采用增加濾波器的方法來減少單片機噪聲干擾

　　在電路板中，許多因素會增加“噪聲（EMI/RFI）”干擾，從而可能損壞或干擾電子設備的功能。單片機如果受到噪聲干擾，可能會導致單片機的程序出錯，甚至引起事故發(fā)生。今天的汽車就是一個很好的例子，比如Wi-Fi、藍牙、衛(wèi)星無線電、GPS系統(tǒng)等等。為了減少這種噪聲干擾，業(yè)界通常使用屏蔽罩和EMI濾波器來消除有害噪聲。

　　但是現(xiàn)在，消除EMI/RFI的一些傳統(tǒng)解決方案已不再足夠。當電子設備接收到強大的電磁波時，電路中可能會感應到有害電流，從而導致意外操作或干擾預期的操作。EMI/RFI可以傳導或輻射的形式出現(xiàn)，傳導指的是噪聲沿著導體傳播，當噪聲作為磁場或無線電波在空氣中傳播時，為輻射噪聲。

　　即使從外部施加的能量很小，如果與用于廣播和通信的無線電波混合，也會導致接收損失，聲音異?；?a href="http://ttokpm.com/v/" target="_blank">視頻中斷。如果能量太強，可能會損壞電子設備。

　　“噪聲”的來源包括自然噪聲，例如靜電放電，照明和其他來源，以及人為噪聲，例如接觸噪聲，使用高頻的泄漏設備，有害發(fā)射等。通常，EMI/RFI噪聲是共模噪聲，因此解決方案是使用EMI濾波器（作為單獨的設備或嵌入在電路板中）消除不需要的高頻。

　　一、什么是EMI電源濾波器？

　　EMI濾波器通常由連接成電路的無源組件（例如電容器和電感器）組成。 電感器允許直流或低頻電流通過，同時阻止有害的有害高頻電流。電容器提供了低阻抗路徑，可將高頻噪聲從濾波器的輸入轉移回電源或接地。

　　傳統(tǒng)的共模濾波方法包括使用電容器的低通濾波器，該電容器使頻率低于所選截止頻率的信號通過，并衰減頻率高于截止頻率的信號。

　　一個常見的方法是在差分配置中應用一對電容器，在每個跡線和差分輸入的地之間接一個電容器。每條支路中的電容性濾波器將EMI/RFI轉移到高于指定截止頻率的地。因為此配置涉及通過兩條線發(fā)送同相的信號，所以在將不需要的噪聲發(fā)送到地面的同時，提高了信噪比。

　　但是，帶有X7R電介質的MLCC的電容值隨時間，偏置電壓和溫度變化很大。因此，即使在給定的時間在室溫下以低電壓緊密匹配兩個電容器，但一旦電壓或溫度發(fā)生變化，它們最終很可能以不同的值結束。兩條線之間的這種不匹配將導致濾波器截止附近的響應不相等。因此，它將共模噪聲轉換為差分噪聲。

　　另一個解決方案是在兩個電容器之間橋接一個大值的電容器（如下圖）。該電容分流器可提供理想的共模平衡效果，但具有差分信號濾波的不良副作用。濾共模扼流圈也許是最常見的解決方案，也是低通波器的替代方案。

　　共模扼流圈是1：1變壓器，其中兩個繞組同時充當初級和次級。在這種方法中，通過一個繞組的電流在另一繞組中感應出相反的電流。但是，共模扼流圈很大個、稍貴，并且容易引起振動故障。

　　盡管如此，在繞組之間具有完美匹配和耦合的合適的共模扼流圈對于差分信號是透明的，并且對共模噪聲具有高阻抗。共模扼流圈的一個缺點是由于寄生電容而限制了頻率范圍。對于給定的芯材料，用于獲得低頻濾波的電感越大，所需的匝數(shù)就越大，因此產(chǎn)生的寄生電容也會使高頻濾波失敗。

　　繞組之間由于機械制造公差而導致的不匹配會導致模式轉換，其中一部分信號能量轉換為共模噪聲，反之亦然。這種情況引發(fā)電磁兼容性和抗擾性問題。 不匹配還會降低每條腳的有效電感。

　　無論如何，當差分信號（通過）在與必須抑制的共模噪聲相同的頻率范圍內工作時，共模扼流圈確實比其他選擇具有明顯優(yōu)勢。使用共模扼流圈，信號通帶可以擴展到共模抑制帶。

　　二、什么是片式EMI濾波器？

　　盡管共模扼流圈應用很普遍，考慮到高度集成電路，可以選擇片式EMI濾波器。正確布局后，這些多層陶瓷組件可出色地抑制共模噪聲。它們在一個封裝中結合了兩個平衡并聯(lián)電容器，具有互感消除和屏蔽效果。這些濾波器在連接到四個外部連接的單個設備中使用兩條獨立的電氣路徑。

　　為避免混淆，應注意：片式EMI濾波器不是傳統(tǒng)的直通電容器。盡管它們看起來相同（相同的包裝和外觀），但它們的設計卻大不相同，并且它們的連接方式不同。與其他EMI濾波器一樣，片式EMI濾波器會衰減高于指定截止頻率的所有能量，并且僅選擇傳遞所需的信號能量，同時將不需要的噪聲轉移到“接地”。

　　片式EMI濾波器的好處是電感和匹配阻抗非常低。使用片式EMI濾波器時，終端內部連接到設備內的公共參考（屏蔽）電極，并且平板被參考電極隔開。在靜電上，三個電節(jié)點由兩個電容半部分形成，它們共享公共參考電極，所有參考電極都包含在單個陶瓷體內。

　　兩半電容器之間的平衡還意味著壓電效應相等且相反，從而抵消了。這種關系也會影響溫度和電壓的變化，因此兩條線上的組件均等地老化。如果這些片式EMI濾波器有一個缺點，那就是如果共模噪聲與差分信號的頻率相同，則無法使用它們。