濾波器在抗EMI中的應(yīng)用及發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人類生活水平的逐步提高,家電設(shè)備、移動(dòng)式和個(gè)人攜帶式電子設(shè)備日益增多,于是各電子設(shè)備間的相互影響和干擾問(wèn)題變得日趨嚴(yán)重和復(fù)雜化。IBM公司對(duì)計(jì)算機(jī)電源故障進(jìn)行分析后認(rèn)為,近90%的故障源于電磁干擾（EMI）;我國(guó)有關(guān)部門(mén)1994年對(duì)147家企業(yè)生產(chǎn)的不同型號(hào)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線電干擾性能摸底檢測(cè),達(dá)標(biāo)合格汽車(chē)僅占1/4。電磁干擾還威脅著人類的健康和安全,海德堡大學(xué)的生物學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),甚至連微弱的電磁輻射也會(huì)通過(guò)眼睛侵入大腦,給人們播下癌的種子,因此呼吁人們要警惕“帶電磁的煙霧”?？梢?jiàn),EMI所造成的危害絕不遜于有形的污染。

----而今,如何降低甚至消除電子設(shè)備的EMI已成為全球電子信息業(yè)及消費(fèi)者普遍關(guān)注的問(wèn)題,世界上為此成立了無(wú)線電干擾國(guó)際特別委員會(huì)（CISPR）,美、德、日諸國(guó)也分別建立了專門(mén)組織FCC、VDE和電磁環(huán)境工程研究會(huì),他們對(duì)電子儀器及測(cè)量設(shè)備的抗EMI性能要求越來(lái)越高,規(guī)定非經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)的產(chǎn)品不得出廠和上市。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)邁入國(guó)際范疇,電磁干擾（又稱電磁噪聲）問(wèn)題已擺在我們面前。

----利用近年來(lái)發(fā)展的鐵氧體——陶瓷疊層共燒技術(shù),可以將若干個(gè)鐵氧體疊層電感器和陶瓷疊層電容器集成在一起,經(jīng)過(guò)共繞制構(gòu)成截止特性銳敏的片式電磁干擾濾波器。根據(jù)電路特性選擇適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/濾波器">濾波器可以得到令人十分滿意的抗EMI效果,特別適用于抑制數(shù)字電子設(shè)備及高速數(shù)據(jù)總線產(chǎn)生的噪聲。EMI濾波器按構(gòu)成元件可分為電感器、電容器、LC復(fù)合型濾波器和電容性可變電阻器四種;按構(gòu)成元件材料及生產(chǎn)工藝的不同,則可分為陶瓷型、石英晶體型、介質(zhì)型和聲表面波型EMI濾波器;按具體用途又可分為電源線路用和信號(hào)線路用EMI濾波器兩大類。下表列出了有代表性的幾種EMI濾波器及其特點(diǎn)。

----LC復(fù)合型陶瓷濾波器是由鐵氧體電感器L和陶瓷電容器C按不同組合形式構(gòu)成的一類多功能產(chǎn)品,其中心頻率、通帶、振幅、延遲等特性可根據(jù)電路要求靈活設(shè)計(jì),所適應(yīng)范圍相當(dāng)寬,廣泛應(yīng)用于音、視頻家電、通信及辦公自動(dòng)化設(shè)備的EMI抑制,但最初其頻率較低、體積較大。進(jìn)入90年代后,由于陶瓷疊層印刷技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外先后開(kāi)發(fā)出無(wú)繩電話用254MHz和380MHz帶通濾波器、便攜電話用700～950MHz濾波器、小功能對(duì)講機(jī)用430MHz低通濾波器以及數(shù)字無(wú)繩電話用1.9GHz帶通濾波器等LC復(fù)合型片式疊層陶瓷產(chǎn)品,其內(nèi)藏屏蔽層抗干擾強(qiáng),無(wú)需調(diào)整即可適應(yīng)當(dāng)前200MHz～1.5GHz高頻化需求。今后的發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步高頻化（2GHz以上）、微型化、組件化（內(nèi)藏延遲線、多層諧振器、與濾波器一體化的放大器和混頻器等）和低成本化。

----單片晶體濾波器（MCF）是在石英基片表面配置若干對(duì)金屬電極而構(gòu)成的帶通或帶阻濾波器。它利用壓電效應(yīng)的能陷入理論,選擇電極振子的幾何尺寸、返回頻率和電極振子間距控制超聲波的聲學(xué)耦合,從而達(dá)到濾波之目的。其特點(diǎn)是頻率選擇度十分陡峭、損耗低、穩(wěn)定性好、阻帶衰減高,現(xiàn)已在移動(dòng)通信設(shè)備中大量使用,是必不可少的初級(jí)中頻濾波器,對(duì)提高整機(jī)靈敏度和抗干擾能力有重要作用。國(guó)外MCF產(chǎn)品的實(shí)用化水平為中心頻率數(shù)MHz～150MHz,帶寬0.001～0.1%,頻道間隔12.5～25kHz,最小封裝尺寸為8×8×3.2mm,重僅0.4g。MCF的發(fā)展方向是開(kāi)發(fā)新型壓電材料、擴(kuò)展帶寬、減少帶內(nèi)延時(shí)波動(dòng)、增大帶外衰減、擴(kuò)充和提高中頻點(diǎn)及線性度、封裝單片尺寸進(jìn)一步小型化和片式化。

----利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的EMI介質(zhì)濾波器,由數(shù)個(gè)1/4波長(zhǎng)型諧振器縱向多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。其顯著特點(diǎn)是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄,特別適合便攜電話、汽車(chē)電話、無(wú)線電臺(tái)、無(wú)繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。國(guó)外生產(chǎn)最多的是800～1000MHz范圍內(nèi)的系列EMI介質(zhì)濾波器,其技術(shù)指標(biāo)為插損2～3dB,波紋小于1dB,電壓駐波比約1.5,帶外抑制在規(guī)定頻段內(nèi)可達(dá)20dB以上,一些特殊要求點(diǎn)可達(dá)60dB左右。濾波特性優(yōu)良。其開(kāi)發(fā)方向是采用新型介質(zhì)材料和其它諧振模式,設(shè)計(jì)制作新型的微型化、片式化低插損、高衰減、高性能的EMI介質(zhì)濾波器。

----聲表面波（SAW）濾波器曾一度廣泛用于工作在20MHz以上頻段的次中頻濾波。它在抑制電子設(shè)備高次諧波、鏡像信息、發(fā)射漏泄信號(hào)以及各類寄生雜波干擾等方面起到了良好的作用。其特點(diǎn)是可靈活設(shè)計(jì)、模擬/數(shù)字兼用、群延遲時(shí)間偏差和頻率選擇特性優(yōu)良、輸入輸出阻抗誤差小。近年來(lái)已將SAW濾波器片式化,重約0.2g;另外由于采用了新的晶體材料和最新精細(xì)加工技術(shù),致使SAW器件的使用上限頻率提高到2.5GHz,這必將促進(jìn)SAW濾波器在抗EMI領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。低插損技術(shù)與片式化封裝是這類EMI濾波器目前和今后一段時(shí)間內(nèi)的研究開(kāi)發(fā)方向。