片式高频噪声滤波组件及其应用(2)

(上接总第129期p．20)
2 高频噪声抑制组件使用中应当注意的一个问题
    迄今为止，本节中介绍过多种高频噪声抑制组件，如果把已经介绍过的片式磁珠、片式共模电感器和片式电容器一起加进去，那么抑制器件的内容是足够丰富了，而且每一种器件的插入损耗和阻抗特性也是足够优良的，但是在实际线路应用时，则未必尽然。究其原因，这些器件的插入损耗都是在测试标准所规定的特定条件(测试用的信号源的内阻是50Ω；测试用的测量接收机的输入阻抗也是50Ω)下进行的。而接入实际线路当中的噪声源和负载(接在高频噪声抑制组件后面的受保护线路)的阻抗却是一个未知数(可能大于，也可能小于50Ω；甚至有可能在某些频点上是大于50Ω，而在另外一些频点上却是小于50Ω)，所以情况非常复杂，使得高频噪声抑制组件的使用效果难于预测。
    为此在图10中给出了高频噪声抑制组件的一般使用原则：当电路是高阻抗的，可选用电容型滤波器(或π型滤波器)；如果电路是低阻抗的，可选用电感型滤波器(或T型滤波器)。如果滤波电路两侧的阻抗相差较大时，则对阻抗低的一侧，采用电感型滤波器；而对阻抗高的一侧，采用电容型滤波器。这种处理会使滤波效果大大提高。

3 片式高频噪声抑制组件的应用例
    1)片式复合绕线型滤波组件应用例
    图11为绕线型滤波组件用在抑制传输线路上的电磁干扰例。在图ll(a)中用低功耗TTL集成电路搭成一个振荡电路，然后在电波暗室中对该电路电磁发射情况进行测试。图ll(b)是在没有任何改进措施下的测试，可以看出在各测试频率点上超差的情况很多，而且传输的波形有失真(见图左侧的示波图)。作为一个改进措施，在振荡器的输出端子上串联一个复合绕线型滤波组件(11(c))，由于滤波组件有优异的滤波特性，使振荡电路电磁发射的高频部分有很大衰减；同时，考虑到复合型滤波组件有非常陡峭的衰减特性，使波形的低频部分得到了很好保留，因此经复合型滤波组件滤波的波形畸变最小。作为与图11(c)的对比，图11(d)在振荡器输出端串了一个三端电容，由于三端电容会同时衰减信号和噪声频率，尤其是低频段的频率，使信号波形产生较大的失真。由此可见，图11(c)是比较好的方案。

    2)片式阻容复合滤波组件应用例(1)
    图12为片式阻容复合滤波组件用在抑制传输线路上的电磁干扰例。图1 2(a)用CMOs电路搭成的振荡器。图12(b)是振荡器输出端未采取任何骚扰抑制措施时在电波暗室中的辐射发射的测试结果，可以看出在许多频率点上的辐射是超标的。另外，要特别提醒注意的是，在图12(b)右侧特别强调印刷电路板有良好的接地层(印刷电路板的背面整个是一个接地层)。图12(c)是在振荡器输出端采用普通二端电容器(100pF)时的噪声抑制情况。图12(d)是在振荡器输出端采用NFR21GD4701012(片式阻容复合滤波组件)时的噪声抑制情况。就图12(c)和图12(d)的辐射噪声测试结果看，难分伯仲，也就是说就目前的接地和采用抑制器件的方式，对辐射噪声的抑制都是有效的。

    作为对比，在图13印刷电路的背面是一层光板，见图13(a)，再做与图12类似的试验，结果发现图13(c)(在振荡器输出端采用NFR21GD4701012片式阻容复合滤波组件)的试验结果要明显好于图l3(b)(振荡器输出端采用l00pF普通二端电容器)。这就是说采用普通电容器(100pF)在地线不良时的噪声抑制效果将变差。而采用NFR21GD4701012，即使地线不良，由于采用分布参数的电路结构，限制了涌入的电流，也能使噪声抑制取得一定效果。

    3)片式阻容复合滤波组件应用例(2)
    图14为片式阻容复合滤波组件用在抑制传输线路上的波形失真例。其中，图14(a)为CMOS电路搭成的振荡器，振荡器输出经长线传输到远端一个倒相器。图14(b)是未经采取任何波形改善措施，在倒相器输入端测到的波形，由于IC内部的分布电容和传输线分布电感之间的谐振，使得波形产生了上冲和下冲。图14(c)采用普通电容器作为滤波器时，由于普通电容器没有抑制波形失真的能力，所以不能抑制波形中的振荡情况。图14(d)是采用NFR2lG之后，从在倒相器输入端测到的波形，可以看出它对波形失真有改善的能力，可以使波形中的振荡情况减至最小。比较图12、13和14，可以看出片式阻容复合滤波组件NFR21G对抑制传输线的辐射和改善传输线上的波形失真都有一定好处。

    4)表面贴装的高性能滤波器应用例(1)
    一般而言，开关电源的直流电压输出端子由于滤波电容的性能不完善，导致输出噪声的峰峰值偏大(对5V电源言，噪声电压的峰峰值可以达100mV；对12V电源言，可达200mV；对24V电源言，可达500mV)，对于不少模拟线路来说，这显得太大一些，往往需要把噪声电压设法降低，但事实告诉我们，这不是轻易能办到的事情。图15中是采用表面贴装的高性能滤波器来改善输出电压噪声的例子。其中，图15(a)表示在开关电源的5V输出端子上串一个BNX002—01的表面贴装高性能滤波器。作为对比，图15(b)是未加滤波器时的输出噪声的测量情况，图中的电压峰峰值几乎达到200mV。而图15(c)则是采用滤波器之后的噪声电压测试情况，图中的输出几乎成为一条直线，说明输出电压的噪声已明显得到抑制，从而非常好地说明了该表面贴装高性能滤波器在这个线路中的作用。

    5)表面贴装的高性能滤波器应用例(2)
    图16是使用表面贴装高性能滤波器的又一个应用例子。图16(a)显示了干扰脉冲的波形，这是用符合日本电磁兼容抗扰度测试标准要求的高频噪声模拟器(高频噪声模拟器的作用类似于国内采用的脉冲群发生器，同样也是将干扰波形叠加在电源线或信号线上，用来测试被试品的抗干扰能力。发生器的特性阻抗为50Ω，在50Ω匹配时测量得到的脉冲波形最大幅值可以达到2000V，这些都和脉冲群发生器相当；唯发生器输出波形为方波，脉宽可调，可以从50ns开始分级调整到1000ns；发生器的输出脉冲频率可调，从20个脉冲／s调整到80个脉冲／s)的波形作干扰源，来考核表面贴装的高性能滤波器的作用。图16(b)是经表面贴装高性能滤波器BNX002后的输出情况，说明已经得到了充分的滤波，从而证明了这种滤波器的作用。