第一章开关电源电路—EMI滤波电路原理 滤波原理：阻抗失配；作为电感器就是低通（更低的频率甚至直流能通过）高阻（超过一定频率后就隔断住难于通过）（或者是损耗成热消散掉），因此电感器滤波靠的是阻抗 Z=(R^2+(2ΠfL)^2)^1/2。也就是分成两个部分，一个是R涡流损耗，频率越高越大，直接把杂波转换成热消耗掉，这种滤波最干净彻底；一个是2ΠfL 这部分是通过电感量产生的阻挡作用，把其阻挡住。实际都是两者的结合。但是要看你要滤除的杂波的频率，选择合适的阻抗曲线。因为电感器是有截止频率的，超过这个频率就变成容性，也就失去电感器的基本特性了，而这个截止频率和磁性材料的特性和分布电容关系最大，因此要滤波更高的频率的干扰，就需要更低的磁导率，更低的分布电容。因此一般我们滤除几百K以下的共模干扰，一般使用非晶做共模电感器，或者10KHZ以上的高导铁氧体来做，这样主要使用阻抗的WL这一方面的特性，主要发挥阻挡作用。电感器滤波器是通过串联在电路里实现。撒旦谁打死多少次顺风车安顺场。 因此：共模滤波电感器不是电感量越大越好主要看你要滤除的共模干扰的频率范围。先说一下共模电感器滤波原理共模电感器对共模干扰信号的衰减或者说滤除有两个原理,一是靠感抗的阻挡作用,但是到高频电感量没有了，然后靠的是磁心的损耗吸收作用;他们的综合效果是滤波的真实效果。当然在低频段靠的是电感量产生的感抗.同样的电感器磁心材料绕制成的电感器,随着电感量的增加,Z阻抗与频率曲线变化的趋势是随着你绕制的电感 器的电感量的增加,Z 阻抗峰值电时的频率就会下降,也就是说电感量越高所能滤除的共模干扰的频率越低,换句话说对低频共模干扰的滤除效果越好,对高频共模信号的滤除效果越差甚至不起作用。这就是为什么有的滤波器使用两级滤波共模电感器的原因一级是用低磁导率(磁导率7K以下铁氧体材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模滤波电感器,滤出几十MHz或更高频段的共模干扰信号,另一级采用高导磁材料(如磁导率10000\15000 的铁氧体材料或着非晶体材料)来滤除1MHz以下或者几百kHz的共模干扰信号。因此首先要确认你要滤除共模干扰的频率范围然后再选择合适的滤波电感器材料. 电容的阻抗是Z=-1/2ΠfL那么也就是频率越高阻抗绝对值越小，那么就是高通低阻，就是频率越高越能通过，所以电容滤波是旁路，也就是采用并联方式，把高频的干扰通过电容旁路给疏导回去。
射频电路设计示例 设计任务： 用两种方法设计一个输入、输出为50Ω的低通滤波器，滤波器参数为： (1) 截止频率为3Ghz (2) 在通带内，衰减小于3dB (3) 在通带外，当归一化频率为2时，损耗不小于50dB (4) 相速为光速的60% 设计要求： (1)画出滤波器的电路图。 (2)用微带线实现上述的功能，并画出微带线的结构尺寸。 (3)画出0--3.5Ghz 的衰减曲线。 (4)给出设计的源代码本，利用具体软件(如Matlab, MW- office, ADS 、HFSS 、IE3D 等)操作方法及步骤。 方法一： 切比雪夫滤波器设计： Step1: 画出滤波器的电路图。由课本（p151）知滤波器阶数应为N=5。归一化参数为：g g 514817.3==，g g 427618.0==，5381.43=g 集中参数为：4817 .35 1 == C C ，5381 .43 =C ，2296 .14 2 == L L 图1 归一化5阶低通滤波器电路原理图 Step2：将集中参数变换成分布参数（Richards 变换：电感用短路线代，电容用开路线代）： g Y Y 1 51 = =，g Z Z 2 4 2 = = ，g Y 3 3 = 。
图2 （O.C ＝开路线，S.C=短路线） Step3：将串联线段变为并联线段—Kuroda 规则（P162表5.6）。首先在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件。 因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的，所以到入它们并不 影响滤波器的特性。对第一个并联的短线和最后一个并联短线应用Kuroda 规则-1后得： 2872.12872.014817 .3112 1 =+=+ == N N ， 2231.02872.14817.31 ' ' 2 1 ＝?= = Z Z UE UE 7769.02872 .1151＝== ' ' Z Z S S
开关电源EMI滤波器的设计 要使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减特性，设计与开关电源共模、差模噪声等效电路端接的EMI滤波器时，就要分别设计抗共模干扰滤波器和抗差模干扰滤波器才能收到满意的效果。 1．抗共模干扰的电感器的设计 电感器是在同一磁环上由两个绕向与匝数都相同的绕组构成。当信号电流在两个绕组流过对，产生的磁场恰好抵消，它可几乎无损耗地传输信号。因此，共模电流可以认为是地线的等效干扰电压Ug所引起的干扰电流。当它流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，电感器对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制地线干扰的作用。电路如图1所示。 信号源至负载RL连接线的电阻为Rcl、Rc2，电感器自感为L1、L2，互感为M，设两绕组为紧耦合，则得到L1＝L2＝M。由于Rc1和RL串联且Rc1＜＜RL，则可以不考虑Vg，Vg 被短路可以不考虑Vg的影响。其中（Is是信号电流，Ig是经地线流回信号源的电流。由基尔霍夫定律可写出：
式（2）表明负载上的信号电压近似等于信号源电压，即共模电感传输有用信号时几乎不引入衰减。由（1）式得知，共模千扰电流Ig随f：fc的比值增大而减小。当f：fc的比值趋于无穷时，Ig=0，即干扰信号电流只在电感器的两个绕组中流过而不经过地线，这样就达到了抑制共模干扰的作用。所以，可以根据需要抑制的干扰电压频率来设置电感器截止频率。一般来说，当干扰电压频率f≥5fc时，即Vn：Vg≤0.197，就可认为达到有效抑制地线中心干扰的目的。 2．抗差模干扰的滤波器设计 差模干扰的滤波器可以设计成Π型低通滤波器，电路如图2所示。这种低通滤波器主要是设置电路截止频率人的值达到有效地抑制差模传导干扰的目的。
切断电磁干扰传输途径——共模、差模电源线滤波器设计 电源线干扰可以使用电源线滤波器滤除，开关电源EMI滤波器基本电路如图6所示。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模干扰和共模干扰都有较强的抑制作用。在图6中CX1和CX2叫做差模电容，L1叫做共模电感，CY1和CY2叫做共模电容。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模干扰有较强的衰减作用。 共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。通常使用环形磁芯，漏磁小，效率高，但是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过时为一进一出，产生的磁场恰好抵消，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用，可以无损耗地传输。如果市网中含有共模噪声电流通过共模电感，这种共模噪声电流是同方向的，流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，使得共模电感对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。L1的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，具体关系参见表1所列。 [4] 实际使用中共模电感两个电感绕组由于绕制工艺的问题会存在电感差值，不过这种差值正好被利用作差模电感。所以，一般电路中不必再设置独立的差模电感了。共模电感的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个∏型滤波器。这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。 除了共模电感以外，图6中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模干扰的。共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用，而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。电容CY的选择要根据实际情况来定，由于电容CY接于电源线和地线之间，承受的电压比较高，所以，需要有高耐压、低漏电流特性。计算电容CY漏电流的公式是 ID=2πfCYVcY 式中：ID为漏电流； f为电网频率。 一般装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应<1mA；若为装设在固定位置且接地的设备上的电源滤波器，其交流漏电流应<3.5mA，医疗器材规定的漏电流更小。由于考虑到漏电流的安全规范，电容CY的大小受到了限制，一般为2.2～33nF。电容类型一般为瓷片电容，使用中应注意在高频工作时电容器CY与引线电感的谐振效应。 差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成，最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路（如图6中电容CX1），只要电容选择适当，就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底，故两根电源线之间的高频干扰可以通过它，它对工频信号的阻抗很高，故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值，只要满足功率线路的耐压等
EMI滤波电感设计 EMI滤波器 正常工作的开关类电源（SMPS）会产生有害的高频噪声，它能影响连接到相同电源线上的电子设备像计算机、仪器和马达控制。用一个EMI滤波器插入电源线和SMPS之间能消除这类干扰（图1）。一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在许多情况下单独使用共模噪声滤波器。 图1 EMI滤波器的插入 一、共模电感设计 在一个共模滤波器内，电感的每一个绕阻和电源输入线中的任一根导线相串联。（对于电源的输入线来讲）电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与第二个绕组产生的磁通相削. 于是，除了泄漏阻抗的小损耗和绕组的直流电阻以外，电感至电源输入线的插入阻抗为另。由于磁通的阻碍，SMPS 的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有任何明显的损耗。 共模噪声的定义是出现在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。 此电流要视共模电感的任何一个或二个绕组的全部阻抗，因为它不能被返回的电流所抵消。共模噪声电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。 1.1、选择电感材料 开关电源正常工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。 对于电感来讲，大多数选择适当和高效费比的铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。当看到公共参数如磁导率和损耗系数就去识别材料是困难的。图2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS和频率的关系曲线。 图2铁氧体磁环的阻抗和频率的关系 在1～10MHz之间绕组到达最大阻抗，串联感抗XS和串联电阻RS（材料磁导率和损耗系数的函数）共同产生总阻抗Zt。
射频滤波器如何正确选取，看完全懂了 随着移动设备功能越来越强大，支持的网络频段越来越多，射频前端模块成了移动设备中不可缺少的一部分。举例来说，一款较新的手机至少需要支持2G，3G，4G以及WiFi，GPS等网络制式，而每一个制式都需要自己的射频前端模块。射频前端模块一般包括天线开关，多路器，滤波器，功率放大器与低噪声放大器等等。这些器件目前仍无法用集成度最高的CMOS工艺制造，而必须使用特殊工艺以保证性能。 根据Mobile Expert LLC的研究报告，2016年在智能手机增长萎靡（9%）的情况下，射频前端模块的增长率仍达到了17%。而在射频前端模块中，未来发展最快的，也最关键的模块就是射频滤波器模块。 滤波器到底有多重要 随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求也越来越高。在2G时代，只有一小部分人会使用手机上网下载铃声或浏览wap版网页，需要的数据率大约在1KB／s。在3G时代，随着智能手机的普及，使用运营商网络上网收发邮件，使用各种app等使得网络流量剧增，需要的数据率大约是50KB／s。到了4G时代的今天，直播等应用更是将手机通讯的带宽需求推向了一个新的高度，需要的数据率达到
了1MB／s。 与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。这两个问题是相辅相成：由于频谱资源有限，为了满足人们对数据率的需求，必须充分利用频谱，因此一部手机必须能够覆盖很宽的频带范围，这样在人群拥挤的情况下不同人的设备才能够分配到足够的频谱带宽。同时，为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。 另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对于射频系统的各种性能也提出了严格的需求。 在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。如前所述，随着通信协议越来越复杂，对于通讯协议对于频带内外的需求也越来越高，这也使得滤波器的设计越来愈有挑战性。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，由于每一个频带有需要有自己的滤波器，因此一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。目前，一款4G手机中的需要用到的滤波器数量可达30余个。 随着射频滤波器变得越来越重要，各大射频前端厂商也在积极布局滤波器市场。各大行业研究结构也看好射频滤波器市场未来的发展。
共模滤波器设计指南 简介 选择共模滤波器的元件值不需要很复杂的过程。可使用标准过滤器排列来取得相对简单和直观的设计过程，虽然这些排列可能经过修改以使用预先定义好的元件值。 概述 线路滤波器防止在电子设备和AC线路之间产生过多噪音；一般而言，重点还是对AC 线路的保护。图1显示了在AC线路（通过全阻抗匹配电路）和（噪音）电源转换器之间使用共模滤波器的情况。共模噪音（噪音在接地的两条线路上同时产生）的运动方向是从负载端进入滤波器，这样两个线路共有的噪音得到很大衰减。最后，滤波器加到AC线路（通过全阻抗匹配电路）上的输出小到可以忽略不计。 图1 通用线路滤波 设计共模滤波器必须设计两个相同的差动滤波器。其中每个滤波器分别对应两极的线路，而每一边的感应器分别耦合一个磁芯。 图2 共模感应器 对于差动输入电流（从A到B的输入是沿L1，从B到A是沿L2），两个感应器之间的耦合净磁通量为0。 任何差动信号引起的自感应是两个滤波器耦合不好引起的。滤波器作为独立元件工作，其漏感对差动信号做出响应：漏感衰减了差动信号。 当感应器L1和L2收到接地的同一电极的相同信号，它们都会在共用的磁芯中产生一个非零的净通量。两个感应器于是作为独立元件工作，其共同的自感应对共同的差动信号做出响应：共同的自感应衰减了共同的差动信号。 一阶滤波器 设计最简单、最便宜的滤波器是一阶滤波器。这种滤波器使用单个反应元件来储存波谱能量的特定波段，而不将能量传递到负载。在低通共模滤波器中，使用的反应元件是共模线圈。 滤波器的自感应值是用负载（单位：欧姆）除以信号将衰减时及超过这一水平的角频率。例如，在50欧姆的负载中，当频率达到4000HZ或以上水平时候信号开始衰减，则需要使用1.99mH（50/（2π×4000））的感应器。其相应的共模滤波器配置如下图： 图3 一阶（单极）共模滤波器 频率达到4000HZ时，衰减量为3dB，每增加8HZ，衰减6dB。由于最主要的感应器对一阶滤波器的依赖性，因此必须考虑线圈自感应的变动。例如，额定自感应值变动±20%意味着名义33dB，4000HZ的频率其实际范围在3332-4999HZ。典型做法是规定共模滤波器的自感应值为最小值，这样就保证了交叉频率不会升得太高。但是，在选择一阶低通滤波器的线圈时要加以注意，因为比典型和最小值高得多的自感应值可能限制线圈可使用的衰减波段。
EMI滤波共模电感设计 正常工作的开关类电源（SMPS）会产生有害的高频噪声，它能影响连接到相同电源线上的电子设备像计算机、仪器和马达控制。用一个EMI滤波器插入电源线和SMPS之间能消除这类干扰（图1）。一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在许多情况下 单独使用共模噪声滤波器。 图1 EMI滤波器的插入 在一个共模滤波器内，电感的每一个绕阻和电源输入线中的任一根导线相串联。（对于电源的输入 线来讲）电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与第二个绕组产生的磁通相削. 于是，除了泄漏阻抗的小损耗和绕组的直流电阻以外，电感至电源输入线的插入阻抗为零。由于磁 通的阻碍，SMPS的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有任何明显的损耗。 共模噪声的定义是出现在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。 此电流要视共模电感的任何一个或二个绕组的全部阻抗，因为它不能被返回的电流所抵消。共模噪声电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。 1.1、选择电感材料 开关电源正常工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。 对于电感来讲，大多数选择适当和高效率比的铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。当看到公共参数如磁导率和损耗系数就去识别材料是困难的。图2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS和频率的关系曲线。 图2铁氧体磁环的阻抗和频率的关系
在1～10MHz之间绕组到达最大阻抗，串联感抗XS和串联电阻RS（材料磁导率和损耗系数的函数）共同产生总阻抗Zt。 图3所示为图2中铁氧体材料的磁导率和损耗系数与频率的函数关系。由于感抗引起的下降，导致磁导率在750KHz以上的下降；由于电阻取决高频的源阻抗所以损耗系数随频率而增加。 铁氧体磁环的磁导率、损耗系数和频率的关系 图3 图4给出三种不同材料的总阻抗和频率的关系 J材料在超过1～20MHz范围内具有高的总阻抗，它最广泛地应用于共模滤波器的扼流圈。在1MHz，W材料阻抗比J材料高20-50％，当低频噪声是主要问题时经常应用J材料；K材料可用于2MHz以上，因为在此频率范围内它产生的阻抗比J材料高直至100％。在2MHz 以上或以下，对于滤波器所要求的规范，J或W是优先的。图4三种不同材料的阻抗和频率的关系。 1.2、磁芯的形状 对于共模噪声滤波器环形磁芯是最普及的，他们不贵、泄漏磁通也低。环形磁芯必须 用手绕制（或在独特的环形绕线机上绕制）。正常情况要用一个非金属的分隔板放置在两 个绕组之间，以及为了和PC板连接，这个绕制器件还需环氧化在印制板的头部。具有附件
共模和差模信号与滤波器 山东莱芜钢铁集团动力部周志敏(莱芜271104) 1概述 随着微电子技术的发展和应用，电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。抑制电磁干扰采用的技术主要包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。而干扰源的传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz～30MHz，仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。为此了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。在抑制电磁干扰的各项技术中，采用滤波技术对局域网（LAN）、通信接口电路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用，是微电子装置系统设计中的一个重要环节。 2差模信号和共模信号 差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，差模信号的电路如图1所示。所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电流方向一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这种干扰一般比较难以抑制。 共模信号又称为对地感应信号或不对称信号，共模信号分量是VCOM，纯共模信号是：VCOM=V1=V2；大小相等，相位差为0°；V3=0。共模信号的电路如图2所示。干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路；原则上讲，这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。 3滤波器 滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。交流电源滤波器大量应用在开关电源的系统中，既可以抑制外来的高频干扰，还可以抑制开关电源向外发送干扰。来自工频电源或雷击等瞬变干扰，经电源线侵入电子设备，这种干扰以共模和差模方式传播，可用电源滤波器滤除。在滤波电路中，有很多专用的滤波元件（如铁氧体磁环），它们能够改善电路的滤波特性，恰当地设计和使用滤波器是抗干扰技术的重要手段。例如开关电源通过传导和辐射出的噪声有差模和共模之分，差模噪声采用π型滤波器抑制，如图3(a)所示。图3（a）中，LD为滤波扼流圈。若要对共模噪声有抑制能力，应采用如图3（b）所示的滤波电路。图3（b）中，LC为滤波扼流圈。由于LC的两个线圈绕向一致，当电源输入电流流过LC时，所产生的磁场可以互相抵消，相当于没有电感效应，因此，它使用磁导率高的磁芯。LC对共模噪声来说，相当于一个大电感，能有效地抑制共模传导噪声。开关电源输入端分别对地并接的电容CY对共模噪声起旁路作用。共模扼流圈两端并联的电容CX对共模噪声起抑制作用。R为CX 的放电电阻，它是VDE 0806和IEC 380安全技术标准所推荐的。图3（b）中各元件参数范围为：CX=0.1μF～2μF； CY=2.0nF～33nF；LC=几～几十mH，随工作电流不同而取不同的参数值，如电流为25A时LC=1.8mH；电流为0 3A时，LC=47mH。另外在滤波器元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。
摘要：按微波滤波器的传输线的种类进行了分类，并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。 关键词：微波滤波器；性能指标；设计方法 前言：随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。 微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。 一、微带滤波器 主要性能指标： 频率范围：500MHz～6GHz 带宽：10%～30% 插入损耗：5dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波:1.8:1 微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。 半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开，
射频微波滤波器的设计仿真与测试
一、实验目的 1.掌握低通原型滤波器的结构 2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性 3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤 4.了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法 5.掌握用ADS 进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。 二、实验原理 2.1．滤波器的技术指标 中心频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带宽，插入损耗，群时延，带内纹波，回波损耗，驻波比 2.2 插入衰减法设计滤波器 通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性： 插损法是一种系统的综合方法，可高度地控制整个通带和阻带内的幅度和相位特性，可以计算出满足应用需求的最好响应。如要求插损小，可用二项式响应；而切比雪夫响应能满足锐截止的需要；若可牺牲衰减率的话，则能用线性相位滤波器设计法获得好的相位响应。插损法使滤波器性能提高的最为直接的方法便是增加滤波器的阶数，滤波器的阶数等于元件的个数。 2.3 集总元件低通滤波器原型 最平坦响应滤波器设计 dB P P L L in A lg 10
2.4 滤波器的实现--频率变换 变换后在对应频率点上衰减量不变，须对应的元件值在两种频率下的具有相同的阻抗 2.5 滤波器的设计步骤 （1）由衰减特性综合出低通原型 （2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型 （3）计算滤波器电路元件值(集总元件) （4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真 三．练习题 对下面结构的微带支节低通滤波器的两种设计进行原理图和版图仿真，并分析其特性。
原理图： 仿真结果：
版图 仿真结果： 实验结果分析：结果基本上达到要求。带宽2.35GHZ-2.55GHZ，袋内衰减在3dB以内，2.3GHZ一下以及在2.75GHZ以上衰减达到大于40dB，端口反射系数较小。 四．滤波器的测量--AV36580A矢量网络分析仪
差模滤波和共模滤波 1 差模滤波 低频滤波可以分为两类，差模滤波和共模滤波。根据前面的讨论，差模滤波试图减小电源线中通过地线返回的噪声。这就意味着电源线中的噪声首先会流出机壳再通过地线返回。因此滤波的策略就是在噪声流出机壳之前先将电源线的噪声旁路到地线中去，这样，噪声形成回路而且不会被测量到。可以在电源线中串联一个电感，阻止其流出，同时，在电源线和地线之间跨接一个电容，为噪声提供一个低阻抗回路。 商用与军用 尽管在前面对商用滤波和军用滤波的讨论已经表明了两者密切相关，但在设计一个低频差模滤波器的时候仍然会有不同之处。问题是设计一个电感在前电容在后的滤波器还是一个电感在后电容在前的滤波器(从电源内部向外部供电看)。商业测试方法通常测量电压，而且阻抗源相对比较大(50Ω)。可以利用这个阻抗源来阻断噪声，因此采用电感在前电容在后的滤波器更好，如图9-17所示。 在某些情况下，噪声的幅值很小，可能不需要电感，这个电容就与50Ω的电阻组成分压网络，电容阻抗通常很小，因此可以分流大部分的噪声。为使电路正常工作，电容的ESR 非常关键。在这种应用场合，需要采用多层瓷片电容或金属化塑料电容。 针对军用测试时，相反地，阻抗源是个低阻抗(10μF 电容)，通过测量电流来测试噪声。为防止噪声电流流过这个低阻抗，需要采用电容在前电感在后的滤波器(如图9-18所示)。 在这种情况下(与商业用途不一样)，毫无疑问，这个电容作为输入电容，如大的电解电容已经存在，最好在这个电容上再并联一个1μF 或100nF 的瓷片电容(或者同时并联——一般1μF 的电容在1MHz 以下有效而100nF 的电容可以工作到10MHz)。这个方法通常用来解决大电容在高频下特性差的问题。 交流 电容 低阻抗回路
实验一 射频滤波器设计 一、实验目的 （1）了解微波滤波电路的原理及设计方法。 （2）学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。 （3）掌握微带滤波器的制作及调试方法。 二、实验内容 （1）使用ADS 软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。 （2）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （3）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、 设计指标 设计指标：通带3.0－3.1GHz ，带内衰减小于2dB ，起伏小于1dB ，2.8GHz 以下及3.3GHz 以上衰减大于40dB ，端口反射系数小于-20dB 。 四、实验原理 下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。 在进行设计时，主要是以滤波器的S 参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是 传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出 端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。 五、实验步骤 （ 1）启动ADS （2）创建新的工程文件 （3）生成微带滤波器的原理图，如图1 所示。 图1 微带滤波器原理图 等效电路
(4) 设置微带电路的基本参数 双击图上的控件MSUB设置微带线参数 H:基板厚度(0.8 mm) Er:基板相对介电常数(4.3) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm) (5) 计算微带线的线宽和长度 滤波器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到，具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，填入50 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽1.52 mm和长度13.63 mm(四分之一波长)。 (6) 设置微带器件的参数 双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.52 mm和2.5 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。通过添加变量实现对五个耦合线节微带线线长L，宽W和缝隙S的尺寸进行设置。由于平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。图2是设置微带器件参数后的原理图 图2 设置微带器件参数后的原理图
共模滤波电感器不是电感量越大越好.主要看你要滤除的共模干扰的频率范围,先说一下共模电感器滤波原理:共模电感器对共模干扰信号的衰减或者说滤除有两个原理,一是靠感抗的阻挡作用,但是到高频电感量没有了靠的是磁心的损耗吸收作用;他们的综合效果是滤波的真实效果.当然在低频段靠的是电感量产生的感抗.同样的电感器磁心材料绕制成的电感器,随着电感量的增加,Z阻抗与频率曲线变化的趋势是随着你绕制的电感器的电感量的增加,Z 阻抗峰值电时的频率就会下降,也就是说电感量越高所能滤除的共模干扰的频率越低,换句话说对低频共模干扰的滤除效果越好,对高频共模信号的滤除效果越差甚至不起作用. 这就是为什么有的滤波器使用两级滤波共模电感器的原因一级是用低磁导率(磁导率7K以下铁氧体材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模滤波电感器,滤出几十MHz 或更高频段的共模干扰信号,另一级采用高导磁材料(如磁导率10000h00的铁氧体材料或着非晶体材料)来滤除1MHz以下或者几百kHz的共模干扰信号. 因此首先要确认你要滤除共模干扰的频率范围然后再选择合适的滤波电感器材料. 共 模电感的测量与诊断 电源滤波器的设计通常可从共模和差模两方面来考虑。共模滤波器 最重要的部分就是共模扼流圈，与差模扼流圈相比，共模扼流圈的一个 显著优点在于它的电感值极高，而且体积又小，设计共模扼流圈时要考 虑的一个重要问题是它的漏感，也就是差模电感。通常，计算漏感的办 法是假定它为共模电感的1%，实际上漏感为共模电感的 0.5% ～ 4%之 间。在设计最优性能的扼流圈时，这个误差的影响可能是不容忽视的。 漏感的重要性 漏感是如何形成的呢？紧密绕制，且绕满一周的环形线圈，即 使没有磁芯，其所有磁通都集中在线圈“芯”内。但是，如果环形线圈 没有绕满一周，或者绕制不紧密，那么磁通就会从芯中泄漏出来。这种 效应与线匝间的相对距离和螺旋管芯体的磁导率成正比。共模扼流圈有 两个绕组，这两个绕组被设计成使它们所流过的电流沿线圈芯传导时方 向相反，从而使磁场为0。如果为了安全起见，芯体上的线圈不是双线 绕制，这样两个绕组之间就有相当大的间隙，自然就引起磁通“泄漏”， 这即是说，磁场在所关心的各个点上并非真正为0。共模扼流圈的漏感 是差模电感。事实上，与差模有关的磁通必须在某点上离开芯体，换句 话说，磁通在芯体外部形成闭合回路，而不仅仅只局限在环形芯体内。 如果芯体具有差模电感，那么，差模电流就会使芯体内的磁通 发生偏离零点，如果偏离太大，芯体便会发生磁饱和现象，使共模电感 基本与无磁芯的电感一样。结果，共模辐射的强度就如同电路中没有扼 流圈一样。差模电流在共模环形线圈中引起的磁通偏离可由下式得出：
一、初识共模电感 共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。 图1 各种CMC 小知识：EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰) 计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是EMI。EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其它的电子设备正常工作，还对人体有害。 PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁干扰源。总的来说，我们可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰(差模干扰)与共模干扰(接地干扰)。以主板上的两条PCB走线(连接主板各组件的导线)为例，所谓串模干扰，指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路，如图1-1所示。
图2是我们常见的共模电感的内部电路示意图，在实际电路设计中，还可以采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰。此外，在主板上我们也能看到一种贴片式的共模电感(图3)，其结构和功能与直立式共模电感几乎是一样的。 图4 贴片CMC 二、从工作原理看共模电感 为什么共模电感能防EMI？要弄清楚这点，我们需要从共模电感的结构开始分析。 图5 共模电感滤波电路 图4是包含共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。 事实上，将这个滤波电路一端接干扰源，另一端接被干扰设备，则La和C1，Lb和C2就构成两组低通滤波器，可以使线路上的共模EMI信号被控制在很低的电平上。该电路既可以抑制外部的EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度。 小知识：漏感和差模电感
第2章射频微带滤波器基础理论 频率的提高意味着波长的减小，该结论应用于射频电路中，就是当波长与分立元件的集合尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间不变，以波的形式进行传播。经典的基尔霍夫电压和电流定律没有考虑电压和电流在空间的变化，则必须对普通的集总电路做重大的修改。 本章首先介绍了射频微带滤波器设计中所涉及的基本概念，然后介绍了二端口网络理论和谐振与耦合理论。 2.1 传输线理论 2.1.1 均匀传输线的概念和模型 频率提高后，导线中所流过的高频电流会产生趋肤效应，工程上常用趋肤深度δ来描述这种趋肤效应，δ为电磁波场强的振幅值衰减到表面值1/e所经过的距离，由于趋肤效应使得导线有效面积减小，高频电阻加大，而且沿线各处都存在损耗，这就是分布电阻效应；通高频电流的导线周围存在高频磁场，这就是分布电感效应；由于两导线之间有电压，故两线之间存在高频电场，这就是分布电容效应；由于两线间的介质并非理想介质而存在漏电流，这相当于双线间并联一个电导，这就是分布电导效应。基于上述的物理事实，便可得出双线传输线等效模型[18]如图2.1所示。 图2.1 双线传输线等效模型 图2.1中，R1为单位长度的分布电阻，L1为单位长度的分布电感，G1为单位长度的分布电导，C1为单位长度的分布电容。
2.1.2 均匀传输线相速与波长 相位速度是等相位面传播的速度，简称相速。在均匀传输线理论中等相位面是垂直于z 轴的平面，相速v p 为 β ω==dt dz v p （2-1） 在一个周期的时间内波所行进的距离称为波长，波长λp 为 βπ λ2===T v f v p p p （2-2） 其中f 为电磁波频率，T 为振荡周期。 2.1.3 均匀传输线特性阻抗 入射电压与入射电流之比或反射电压与反射电流之比称为特性阻抗（即波阻抗），特性阻抗Z 0为 1 1110C j G L j R Z ωω++= （2-3） 对于微波传输线由于频率很高，11R L j ω<<、11G C j ω<<，则 1 10Z C L = （2-4） 2.1.4 均匀传输线传播常数 传播常数γ表示行波经过单位长度后振幅和相位的变化，其表示式为 βαωωγj C j G L j R +=++=))((1111 （2-5） 由于实际微波传输线的损耗R 1、G 1比ωL 1、ωC 1小得多，式（2-5）经变换后可得 22220101111111Z G Z R C L G L C R +=+= α （2-6） 其中：0 12Z R c =α ——由导体电阻引起的损耗； 2 01Z G d = α ——由导体间介质引起的损耗。
电磁干扰(EMI)共模和差模信号与滤波 摘要 介绍了共模、差模信号的关键特性及其抑制方法，以及滤波器的工作原理及其应用电路。 Common Mode and Differential Mode Signals and Filter Abstract:The key characterisics of common mode anddifferential mode signals as well as the method of rejection was presented.The principl of filter was introduced and the application circuit was given. 一.概述 随着微电子技术的发展和应用，电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。抑制电磁干扰应用包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。而干扰源的传输途经分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz—30MHz，仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。为此了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。在抑制电磁干扰的各项技术中，采用滤波技术对局域网（LAN）、通信接口电路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用，是微电子装置系统设计中的一个重要环节。 二.差模信号和共模信号 差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等， 在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2 来表示。差模信号分量是V DIFF。纯差模信号是V1=-V2， 其大小相等，相位相差180o，V DIFF=V1-V2，因为V1 和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，差模 信号的电路如图1所示。所有的差模电流（I DIFF）全流 过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电 流方形一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过 程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这 样的干扰一般难以抑制。
EMI滤波器电路原理及设计 引言 开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。这样就对EMC提出了更高的要求指标。 分类： 开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。 EMI滤波器介绍 开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 1.开关电源的EMI干扰源 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 （1）功率开关管 功率开关管工作在On-O ff快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。 （2）高频变压器 高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。 （3）整流二极管 整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。 （4）PCB 准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。
射频滤波器的种类、作用及原理 一、概述 1．射频滤波器定义 凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器，相当于频率“筛子”。 2．射频滤波器分类 幅频特性如下
频率通带：能通过滤波器的频率范围 频率阻带：被滤波器抑制或极大地衰减的信号频率范围。 截止频率：通带与阻带的交界点。 2）按物理原理分：机械式、电路式 按处理信号分：模拟、数字 3．射频滤波器的作用 1）将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比； 2）滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度； 3）从复杂频率成分中分离出单一的频率分量 。 二、理想滤波器与实际滤波器 1．理想滤波器的频率特性 理想滤波器：使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。 如理想低通滤波器的频率响应函数为
理想滤波器实际上并不存在。 2．实际滤波器 实际滤波器的幅频特性如下图所示 实际滤波器的特性需要以下参数描述： ①信频程选择性： 与上、下截止频率处相比，频率变化一倍频程时幅频特性的衰减量，即 信频程选择性总是小于等于零，显然，计算信量的衰减量越大，选择性越好。 ②滤波器因素：－60dB处的带宽与－3dB处的带宽之比值，即 ③分辨力：即分离信号中相邻频率成分的能力，用品质因素Q描述。 3．实际带通滤波器的形式 ①恒定带宽带通滤波器:B=常量，与中心频率f0无关。
②恒定百分比带通滤波器： 在高频区恒定百分比带通滤波器的分辨率比恒定带宽带通滤波器差。 三、RC无源模拟式滤波器 1．一阶RC低通滤波器