 接口濾波電路應該盡量靠近接插件。

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