KA_IX

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电路设计信号滤波处理方案如何选取

2021-5-18 12:04:28 显示全部楼层
电路设计的时候,关键信号滤波处理必不可少,常见的几种滤波有LC,CL,Π型滤波和T型滤波,这里我们把LC和CL这两滤波电路拎出来做对比。
在做对比前我们需要弄清楚两个概念:1.插入损耗,2源阻抗和负载阻抗效应。
一、插入损耗定义如下

其中VL(with filter)是滤波后电压,VL(without filter)是滤波前电压。其实就是以指数的形式来表达滤波前后功率的比值。由于一般VL(with filter)小于VL(without filter),因此滤波电路的插损值均为负数,数值越小预示着滤波效果越理想。示意图如图1。
图1. 插入损耗示意图


二、源阻抗和负载阻抗效应
滤波电路如何搭配,按何种顺序来放置才能得到更理想的插入损耗,在大多数情况下,这取决于源和负载阻抗的值。一般规则是,电感放在低阻抗侧,而电容应放在高阻抗侧。

三、CL和LC滤波电路仿真测试
我们通过研究二阶滤波电路CL和LC来验证上述阻抗效用,
如图2(a)所示。网络分析仪在端口1处提供50欧姆的源阻抗。网络分析仪在端口2处端接50欧姆负载阻抗。图2(b)和(c)显示了在负载侧插入1kΩ阻抗的配置,模拟源阻抗小(50欧姆),负载阻抗大(1050欧姆)的情况。
图2. (a)无滤波器 (b)低阻抗侧接电感,高阻抗侧接电容 (c)高阻抗侧接,低阻抗侧接电容

图3显示了两种滤波电路的插入损耗曲线
图3. LC和CL滤波电路插入损耗曲线

从图3可以看出,LC滤波器明显优于CL滤波器。LC滤波器在10 MHz时的插入损耗比CL滤波效果大约多15 dB。这与将电感放置在低阻抗侧而将电容放置在高阻抗侧的一般规则是一致的。

四、CL和LC滤波电路实际测试
为了验证仿真结果,做了如图4所示的测量设置。
图4. EMC滤波电路VNA测量设置

图5. 测试DEMO板

由于使用了四通道网络分析仪,因此我们可以同时评估两个不同的滤波电路的情况。图6显示两种滤波电路的实际测量结果。
图6. LC和CL滤波电路实际插入损耗测量结果

显然,LC滤波电路的性能优于CL滤波电路,这与仿真结果一致。如表1和2所示,在100kHz – 10 MHz频率范围内,仿真和测量结果非常接近。
表1:CL滤波电路的仿真和实际测量插入损耗对比

表2:LC滤波电路的仿真和实际测量插入损耗对比

在10 MHz时,两个滤波电路的仿真插入损耗之间的差为15.1 dB,与实测结果接近(实测相差16.7dB)。
需要强调的一点是,我们发现实际测量结果和仿真结果会存在差异,这是因为与理想电路相比,现实情况下滤波器件和PCB走线存在寄生效应。
最后,测量结果清楚地表明,在整个频率范围内,LC滤波电路比CL滤波电路在源阻抗小,负载阻抗大的情况下具有更高的插入损耗和更好的滤波效果。



来源:韬略科技EMC

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