第4章(3)-干扰滤波技术

第二类：开关工作模式产生的，频率较低的成分以差模
形式出现在电源输入线上，频率较高的成分以共模形式 出现。

共模噪声是由于高频成份辐射产生的： 三极管与散热片之间的寄生电容，将三极管的开关噪
声耦合到地线上，

脉冲回路产生的辐射感应到所有导线上 负载电流越大，或输入电压越低，则差模干扰越强 共模干扰当输入电压最高时，最大，与负载无关。
其中k＝π fRC (单个电容滤波器), k＝π fL/R (单个电感滤波器),
R－－－信号源阻抗，负载阻抗；C－－－滤波电容；L－－－串联电感
三种基本n级低通原型滤波器
当希望滤波器通带内衰减小，通带外衰减大时：需要采用多级级 联，要求具有截止频率外的阻带衰减率为20ndB/10倍频程或者6ndB/ 倍频程，其中n为滤波器的级数

这类多级滤波器的设计方法和步骤：
1、利用综合网络技术确定n级低通原型滤波器的各电抗元件数值，并列成 表格，
2、经过带宽与阻抗的综合换算，得到实际的各电抗元件数值
3、这类多级滤波器结构选择要求具有下列几种频率响应函数的滤波器中的 一种 巴特沃思滤波器: 通带内具有最平坦的振幅响应 契比雪夫滤波器: 通带内具有等纹波的振幅响应 贝塞尔滤波器:具有最平坦的时延响应

滤波器的截止频率与滤波器件的参数有关。例如，要
增加滤波器对较低频率干扰的衰减，只能通过增加电感 的电感量或电容的电容量。

注意：不要试图用有源滤波器来解决电磁干扰的问题，
因为有源器件（运算放大器）本身又是一个干扰发生源， 由于其非线性作用，会产生新的干扰频率成分。
电路与插入损耗的关系
100 插 入 损 60 耗 dB 40 20 fc 10fc 100fc



T形滤波电路：
IL = 20lg[2LC + （L2C3 + 2L）/（ZS+ZL）] ，ZS、ZL < 50； 形滤波电路： IL = 20lg[2LC + （LC23 + 2C）ZSZL /（ZS+ZL）] ，ZS、ZL > 50；

四、滤波器器件参数的确定
R
L C
三、常用干扰滤波器的分类
衰减
低通
截止频率
衰减
高通
3dB
fc 衰减 带通 衰减 带阻

电磁兼容设计中，低通滤波器用得最多，因为：
电磁干扰大多频率较高的信号，因为频率越高的 信号越容易辐射和耦合 数字电路中许多高次谐波是电路工作所不需要的， 必须滤除，防止对其它电路产生干扰。

电源线上的滤波器都是低通滤波器。
制20dB（这是较低的要求），则要求滤波器的阶数至少为4阶。

另一种情况是：干扰的强度较强，需要抑制量较大；例如，有用信
号的频率为 10MHz 以下，干扰的频率为 100MHz ，需要将干扰抑制 60dB ，
则要求滤波器的阶数至少为3阶 。

增加滤波器的器件数仅增加了过渡带的斜率，而不能
改变滤波器的截止频率。
20N/十倍频程 6N/倍频程
5阶 4阶 3阶
2阶
1阶
80
1000fc
确定滤波器阶数
欲衰减20dB
4 6=24 20 至少4阶滤波器
50 100
阶数决定过渡带的陡度
欲衰减20dB
L、C的数值决定截止频率
1 20 = 20
1阶滤波器就可以了 为了保险，可用2阶
10
100
根据阻抗选用滤波电路

设计时：在保证滤波器安全，环境、机械、和可靠性能
满足有关标准的要求的前提下，实现尽可能高的插入损耗；

应用时：在安全，环境、和可靠性能满足要求后，总是
选用插入损耗高的滤波器；

因为，很高的插入损耗意味着对干扰信号的抑制能力强。

过渡带与器件数量的关系： 当严格按照滤波器设计方法设计滤波电路时，每增加一
C3＝ Cb/ （Z 2πfc）＝2.00/(72×2π×32×106) =138pF
L2＝L4＝ ZLb / 2πfc ＝72×1.618/(2π×32×106)=0.58uH 5、频率响应见下图
5级低通滤波器的频率响应 可见，该低通滤波器在频率66MHz处的衰减约为31dB，满足设计要求， 通带内的插入损耗在30MHz处为2dB，在28MHz以下则低于1dB

这种滤波器本身没有实用价值，但通过利用以下法则把带宽和阻抗换算到任何
值，就可以得到有实用价值的滤波器
① 带宽换算：所有的电抗分量除以弧度为单位的、预期的截止角频率ωc＝2πfc， 得到： La＝Lb/ 2πfc Ca＝Cb/ 2πfc （a为换算后，b为换算前）
② 阻抗换算：所有的电阻和电感乘以预期的源和负载的阻抗量级Z，得到： Ra＝ZRb La＝ZLb Ca＝Cb/ Z

另外，如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生
强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射 发射的限制要求，或对其它设备造成干扰。
二、差模干扰和共模干扰
1、共模和差模电流
~

差模干扰电流：干扰电流在信号线与信号地线之间（或电源线的火线和零
线之间）流动。在信号电缆中，差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和
时要获得不小于30dB的衰减，需要原型滤波器的级数n＝5；
3、查找巴特沃思滤波器原型的元件值对照表得到各级元件值为： C1=C5=0.618F, C3=2.00F, L2=L4=1.618H, 4、利用带宽和阻抗的综合换算法则： Rg＝RL=72Ω C1＝C5＝ Cb/ （Z 2πfc）＝0.618/(72×2π×32×106) =43pF

高通滤波器用在干扰频率比信号频率低的场合，如在一些
靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。

带通滤波器用在信号频率仅占较窄带宽的场合，如通信接
收机的的天线端口上要安装带通滤波器，仅允许通信信号 通过。

带阻滤波器用在干扰频率带宽较窄，而信号频率较宽的场
合，如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装阻带频率
源阻抗
高 高 低
低
电路结构 C、、多级 、多级
负载阻抗
高 低 高
低
反、多级反
L、多级L
规律：电容对高阻，电感对低阻
插入损耗的估算
IL
Zs
C ~
ZL
Zs
L
Fco = 1/(2 Rp C) Fco = Rs/(2 L）
Zs、ZL串联 Zs、ZL并联
~
ZL
电路与插入损耗的关系

单电感滤波电路： IL = 20lg[L /（ZS+ZL）] ，ZS、ZL分别是源和负载阻抗。ZS、ZL << 50； 单电容滤波电路： IL = 20lg[C ZSZL /（ZS+ZL）] ，ZS、ZL >>50； 形滤波电路： IL = 20lg[（L /ZS）+ LC2 ] ， ZS >> ZL ； 反形滤波电路： IL = 20lg[（L /ZL）+ LC2 ] ， ZS << ZL ；
第4章（3） 电磁干扰滤波技 术



干扰滤波在EMC设计中作用 差模干扰和共模干扰 常用干扰滤波电路 怎样制作有效的滤波器 正确使用滤波器

屏蔽技术是为了防护辐射干扰 滤波技术就是为了抑制传导干扰

需要实施滤波的情况：
在高频系统中，为了抑制工作频带以外的任何频带上
的干扰信号
在各种信号电路中，为了消除频谱成分不同于有用信 号的干扰信号 在电源电路、操纵电路、控制电路及转换电路中，为 了消除沿这些电路的干扰作用
开关电源噪声
1.由于电路非线性产生的50Hz的奇次谐波（1、3、5、7
）
2.开关频率的基频和谐波（1MHz以下差模为主，1MHz以上共 模为主）


开关电源产生的噪声有两类：
第一类：由于非线性产生的，为电源基频的奇次谐波。
电磁兼容标准对这种谐波发射的都有限制。（GJB 151A 中的 CE101）
插入损耗IL的定义：
IL = 20 lg（V1 / V2）
dB
式中： V1 是信号源与测量仪表（频谱仪、接收机、高频毫
伏表等）直接连通时，仪表的读数， V2是在信号源与测量 仪表之间插入滤波器时，仪表的读数。

实际测量时，要注意滤波器输入输出端在高频时的耦合，
另外，滤波器的接地线较长时，会使高频插入损耗值减小。
原型滤波器的衰减与频率、级数的关系 原型滤波器所需的级数可以由此表查得
巴特沃思滤波器原型的元件值对照表
此表列出 n＝1～20级的原型滤波器的电容C和电感L的元件值
续表
五级巴特沃思原型滤波器示意图
解题步骤： 1、根据题意确定滤波器的衰减特性； 2、利用滤波器的衰减特性查找原型滤波器的衰减与频率、级数的关 系图得到原型滤波器的级数n，n＝5；
R
滤波器的电路形式确定以后，需要确定电感、电容的参数。电感、
电容的参数决定了滤波器的截止频率。
L = R / 2FC
L/2 和 C/2，中间的不变。
C = 1 / 2RFC
对于T形（多级T）和 形（多级）电路，最外边的电感或电容取
滤波器的几种基本形式
原型滤波器及其换算关系

原型滤波器：是指角频率ω为1rad/s，阻抗量级为1Ω的滤波器
对于大地是等幅同相的) ，这个电压产生电流； 2、由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致，在这个地电压的 驱动下产生电流； 3、设备上的电缆与大地之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。

从定义容易理解，共模电流本身并不会对电路产生影响，
只有当共模电流转变为差模电流（电压）时，才会对电路产 生影响。这种情况发生在电路不平衡的情况下。
2）高通滤波器的设计

高通滤波器与低通滤波器矩具有频率对称性，故高通滤波器可以由低通 滤波器来得到，只要将ωhp＝1/ωLP代入低通原型滤波器的传输函数就得 到高通原型滤波器，利用这种变换时，
3、利用综合网络技术确定n级低通原型滤波器的各电抗元件数值，
4、经过带宽与阻抗的综合换算，得到实际的各电抗元件数值。
解：
1、为保证元件公差5％，确定其截止频率fc＝32MHz，最低干扰频率fi＝ 66MHz，故:其归一化（相对）频率为f＝fi/fc＝66/32=2.06 2、查找原型滤波器的衰减与频率、级数的关系图得到在相对频率为2.06
个器件，过渡带的斜率增加 20dB/ 十倍频程，或 6dB/ 倍
频程。
因此，若滤波器由 N 个器件构成，则过渡带的斜率为
20NdB/十倍频程，或 6NdB/倍频程。

怎样确定过渡带?
两种情况下要求过渡带较短。

一种情况是：干扰信号的频率与工作信号频率靠的较近时；例如，
有用信号的频率为 10 ～ 50MHz ，干扰的频率为 100MHz ，需要将干扰抑
一、滤波器的作用
信号滤波器
电源滤波器
切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构 成完善的干扰防护。
滤波器的作用
信号滤波器
电源滤波器
允许工作必须的信号频率通过，而对工作不必须的信号频率 有很大的衰减作用，这样就使产生干扰的机会减为最少。
滤波器的作用
满足电源线干扰发射和抗扰度要求
满足抗扰度及设备辐射发射要求
等于电台发射频率的带阻滤波器。
低通滤波器类型
C T
L
反


不同结构的滤波电路主要有两点不同：
1 电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带 的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过 渡带越短。
2 不同结构的滤波电路适合于不同的源阻 抗和负载阻抗。
滤波器插入损耗的定义

滤波器对干扰的衰减作用用插入损耗表征，
信号地线构成的回路中感应出的。

开关电源工作时，在电源线上既会在产生很强的共模干扰，也会产生很强
的差模干扰。
空间的电磁波（通信、雷达、雷电等） 在电缆上感应出共模干扰
2、共模/差模干扰的产生
IDM
ICM 电网中电感性开关的通断，会 产生差模的脉冲干扰
V
ICM
V
ICM
两台设备之间的地线电位导致 共模电流
信号线滤波器
干扰源
共模和差模电流
~

共模干扰电流：干扰电流在电缆中的所有导线上幅度/相位相同，它在电缆与大地
之间形成的回路中流动。wenku.baidu.com

如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不
能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，或对其它设备造成干扰。


要注意的是：
造成这种干扰的电流的原因有三个： 1、外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出来电压(这个电压相
③ 带宽和阻抗综合换算：联解①②，得到：
Ra＝ZRb
La＝ZLb / 2πfc
Ca＝Cb/ Z2πfc
1）低通滤波器的设计
基本原型低通滤波器及其频率响应
（a）图表示基本低通原型滤波器及其对偶，（b）图表示低通原型的频率响应
按照前面换算法则由原型滤波器得到的截止频率为1MHz、源和负载阻抗为50Ω 的低通滤波器 这种单个电容或电感的低通滤波器的插入损耗为：IL=10lg（1＋k2）（dB）