低通滤波器课程设计

桥丝 导线 桥丝 外壳
图4 冲击波触发图 根据安全系数的要求，滤波后导线与地间（外壳）的电压应小于 30V。 c、滤波器插入损耗要求 根据技术协议要求，由于S波段频率为2G-4G电磁波为0.1m左右，在 200V/m的场强空间内，感应到滤波器两引线上的电位差应 ≤0.1m×200V=20V。根据插入损耗计算公式IL=20log10V1/V2。（V1— 200V/m的场强感应到滤波器两引线上的电位差≤20V。）（V2滤波器滤 波后的输出电压因负载的安全电压为1V。）则IL=20 log1020V/1V=20×1.3=26dB。考虑到技术协议的要求保留16.5dB的余
图中1，3为差模端口，2，4为共模端口，通过分析可同时得到差模 和共模干扰的抑制比。
由仿真可见，滤波器插入损耗≥50dB，而滤波器的插入损耗要求 IL≥45dB，按技术协议要求，根据公式IL=20log10Va/V线-线（IL=45dB Va=20V）则log10 V线-线= log1020-45/20，得出线—线滤波后的输出 电压V线-线=10-0.95V=112mV，又根据公式IL=20log10Vb/V线-地 （IL=45dB Vb=200V）则log10 V线-地= log10200-45/20，得出线—地 滤波后的输出电压V线-地=10-0.05V=1.12V，由此可见能满足技术协议 要求。
金属外壳 输出屏蔽 金属外壳 电缆
负载
滤波器
输出线 图1 屏蔽原理图
输出屏蔽电缆与负载采用接插件连接，要求屏蔽电缆与接插件进行 360º的电连接，达到屏蔽高频干扰的作用。 1.2 内部屏蔽
对于微波频段干扰要达到有效的滤波，除滤波电路设置之外，滤波 器的结构也必须充分考虑。
由于滤波器输入与输出端口都是普通导线，且处于滤波器的同侧，
所谓滤波，就是将不需要的干扰信号通过LC电路进行滤出，只通过 有用的信号。 2.1负载
在系统中工作电压为26±4V，额定电流5A，作用时间20-50ms，见 图2。
26
t1
t2
t（ms）
图2 工作信号图
图中20mS≤At-「2-t」≥50 mS
在滤波时，图中工作的信号必须最大可能的减少损失，其余的干扰
信号最大限度地滤除。
2.2电磁波干扰类型
电磁波干扰分为共模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ扰和差模干扰
2.2.1共模干扰
一般而言，共模干扰主要是指线对地（外壳）之间的干扰，在差模
负载上不形成电流，不会产生有害影响。但导线与外壳之间的共模电压
过高也会导致误触发，根据安全系数要求，共模干扰按200V设定。共模
电压要求小于0.15×200V=30V。
k
。。
电源
负载 装置
滤波器
。。
图5 开关隔离图 b）100KHz以上 在100KHz以上的差模，在输入线采用双绞线、输出线上使用屏蔽 线。以上结构只能提供有限的抗干扰能力，必须采用具有足够抑制比的 滤波电路。才能消除和降低差模干扰信号，满足保护负载要求。 2.4.2 共模滤波 共模干扰，主要指线对地的干扰，一般而言，共模干扰在差模负载 上不形成电流，共模干扰应小于300V。根据安全系数要求，共模电压要 求小于0.15×200V=30V。该干扰信号必须通过滤波电路滤波使共模干扰 信号达到需要的程度。 综上所述，在滤波器设计中采用L、T、π型多重滤波达到滤出和降
如果不采取适当的屏蔽措施，即使电路滤波性能良好，端口处导线之间 的直接耦合也将倒置滤波器的抗干扰性能严重下降。
综合以上因素考虑，滤波电路分割成输入和输出两个相对独立的腔 体，两块电路之间信号通过穿芯电容连接，有效避免了输入输出导线之 间以及其它电路元件之间的相互耦合。
为保证电路板与外壳之间的良好接地，防止电磁信号经过缝隙在两 个腔体之间产生耦合，两块电路板固定在同一块金属板的正反两面，金 属板的四边通过导电胶、焊接等措施保证与壳体之间有效接地，边角等 处缝隙尺寸远小于干扰信号的波长。 2 滤波电路设计
量，因此滤波器的插入损耗要求应≥26dB+16.5dB=42.5dB。滤波器插入 损耗≥45dB。 2.4 滤波器工作原理
滤波器工作主要分为三个部分。 a）差模滤波 b）共模滤波 c）抗高电压静电 3.2.4.1 差模滤波 差模干扰，主要指线——线间的干扰。在这里是危害最大的，在前 面以指出只要有大于0.15V的干扰电压，就会对设备工作产生危害。 信号的辐射是随着频率的升高，辐射效能随着升高，特别在100KHz 以内，辐射的效率很低，主要以传导的方式传入，所以我们可以有针对 地进行处理。 a）0—100KHz之间 主要采用物理隔离的方法，设备开始工作时的开关即为隔离途径。
在本系统中，IMNFI为1A（5分钟），桥丝电阻为1.1±0.1Ω，由此 可行V MNFV为1V，及施加干扰不能大于1V。见图3
滤波器
U1
负载
U2
图3 滤波器初始电压与滤波后电压 由于干扰的时间是不定的，根据安全系数要求，滤波后的线与线U2 电压应小于0.15V。 b、线与地（外壳）滤波后的输出电压要求 因干扰频率在微波段，线与地间（外壳）的干扰也会以脉冲的形式 产生误触发。见图4。
低通滤波器设计方案
主要技术指标 在S波段2GHz～4GHz辐射，场强为200V/m（应保留大于16.5dB的余
量）的电磁干扰下，负载应处于安全状态（负载两端电压应不大于 150mV）。
电路应能承受15A的瞬间电流。 具有抗高电压静电。 物理接口设计要求 输入端：采用1m长AFR-250-2×0.5导线连接方式。 输出端：采用屏蔽导线压在壳体上的插座输出方式，导线长为0.2m 的AFP-1-2×0.35。 设计原理 根据技术协议要求对S波段2G-4G的电磁干扰滤波进行屏蔽和电子线 路滤波二个方面设计。 1屏蔽 1.1外部屏蔽 滤波器的输出线直接与负载相连，并且为裸露的导线，这样，即使 再好的滤波器，由于导线的耦合作用，高频干扰同样在引出线上存在， 所以将滤波器的输出线进行屏蔽，和负载的金属壳体组成常用的哑铃结 构，达到屏蔽的效果。在滤波器引出线上增加了屏蔽线。 如图1：
2.2.2 差模干扰
差模干扰主要是指线与线之间的干扰，根据安全系数要求，干扰电
流应满足I<0.15Imax，换算成负载上的干扰电压应小于0.15V差模干扰
电压或干扰功率0.15W。由此可得安全系数：
20log100.15=20×（-0.824）=-16.5dB。
2.3 滤波器输出电压要求及插入损耗要求 a、线与线滤波后的输出电压要求
所选电路拓扑结构和器件参数可以满足共模和差模干扰抑制比的要 求。
低共模和差模干扰信号的目的，才能满足技术要求。 2.4.3 仿真设计 2.4.3.1 滤波器原理图
a）电路分为输入和输出两块电路板。 b）电路中L1——L6为单层线绕电感； c）C1——C8为贴片电容，其中C4、C1是差模滤波电容，与L1—L4组 成差模滤波电路。 d）C9、C10为穿芯电容器，起到连接输入输出电路和屏蔽滤波作 用，既能滤出高频干扰和其他元件组成滤波电路起到共模和差模的滤波 作用。 通过选择适当的元件参数，以上元件组合形成的滤波器对S波段共模 和差模干扰都能够进行有效的抑制，元器件参数通过仿真进行优化。 2.4.4性能仿真： 根据以上电路图建立仿真模型如下图所示：