常見(jiàn)的EMC濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案解析

引言

POC（Power Over Coaxial）同軸纜供電技術(shù)，利用同軸電纜整合視頻傳輸與直流供電功能。該系統(tǒng)方案由前端POC攝像機(jī)、POC供電設(shè)備等組成，可以有效減少攝像頭的布線(xiàn)長(zhǎng)度，節(jié)省空間，減少施工人力成本。

PoC供電

常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)布線(xiàn)中，一般需要布置電源專(zhuān)線(xiàn)給攝像機(jī)、錄像機(jī)供電，以及網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)線(xiàn)（RJ45網(wǎng)線(xiàn)等）給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、錄像機(jī)傳輸圖像信號(hào)（傳輸距離局限于100米），如圖1。PoC是一種新型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的布線(xiàn)傳輸方案，支持用一根同軸電纜給多臺(tái)前端設(shè)備供網(wǎng)供電，傳輸距離超過(guò)300米，如圖2，但由此帶來(lái)的供電線(xiàn)受信號(hào)干擾問(wèn)題需要通過(guò)適當(dāng)?shù)?a target="_blank">EMC濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決。

圖1

圖2

PoC濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

目前常見(jiàn)的EMC濾波網(wǎng)絡(luò)方案有2階或3階方案，目的是構(gòu)建一個(gè)足夠帶寬的阻抗網(wǎng)絡(luò)，用以濾除從數(shù)MHz到GHz范圍內(nèi)的視頻噪音。如圖3，當(dāng)使用PoC時(shí)，在電纜兩端的PoC電感器充當(dāng)同軸電纜的分流元件。要想使向前通道信號(hào)和反向通道信號(hào)盡量不受影響，PoC電路中就需要在帶寬內(nèi)阻抗很高的電感。

圖3

在DC線(xiàn)路，IR導(dǎo)致的壓降要足夠小來(lái)保證電源效率，因此電感和線(xiàn)纜需要有較低的DCR。另外為了傳輸更高的功率和保持高效率，一般需要采用更高的傳輸電壓。當(dāng)然，在采用更高的傳輸電壓時(shí)，AC耦合電容必須有合適的額定電壓來(lái)匹配高壓系統(tǒng)（如圖4）

圖4

這就對(duì)電感提出了以下幾方面要求：

電感的阻抗必須足夠大，才能有效的避免影響高速信號(hào)。

電感必須有足夠的帶寬來(lái)支持信號(hào)操作頻率。

必須有足夠高的飽和電流來(lái)支持全負(fù)載時(shí)通過(guò)的電流。

其他由于壓降導(dǎo)致在電感上產(chǎn)生的噪音或干擾要足夠小以降低對(duì)AC信號(hào)的影響。

對(duì)應(yīng)的電感參數(shù)解釋如下圖5：

圖5

■ L（電感量）：電感器必須在視頻信號(hào)的頻率范圍內(nèi)提供高阻抗，才能有效的支持交流信號(hào)。

■Isat（飽和電流）當(dāng)電流更大時(shí)，電感值會(huì)顯著下降，需要有很高的飽和電流，才能支持電路的負(fù)載直流電流。

■RL（DCR直流電阻）為了不影響DCR （ U=IR ）下降及能量的能量分布，應(yīng)該選擇較低的直流電阻。SRF（自諧頻率） SRF必須要足夠高，才可以支持電路的工作頻率。如果SRF超過(guò)了工作頻率，電感器的阻抗變大，電感就起到電容的作用了。

在現(xiàn)實(shí)中，為了覆蓋反向通道頻率和前信道頻率，很難找到一個(gè)具有非常寬的帶寬的電感器，若通過(guò)不同值和不同SRF的級(jí)聯(lián)多重電感，就能構(gòu)造出寬的帶寬PoC電感。這樣它們就能支持全負(fù)荷電流，且能夠保持電感值來(lái)達(dá)到高阻抗（圖6）。

圖6

PoC濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模擬

順絡(luò)電子可以提供不同尺寸和特性的電感來(lái)滿(mǎn)足PoC濾波網(wǎng)絡(luò)的需求，我們通過(guò)不同的解決方案模擬來(lái)看看實(shí)際的效果。

1）2階方案-小尺寸

圖片來(lái)自順絡(luò)

此方案中，對(duì)于1MHz~3GHz范圍內(nèi)的噪音抑制都在-22db以上，最大抑制頻率大約在100MHz，接近-40dB。

2）3階方案A—工業(yè)品

圖片來(lái)自順絡(luò)

圖片來(lái)自順絡(luò)

此方案中，對(duì)于1MHz~3GHz范圍內(nèi)的噪音抑制都在-33db以上，最大抑制頻率大約在1000MHz，接近-45dB。

3）3階方案B—車(chē)載品

圖片來(lái)自順絡(luò)

圖片來(lái)自順絡(luò)

此方案中，對(duì)于1MHz~3GHz范圍內(nèi)的噪音抑制都在-31db以上，最大抑制頻率大約在30MHz，接近-45dB。

4）3階方案C—小尺寸

圖片來(lái)自順絡(luò)

圖片來(lái)自順絡(luò)

在頻率為8MHz-2GHz的范圍內(nèi)，阻抗均大于1.8 KOhm。

總結(jié)

1）整體三級(jí)濾波更好（二級(jí)濾波在100Mhz~500MHz的濾波效果比三級(jí)濾波略好）

2）2階方案和三級(jí)方案C是小尺寸物料推薦，適用于電流較小，空間有限中應(yīng)用。
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