滤波器（filter），是一种用来消除搅扰杂讯的器材，将输入或输出通过过滤而得到纯洁的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有用滤除的电路，便是滤波器，其功用便是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
滤波器选型
电路规划人员怎么确认在哪种场合该选用哪种滤波器呢？本文旨在协助他们作出这种决议。
滤波器的挑选看似奥秘，但实质上并非如此。不过在许多场合，即便尽心竭力采纳以下所述办法来挑选，也仍是需求实验多个滤波器后才干挑出最适宜的一只。
那么，为什么要煞费苦心去正确的挑选滤波器呢？按这儿供给的原则来进行滤波器的挑选，至少可满意滤波器的正确尺度和类型的要求，因而，试用滤波器仅仅是用一只滤波器替换另一只滤波器，一起查看传导及辐射发射，看哪只滤波器具有最佳的费效比。
假如在规划过程中没有满意的耐性去挑选滤波器，墨菲规律（好象一切的物理、医疗和财务方面的公式都是从这儿派生出来的）标明：终究证明是最适宜的滤波器会与产品的其它要求完全不兼容。要么滤波器太大或太重而不能装置在铸塑模机壳内，需求一笔贵重的从头制作模具的费用，要么需求一种不易完成的装置办法，要么因为滤波器的走漏电流，将使推向市场的产品存在安全隐患问题。的确，假如没有细心挑选正确类型及类型的滤波器，那么依照墨菲规律，挑选适宜的滤波器将添加研制和出产费用，一起也会推延产品的上市时刻。
1. 滤波器有关目标的核算
通过将产品的发射频谱与相关的电磁兼容规范比较，能够预算用滤波器操控发射所需求的衰减量。关于抗扰性操控，能够通过比较外部电噪声（一般取自有关的电磁兼容抗扰度规范）与产品电子线路的活络性以及搅扰期间期望到达的功能等级来预算一个大略值。
当清晰知道一个产品实践的发射或活络功能时，就可采纳准确的核算而不去进行估测。不过，假如不是在一个可控的50Ω阻抗环境中作业，在购买滤波器时，厂家供给的产品目标是靠不住的。
2. 阻抗问题
滤波器的作业原理是在射频电磁波的传输途径上构成很大的特性阻抗不接连，将射频电磁波中的大部分能量反射回源处。大大都滤波器的功能是在源和负载阻抗均为50的条件下测得的，这使咱们直接联想到极为重要的一点，这便是滤波器的功能在实践状况下不或许到达最佳。
调查一个典型的电源线滤波器，它装置在沟通电源线与作为电子产品直流电源的交-直流变换器之间。白日，沟通电源的阻抗在2～2kΩ间改变，取决于与它衔接的负载以及所关怀的频率。衔接到电子设备的电源线的特征阻抗大约在150Ω，当整流器在电源波形的尖峰邻近导通时，适当于短路，而在其它时刻，适当于开路。
滤波器参数是在50Ω的源和负载阻抗的测验环境下取得的，因为大大都射频测验设备选用50Ω的源、负载及电缆。这种办法取得的滤波器功能参数是最优化的，一起也是最具有误导性的。
因为滤波器由电感和电容组成的，因而这是一个谐振电路。其功能和谐振首要取决于源端及负载端的阻抗。事实上，一只价格贵重且50/50功能优异的滤波器或许在实践中的功能还不如一只价格较低且50/50功能较差的滤波器好。
3. 电源线滤波器
图1给出的单级电源线滤波器对源和负载的阻抗都很活络，当作业在实践的源和负载阻抗条件下时，很简单产生增益，而不是衰减。这种增益一般出现在150kHz～10MHz的频率规模内，起伏能够到达10 ～ 20dB。因而，在产品上装置一个不适宜的滤波器后，或许会添加发射强度和/或使活络性变得更糟。
图1 典型的单级电源线滤波器
图2所示的两级或更多级的滤波器，能够使内部接点保持在相对安稳的阻抗上，因而对负载及源的阻抗依靠不是很大，能够供给挨近50/50目标的功能。当然，这些滤波器体积更大，价格更高。
图2 典型的两级电源线滤波器
为了处理阻抗问题，最好是购买出产厂家一起标明晰在“匹配”的50/50测验体系中的目标和在“失配”条件下的目标的产品。失配的数据是在源阻抗为0.1，负载阻抗为100的条件下，和相反的条件下，测得的。一个诀窍是用一切这些曲线中的最坏状况构成一条衰减曲线图，并将其作为滤波器的技能目标。当选用这种办法来挑选滤波器以满意产品的预期意图时，滤波器的功能一般能够到达期望的作用，乃至更好一些。
大大都电源线滤波器选用共模扼流圈和衔接在相线间的X电容处理差模搅扰。假如滤波器用于处理开关电源、相位角功率操控器、马达驱动器等电路产生的低频高强度搅扰问题，则一般需求比X电容所能供给的差模衰减更大的衰减，这时需求选用如图3所示的差模扼流圈。因为磁芯会产生饱满现象，所以很难以较小的体积取得较大的电感量。这些滤波器一般体积比较大并且也比较贵重。
图3 开关电源转化器上运用的典型滤波器
大大都电源线滤波器选用Y型电容，这些电容衔接在相线与地线之间。为了不超越相关安全规范限制的地线答应走漏值，这些电容的值大约在几nF左右。一般地，Y电容应衔接到噪声搅扰较大的导线上（例如，外表活络模仿电路中的电源线，开关电源中的整流器等）。
关于医疗设备，特别是与患者身体触摸的，要求地线走漏电流值适当低，因而运用恣意一种Y型电容都是不行的。这时选用的滤波器需求更大的电感和/或选用多级级联，因而体积较大，价格较高。（最好是在设备与患者相连的那一端选用电池供电，仅通过光耦或光纤与沟通电源供电的设备相连。）
在较大的体系里，来自很多Y型小电容的地线走漏会产生很大的地线电流，这样就会产生地线电压差，然后导致不同设备间的互连电缆上产生“嗡嗡”的沟通声和瞬态高电平。现代最佳处理方案是选用等势三维地线搭接，但许多陈腐的设备中不能完成这一点。因而，决议用在大体系里的设备应运用Y电容很小或底子没有Y电容的滤波器。
最好是运用满意安全认证的电源线滤波器。这些滤波器的安全性、可靠性、温度规模、额外电压和电流以及恰当的安全规范的运用均业已由厂家认证通过。
4. 信号线滤波器
假如传导发射或辐射发射由不行避免的信号频谱引起，那么企图运用差模滤波器来减小这些发射并不是办法。不过对所关怀的信号频谱规模内的频率，选用共模滤波是可行的，因为有用的信号是差模而非共模。
信号线滤波器的技能目标中，一般都疏忽了地线噪声。驱动芯片会产生地线跳动噪声，假如数字印刷电路板的地线面与机壳间的射频搭接欠好，便会在一切导线中产生很多的数字0V噪声，因而，外封装上标有低转化速率的驱动芯片仍或许产生高电平的射频噪声。
低频模仿信号中运用的滤波器，尤其是当电子电路的活络度十分高时，需求选用如电源线滤波器相同的单级或多级电路。但是，在大都状况下，信号是数字化的或高电平模仿信号，对搅扰不很活络，因而可选用R、L、C、RC、LC、T、或π型滤波器，如图4所示。
图4 各种信号线滤波器
R和L滤波器的根本作业原理是产生一个高阻抗以反射搅扰，但这一般仅能取得几个dB的衰减。当源和负载阻抗都较低时，这种滤波器是最适合的。L滤波器能产生谐振，因而最好由软铁氧体磁性材料做成（拜见下述部分）。因为电阻中存在0.2 pF左右的寄生旁路电容，因而R滤波器在高频时会失掉滤波效能。
C滤波器能产生一个低阻抗来反射搅扰，一般用在源和负载阻抗都比较高的场合。一般，C滤波器的功能曲线看起来都是比较抱负的，但实践上远不是这样。
具有较大R值的RC滤波器是比较抱负的，因为它不会产生显着的谐振。但当信号频率在几kHz以上，或传输率在kB/s以上的电路中，高R值（最好是取10k左右）是不适合的。
LC、T和π型滤波器能够有更高的衰减值，但当它们衔接到非50的源和负载阻抗的环境中时会产生谐振现象。这个问题能够通过在电感上装入铁氧体来处理。铁氧体在低频（有时可达10MHz左右）时呈电感特性，但在较高的频率处，它们失掉了电感特性而表现出电阻特性。铁氧体磁珠在100MHz时的有用阻抗超越1k，但直流时的阻抗则小于0.5，因而在无用频率处出现高阻状况，在有用频率处出现低阻状况。现在能够收购到类型很多的SMD铁氧体磁珠来满意各种频谱的需求。
射频滤波器的一个不为人知的特性便是当它不衔接到杰出的射频参阅地时，其作用是很差的。仅有能够作为射频参阅地的是PCB上的实心地平面、金属板或金属壳体（“法拉第笼”），抱负状况下，在被滤波的最高频率处，它们都不应有大于波长1/100的孔洞（空气中1GHz时3mm，或许在FR4纤维玻璃板中为1.5mm）。
滤波器中的电容与射频地之间的连线也应小于波长的1/100，一起还要确保电感很低。这便是说，除非在极低的频率下，不然安全地的绿/黄色导线不能作为滤波器地线。例如，假如装有2.2nF的Y型电容的电源线滤波器通过一根10cm长的绿/黄色导线接地，那么，在20MHz以上的频率时，因为地线电感的影响，其Y型电容将失效。
在估量绿/黄色导线地线的搭接功能时，能够假定导线的电感值约为1nH/mm。滤波器仅有正确的衔接是将滤波器壳壁直接与射频地参阅面或壳体衔接起来。当然，只需有直接的射频地线搭接，那么出于安全考虑，装入绿/黄色导线也未尚不行。
假如滤波器要装置在PCB板上，其电容有必要直接衔接到地平面上。假如没有地平面，装置含有电容的滤波器是水中捞月的。假如滤波器装置在一个金属板或屏蔽壳体上，那么它有必要是导电衔接的，有时乃至有必要在滤波器装置面贴上一圈导电衬垫，以使滤波器壳体与其搭接的金属面间构成无缝隙的射频搭接。
军用信号滤波器一般归于C和π型，因为大都常见的军事设备都有一个很健壮的、规划完善的射频地（金属浇注机箱）。因而，这种场合运用的滤波器一般不会遭到射频地不良所带来的影响。
不过，对民用品、商业用品及工业制品来说，射频地的完整性一般是一个严峻的问题，因为得处处考虑产品本钱。因而，我发现在这种状况下，功能较好的信号线滤波器一般是RC、LC或T型的，将电阻或电感衔接到外部导线上。这将使射频参阅地线上的射频电流比C或π型滤波器产生的射频电流小得多。
假如一条电缆有多束芯线，一般最好的办法是将一切的芯线穿过一个共模扼流圈。假如减小活络信号之间的串扰十分重要，则能够对芯线中各个信号别离选用共模扼流圈。图5标明用于五芯电缆的五路共模扼流圈的一个比方。表贴共模扼流圈在差不多5mm的正方体壳体内可达八路之多。
假如电源线滤波器不答应来自数字电路的900MHz的谐波走漏到电源线中，这时就应考虑滤波器和屏蔽体的优化合作。这些挨近微波频率的谐波会使产品的辐射发射加强。
射频滤波器的另一个不为人知的特性便是要将滤波器与屏蔽视为一个全体，两者相得益彰。过错的滤波器结构规划或装置办法很简单使产品辐射发射超支。
5. 滤波器的结构和装置
假如欲在高频取得极佳的滤波功能，那么滤波器很简单因为其PCB走线和/或滤波与未滤波分界面上导线的射频走漏而使其功能产生降级。许多工程技能人员对滤波器周围的射频走漏疑问不解，滤波和未滤波走线及导线有必要尽或许地互相远离，并且没有其他走线或导线穿过邻近滤波/未滤波的边界线，一般，对滤波器未滤洁净的剩余走漏选用屏蔽技能是十分必要的。
假如外部电缆滤波后进入具有地平面的PCB板或用作射频地的一个工业外表面板，滤波器应装置在电缆进出PCB板或外表面板的方位上，并且要直接衔接到射频地线上。
假如外部电缆经滤波后进入屏蔽机柜，滤波器应装置在机柜的壁上，并且要在装置孔的周围一周与柜壁进行导电衔接。阻隔式滤波器是最好的挑选（例如，穿心电容），但一般都比较贵并且难于装置。
市场上也能够收购某些类型的滤波衔接器，比方D型衔接器（一般只要1nF的电容，不过磁珠、T和π型滤波器也是有用的）。
就电源线滤波器（一般适用于0-400Hz的频率，且功能根本不变）来说，面板装置的滤波器一般选用IEC插座。将这种金属外壳的带IEC插座的滤波器装置在屏蔽体上，假如滤波器壳体上没有缝隙，并且按图6所示的办法将它四周电气衔接到屏蔽金属件上，可在数十兆赫兹的频率规模内取得较好的功能。有些厂商仅一味寻求滤波器能否在传导发射测验频率（到达30MHz）规模内正常作业，这种滤波器的本钱较低，但使滤波器的屏蔽完整性遭到影响，然后使产品不能通过电磁兼容规范中的辐射发射实验。
图5 屏蔽体上电源线滤波器的装置办法
在大功率场合中，大都电源线滤波器选用螺钉接线办法，然后使阻隔板装置不或许。图5标明镙钉装置的滤波器选用“脏盒”办法，一起用一个外层屏蔽盒将其封装在一个屏蔽的“脏盒”内。即便脏盒中的输入和输出电缆很短并且互相远离，高频依然能够走漏出去，因而需求对某一条电缆或一切电缆套装磁环来处理。
写在最终，做工程师21年，全体感觉是：
1、假如未通过对仪器的EMI、EMS目标测验就选定了滤波器，根本上归于“瞎子骑瞎马、夜半临深池”的主儿；
