滤波器的几个概念

1、滤波器定义 Attenuation（衰减） 信号在通过耗散网络或其他媒体时所导致的电压损耗（以 dB 为单位）。 Band Reject Filter（频带抑制滤波器） 滤波器，其对一个频带的频率进行抑制而让较高或较低的频率通过。有时也称作带阻滤波器。 （带宽） 带通滤波器的通带宽度是较低和较高转角频率之间的频差，诸如3 dB 点。 Bandpass Filters（带通滤波器） 滤波器，其让一个频带的频率通过而对较高和较低的频率进行抑制。 Bessel Function（贝塞尔函数） 数学函数，用于在根本不考虑幅度响应的情况下在滤波器中产生最恒定的时间延迟。该函数十分接近于高斯函数。 But

2、terworth Function（巴特沃斯函数） 数学函数，用于在根本不考虑时间延迟或相位响应的情况下在滤波器中产生最恒定的幅度响应。 Center Frequency（中心频率）(0) 在标准带通滤波器中，中心频率是通过集合或算术方法计算出来的。几何方法 算术方法 Characteristic Impedance（特征阻抗） 滤波器的特征阻抗通常被认为是等于 L/C，其中 L 是以亨利 (henry) 为单位的全系列电感应，而 C 是以法拉 (farad) 为单位的总旁路电容。特征阻抗是以欧姆 (ohm) 为量度的。 Chebyshev Function（切比雪夫函数） 数学函数，用于生成

3、在特定范围波动的曲线（见 ripple/波纹）。这用于生成比巴特沃斯函数更接近矩形的幅度响应，但想要的相位和时间延迟特征较少。有一整套的切比雪夫函数（0.1 波纹、0.5 波纹，等等）。 Cut-Off Frequency（截止频率）( fc ) 低通滤波器中的上通带边缘或者高通滤波器中的下通带边缘。最靠近阻带的通带边缘，有时称作 3 dB 点。 Decibel（分贝）(dB) 增益或衰减单位，用于表示两个电压之比。用于描述电压增益、电压损耗、性能指数或任何可以作为两个电压之比来考虑的数值。以分贝定义为 20 Log (E1/E2)，其中 E1 和 E2 是两个电压，诸如输入和输出电压，或者峰

4、值电压和平均电压，等等。 Dissipation（耗散） 滤波器中由于电阻或磁芯损耗等而发生的能量损耗。 Distortion（失真） 通常是指信号遭到修改从而产生不想要的末端效应。这些修改可以是与相位、幅度和延时等有关的。正弦波失真通常定义为正弦基波成分被去除后所剩余的信号功率的百分比。 Elliptic Function（椭圆函数） 一个数学函数，用于借助若干个电路元件产生最接近矩形的相位滤波器相应。椭圆函数在通带和阻带两者中都有一个切比雪夫响应。椭圆函数滤波器的相位响应和瞬态响应要比任何传统的传递函数要差。 Envelope Delay（包络延迟） 调相信号在通过滤波器时，其包络的传播时

5、间延迟。有时也称作时间延迟或群延时。包络延迟与移相响应与频率曲线之比成比例。包络延迟失真是当延时在通带区域中所有频率处并不都恒定时发生的。 Filter Q（滤波器 Q） 带通和频带抑制滤波器的一个重要参数:带通与频带抑制: Q = o3 dB 带宽 Gaussian Function（高斯函数） 数学函数，用于设计传递阶跃功能的滤波器（零过冲，最大上升时间）。与贝塞尔函数滤波器类似。 Highpass Filter（高通滤波器） 一种滤波器，其使高频通过而对低频进行抑制。 Insertion Loss（插入损耗） 在电路中插入滤波器所导致的信号损耗。这以 dB（分贝）为量度，且有很多不同的定

6、义。通常，这就是电路中插有滤波器时提供给负载的电压（在高峰频率响应处），与用一个完美的无损耗匹配变压器更换了滤波器时负载中电压之比。当在两个阻抗有很大不同的电路中间插入滤波器时，则以其他方式指定插入损耗有时则更实际一些。 Linear Phase Filter（线性相位滤波器） 一种滤波器，用于展示在每个频率单位处相位所发生的常量变化。频率对相位的综合图是一条直线。此类滤波器能够很好地显示其通带内的一个恒定延时。 Load Impedance（负载阻抗） 为满足滤波器规格而通常必须连接到滤波器的输出终端的阻抗；滤波器将驱动这一负载。 Lowpass Filter（低通滤波器） 一种滤波器，其使

7、低频通过而对高频进行抑制。 Overshoot（过冲） 信号在其初始上升时超过其稳定状态输出的百分比量。 通带 滤波器能够通过信号的频率范围。 Passband Ripple（通带波纹） 频率衰减在滤波器通带内的变化。 Phase Shift（相移） 信号在通过滤波器时所发生的相位变化。信号时间延迟称作相位滞后。在一般的网络中，相位滞后随频率的增加而增加，从而产生一个正向的包络延迟（参见包络延迟）。 Relative Attenuation（相对衰减） 将最低衰减点当作零 dB 时所测得的衰减，或者相对衰减 = 衰减减去插入损耗。 Response（响应） 用于描述滤波器如何对输入信号作出反应

8、的术语。这被定义为输入信号与输出信号的比值（针对幅度响应和相位响应）。 Ripple（波纹） 通常指滤波器的幅度响应中所发生的波状变异。切比雪夫和椭圆函数滤波器具有很好的等量波纹 (equi-ripple) 特征，也就是通带中幅度响应的波峰和波谷之间的差异永远相同。巴特沃斯、高斯和贝塞尔函数没有任何波纹。波纹通常是以 dB（分贝）为单位测量的。 Rise time（上升时间） 滤波器输出端的阶跃功能在初始上升时从其稳定状态值的 10% 移到 90% 所需的时间长度。 Roll Off（滚降） 用于描述滤波器的阻带特征的术语。例如，可以指定滤波器每倍频滚降 42 dB。在指定滤波器特征时，这一方

9、法有些过时。这意味着，第二个倍频会下降 84 dB，第三个倍频将下降 126 dB，依次类推。在现实中，极限衰减在靠近 80 dB 处变平，而很难将乱真 come-backs（重现）保持在 80 dB 以下。 Shape Factor（形状因数） 所有滤波器的一个重要参数:带通与频带抑制:S = 低通和高通:S = Step Function（阶跃功能） 信号在零时间内所发生的幅度变化（从一级到另一级）。通常是指用于测试瞬态响应的矩形前缘波形。 Stop Band（阻带） 需要根据实际需要对所有信号进行抑制或衰减的频率区域。也称作抑制频带。 Time Delay（时间延迟） 特定信号通过滤波器

10、所需的时间量。 滤 波 滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些 辐射干扰方面，具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰 信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳 )之间传输，属于非对称性干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干 扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因 此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。 除抑制干扰 源以外，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工 作频率约为

11、1050 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。 对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI 滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。 2.1 .1瞬态干扰是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号 ，其特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源 输出电压的波动；当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压上，使超过内 部功率开关管的漏源击穿电压（）时，还会损坏芯片 ，因此必须采用抑制措施。 通常，静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟

12、电 路的影响。静电放电在5 200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰 值经常出现在35MHz 45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个 频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。 当电缆暴露在4 8kV静电放电环境中时，I/O电缆终端负载上可以测量到的感应 电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持 续时间大约为400纳秒。将I/O电 屏蔽起来，且将其两端接地，使内部信号引线全部处 于屏蔽层内，可以将干扰减小60 70dB，负载上的感应电压只有0.3V或更低。 电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发

13、射，从而耦合到电缆和机壳线路。电源线 滤波器可以对电源进行保护。线 地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件 ，它使干扰旁路到机壳，而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不 能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的 共模扼流圈，中心抽头通过一只电容（容量由泄漏电流决定）连接到机壳。共模扼流圈 通常绕在高导磁率铁氧体芯上，其典型电感值为15 20mH。通常呢，模拟滤波器大致有这么几种： 应用最多的当数LC滤波器，其次是陶瓷滤波器，再次是声表面波滤波器， 还有晶体滤波器、腔体滤波器、螺旋滤波器等等。 LC滤波器通常的应用范围可以是小于1G,做的

14、出色的可以做到3G, 那需要特殊的材料和工艺以及经验，实际上我们自己在通常情况下，能够做到 100M就不错了。2300M以上一般都已经需要使用印制线来作为电感。 而带宽通常在530%,做得好的可以做到160%. 插损一般为212dB. 阻带抑制一般可以做到450dB,好的为780dB. 国内做得好的当数13所和总参57所上海分所。 陶瓷滤波器，通常只能做到30M以下。一般来讲，6M以上都要用谐波来做。 带宽可以做到千分之几到百分之几。插损通常在210个dB, 阻带抑制一般为4070dB.其主要问题是不好匹配。因其输入输出阻抗多为几百 欧姆，难以做到五十欧姆。 声表面波滤波器，通常为几M到两百M，带宽为千分之几到百分之二十， 插损通常为20dB左右，现在宽带的做得好也有几个dB的。 阻带抑制一般为4055dB,匹配也是问题。 优点是矩形系数小和体积小。 晶体滤波器，通常因其带