EMI滤波元件与滤波器的种类

　　滤波器的种类繁多，除了一些传统的电感、电容及其组合外，还有多种新技术产品，其用法各不相同。根据应用场合不同，可把它们分为三大类：

　　① 在交、直流电源部分使用的滤波器：电源滤波器、磁环和磁珠等；

　　② 在信号线上使用的滤波器：信号滤波器、磁环和磁珠、穿心电容、滤波连接器（即滤波器阵列）等；

　　③ 在印刷电路板上使用的滤波器：去耦电容、片状（表面安装式）滤波器、磁珠等。

　　3） 电感器与电感型滤波器

　　线圈与其回流部分就可构成一个传统的电感器，通常有单线圈或多线圈式的。电感器可按其环绕的磁芯来分类，最常见的两种类型是空气磁芯和磁性磁芯。磁性磁芯电感器（简称磁芯电感）又可按其磁芯是开路或闭路作进一步分类。另外，目前广泛应用的铁氧体磁环（或磁珠），虽然在物理概念上讲起变压器的作用，它也更象一个随频率变化的可变电阻，但是人们通常还是把它当作电感器来考虑。

　　实际应用中的电感器，其绕制导线中必然含有寄生的串联电阻及绕线间的分布电容，因此应用中会在某些频率上产生谐振现象。衡量电感器性能的主要参数有：分布电容、有效电感、品质因数Q、自谐振频率和饱和电流等。这些都是应用中应该考虑的。

　　① 普通线圈式电感器

　　具有同样体积和匝数的开路磁芯电感比空气芯电感有大得多的电感量和Q值，闭路磁芯情况会更好。电感器的一个重要特性是产生杂散磁场和对杂

　　散磁场敏感。空气芯或开路磁芯电感器最容易引起干扰。，因为其磁通从电感器扩展到相当大的距离。就对磁场的敏感度而言，磁芯电感器比空气芯电感器敏感得多，而开路磁芯是最敏感的，因为磁芯（低磁阻通路）集中了外部磁场并引起更多的磁通流过线圈。

　　普通电感型滤波器一般只用于低频滤波。在高频条件下，其插入损耗开始降低。这是因为随着频率的增加，当频率超过电感器的自谐振频率后，寄生电容的阻抗开始降低从而引起电感器的阻抗降低。这样一来，高频噪声便得不到良好的抑制而通过电感器引起噪声泄漏。

　　② 铁氧体磁环电感器

　　空心铁氧体磁环可以套在导线上，而带引线的铁氧体磁珠则串联在导线中。带引线的铁氧体磁环具有简单的结构，如图6所示，因为通过磁芯可提供一个良好的回流端，从而其寄生电容较小。不带引线的铁氧体磁环情况一样。所以，铁氧体磁环电感器具有良好的高频特性，其工作频率可达1GHz或更高。它可以应用在低阻抗电路中的高频滤波和去耦。

　　4） 脉冲电压吸收器

　　对瞬态脉冲电压（如静电放电、浪涌、脉冲群等）的干扰，可采取滤波或吸收的措施。但滤波器对幅值较大的瞬态电压抑制能力有限，有效的办法就是采用脉冲电压吸收器。脉冲电压吸收器有避雷管、压敏电阻和瞬变电压吸收二极管（TVS）。目前市场上已有片状式的压敏电阻及TVS阵列供应。（因为严格地讲，脉冲电压吸收技术并不属于滤波的范畴，所以这里不再对其做详细介绍。如有需要，请参考相关资料及产品手册。）

　　5） 复合型滤波器

　　在实际应用中，若单一元件型滤波器达不到理想的滤波效果，就可以考虑使用复合型的滤波器。复合型滤波器可看作是若干个单一元件型滤波器的级联。现时市场上还有将几个滤波元件组合在一起的器件供应。下面对几种常用的复合型滤波器做简单介绍。

　　① 交流电源滤波器

　　典型的交流电源滤波器如图9所示。可以看出，它既可以防止从外部电源来的噪声进入设备，也抑制了设备自己的电磁发射进入共用电网。图示的这个交流电源滤波器用到了共模扼流圈以抑制共模噪声，另外还用到几个电容器。直接跨接在电源线两极之间的电容器用来抑制差模噪声，俗称X电容，而跨接在火线或零线与地线之间的一对电容器用来抑制共模噪声，俗称Y电容。

　　② 信号线EMI抑制滤波器

　　信号线EMI抑制滤波器是特殊设计的品质优良的复合型滤波器件。图10所示的是村田公司的产品。用于高速信号线上的滤波器应具有“陡峭”的插入损耗特性曲线，要求它能将噪声从信号中分离出去，而不使信号波形产生失真。这是因为，在高速信号线中的噪声频率与信号频率比较接近，若采用三端电容器或其他简单的滤波器可能对信号和噪声同时进行压缩而造成信号波形的畸变。在这种情况下，就应采用特制的信号线EMI抑制滤波器。

　　③ Block Type/块状型滤波器

　　这也是一种性能优良的滤波器件，它组合了铁氧体磁珠、穿心（旁路）电容和独石电容。它具有较高的额定电流和工作可靠性。图11所示的是村田公司的产品。

　　④ SMT T-Type/SMT T型滤波器

　　如图12所示，这类T型滤波器是以三端电容为主体的组合了铁氧体磁珠的滤波器件。特别的设计和结构保证了它具有较高的额定电流和额定电压，并具有极宽的温度适应范围和工作可靠性。在有特殊要求的情况下，它特别适合在直流电源线和信号线上使用。

　　⑤ 具有浪涌吸收功能的EMI抑制滤波器

　　村田公司生产的这类型片状式的或引线式的三端滤波器，可以简单理解为压敏电阻与电容、电感的组合器件

　　⑥ 其他特殊用途的滤波器件

　　目前市场上还有为一些特定用途而专门设计的滤波器件供应，详见其产品手册。

　　2） 电容器与电容型滤波器

　　按照电容器内绝缘介质材料的种类，电容器可分为电解电容、纸介电容、聚酯树酯电容、陶瓷（独石）电容、聚苯乙烯聚丙烯电容等，另还有新型的穿心电容、三端口电容等。不同类型的电容器其特性不同，它可能满足某一规范但不man

　　足其他规范。有时为了在较宽的频段提供滤波，经常将两种不同类型的电容器并联使用。表征电容器的主要技术参数包括：工作频率、寄生电阻、寄生电感、温度敏感性、失效方式以及容量与体积的比值等。只有首先掌握了这些特性，才能正确地选择滤波电容的种类及参数。

　　① 铝电解电容与钽电解电容

　　铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度mingan。它适用于温度变化不大、工作频率不高（不高于25kHz）的场合，可用于低频滤波。铝电解电容具有极性，安装时必须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。

　　与铝电解电容相比，钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是，它的工作电压较低。

　　② 纸介电容和聚酯薄膜电容

　　其容体比较小，串联电阻小，感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高（如1MHz以下）的场合，可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时，可把其外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

　　③ 云母和陶瓷电容

　　其容体比很小，串联电阻小，电感值小，频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、工作频率高（频率可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱，因此不能将它随便跨接在低阻电源线上，除非是特殊设计的。

　　④ 聚苯乙烯电容器

　　其串联电阻小，电感值小，电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。

　　⑤ 穿心电容（有时称作Feed-through/旁路电容）

　　穿心电容的结构是地电极围绕在介质周围而信号线穿过介质。这种结构保证了它的电感值很小，高频性能极好，工作电流和工作电压也可以很高。它适用于高频及安装在屏蔽壳体上的场合。目前它被广泛应用于军用设备和移动通讯手机中。使用穿心电容时，应注意必须将其外壳良好接地，只有这样才能达到预期的滤波效果

　　⑥ 三端电容

　　在高频线路中，因为一般的电容器的引线具有电感分量，所以影响了其高频特性。而三端口电容在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小，因此其插入损耗特性优于两端口电容，从而改善了电容器的高频特性。三端口电容有引线式的和片状式的

　　⑦ 片状固态电容器阵列

　　片状固态电容器阵列可以看作是几个三端电容的集成，因而同样具有三端片状固态电容器一样的滤波特性。它也是通过其两端“地电极”而接地。村田公司现有4线、6线和8线式的片状固态电容器阵列供应。片状固态电容器阵列中各信号线之间的串扰很低，可达-40dB以上。显然，使用阵列式滤波器可明显简化印制板板的设计、减少对印制板的占用面积，同时也方便了滤波器的安装

　　3） 电容器与电容型滤波器

　　按照电容器内绝缘介质材料的种类，电容器可分为电解电容、纸介电容、聚酯树酯电容、陶瓷（独石）电容、聚苯乙烯聚丙烯电容等，另还有新型的穿心电容、三端口电容等。不同类型的电容器其特性不同，它可能满足某一规范但不满

　　足其他规范。有时为了在较宽的频段提供滤波，经常将两种不同类型的电容器并联使用。表征电容器的主要技术参数包括：工作频率、寄生电阻、寄生电感、温度敏感性、失效方式以及容量与体积的比值等。只有首先掌握了这些特性，才能正确地选择滤波电容的种类及参数。

　　① 铝电解电容与钽电解电容

　　铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏感。它适用于温度变化不大、工作频率不高（不高于25kHz）的场合，可用于低频滤波。铝电解电容具有极性，安装时必须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。

　　与铝电解电容相比，钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是，它的工作电压较低。

　　② 纸介电容和聚酯薄膜电容

　　其容体比较小，串联电阻小，感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高（如1MHz以下）的场合，可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时，可把其外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

　　③ 云母和陶瓷电容

　　其容体比很小，串联电阻小，电感值小，频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、工作频率高（频率可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱，因此不能将它随便跨接在低阻电源线上，除非是特殊设计的。

　　④ 聚苯乙烯电容器

　　其串联电阻小，电感值小，电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。

　　⑤ 穿心电容（有时称作Feed-through/旁路电容）

　　穿心电容的结构是地电极围绕在介质周围而信号线穿过介质。这种结构保证了它的电感值很小，高频性能极好，工作电流和工作电压也可以很高。它适用于高频及安装在屏蔽壳体上的场合。目前它被广泛应用于军用设备和移动通讯手机中。使用穿心电容时，应注意必须将其外壳良好接地，只有这样才能达到预期的滤波效果

　　⑥ 三端电容

　　在高频线路中，因为一般的电容器的引线具有电感分量，所以影响了其高频特性。而三端口电容在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小，因此其插入损耗特性优于两端口电容，从而改善了电容器的高频特性。三端口电容有引线式的和片状式的

　　⑦ 片状固态电容器阵列

　　片状固态电容器阵列可以看作是几个三端电容的集成，因而同样具有三端片状固态电容器一样的滤波特性。它也是通过其两端“地电极”而接地。村田公司现有4线、6线和8线式的片状固态电容器阵列供应。片状固态电容器阵列中各信号线之间的串扰很低，可达-40dB以上。显然，使用阵列式滤波器可明显简化印制板板的设计、减少对印制板的占用面积，同时也方便了滤波器的安装

　　④ 片状铁氧体电感器阵列

　　与片状固态电容器阵列一样，片状铁氧体电感器阵列也有4线、6线和8线式的，同样也具有相似的优良特性。

　　⑤ 交、直流扼流圈

　　共模扼流圈是由两个绕向相同、匝数相同的绕组及磁芯构成的电感器，一般常用双线并绕而成，如图8所示。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流（包括地环路引起的骚扰电流，也处称作纵向电流）流经两个绕组时方向相同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。

　　在一些特别的情况下，电源滤波电路中也可能用到同芯闭环对称差模扼流圈，以抑制线路中频率较高的差模噪声。扼流圈在交、直流电源滤波电路和信号电路中都会用到。

　　铁氧体磁环对抑制共模电流非常有用。如果配对的两根导线（信号线和地线）穿过铁氧体磁环，铁氧体磁环仅抑制不希望存在的EMI电流，而对有用的差模电流没有影响。铁氧体磁环套在同轴电缆上也同样有效。

　　铁氧体磁环最明显的缺点是阻抗不高。另外，在应用中还要注意到以下几点：

　　a） 当环或珠的长度接近λ/4时（λ为滤除噪声对应波长），它将变得无效。

　　b） 铁氧体磁珠的端-端电容（典型值为1~3pF）在某些频率上对其串联阻抗旁路，使其对噪声的衰减无效。

　　c） 当磁感应强度超过一定范围时，铁氧体磁环出现饱和，效率降低。

　　d） 当铁氧体磁环套在多根电缆上时，可能增加相邻导线之间的感性交扰。

　　③ 片状铁氧体磁珠电感器

　　图7是一个片状铁氧体磁珠电感器的示意图。简单的片状铁氧体磁珠的内部引线是直线型的，所以它的阻抗值较小。而内部引线为盘绕式的片状铁氧体磁珠具有相对较高的阻抗值。